河南省煤田地質局 周建新

中建七局第三建筑有限公司 時許濤

濕陷性黃土地區(qū)基樁負摩阻力探討

河南省煤田地質局 周建新

中建七局第三建筑有限公司 時許濤

濕陷性黃土因其自身的特性，在樁周產生負摩阻力時主要受樁型、樁徑、水和黃土特性等因素的影響。工程中應根據其特點進行負摩阻力計算，并因地制宜采用合適的方法減小負摩阻力。

濕陷性 黃土 負摩阻力

一、黃土的濕陷特性和樁側負摩阻力

1. 黃土的濕陷特性。在天然含水量狀態(tài)下的黃土一般具有較高的強度和較低的壓縮性。天然含水量較低的黃土，由于存在架空結構，密實性差，原始內聚力較小，而加固內聚力較大，受水浸濕后產生膠溶作用，導致加固內聚力降低甚至喪失，強度降低，引起濕陷。黃土的濕陷過程，是土粒間充填物中能溶解物質被水溶解流失顆粒間的粘結力降低、土粒彼此錯位移動靠緊、土顆粒重新排列、土中孔隙減小、土體壓密、體積減小的過程。

一般認為，黃土在一定壓力(即上覆土自重壓力或上覆土自重壓力與附加壓力共同作用)下遇水浸濕后，土體的結構迅速破壞，并發(fā)生顯著的附加下沉，其強度也隨著迅速的降低。試驗結果表明，只有一定的壓力作用而不問土層的含水量，還不能確定是否會產生濕陷；只有當作用于土層的壓力值與一定的含水量值相適應時，才能產生濕陷變形。此外，黃土不僅在飽和浸水下產生濕陷變形，在非飽和浸水條件下同樣產生濕陷變形。

2. 負摩阻力的危害。當樁基出現負摩阻力時，負摩阻力不僅不能為承擔上部荷載做出貢獻，反而對樁產生下拉荷載。對于摩擦樁，負摩阻力將引起樁的附加下沉，當建筑物的部分基礎或同一基礎中部分樁上存在負摩阻力作用時，基礎可能出現不均勻沉降，導致上部結構中產生次應力，輕者影響使用，重者結構物發(fā)生損壞。對于端承樁，負摩阻力導致樁身軸力增大，嚴重的可導致樁身強度破壞，或者樁端持力層破壞。

樁基負摩阻力可能發(fā)生在施工過程、使用前或使用過程中。發(fā)生在使用過程中最不利。

實際上，工程技術人員應該糾正濕陷性黃土地區(qū)樁基必然產生負摩阻力，并非所有軟土或濕陷性黃土都產生負摩阻力，只有樁周土由于自重固結、自重濕陷、地面附加荷載等原因而產生大于樁身的沉降時才會生負摩阻力。

二、樁基負摩阻力產生機理及特點

濕陷性黃土具有不同于一般粘性土的特征：富含碳酸鹽類且具有明顯的結構強度，以非飽和、大孔隙為主，對水的敏感性強，一旦浸水，就會迅速發(fā)生強烈濕陷，土的結構強度明顯降低，使樁周土體的沉降速率大于樁的沉降速率，此時樁周土體會對樁產生向下的摩阻力，即負摩阻力。在濕陷性黃土地區(qū)，樁的負摩阻力的產生主要是樁周土體發(fā)生濕陷，即樁周土體相對于樁發(fā)生了向下的位移。

三、影響負摩阻力的因素

1. 樁型。樁的形式對負摩阻力的影響很大，在相同的條件下，預制樁的負摩阻力比灌注樁大得多。

2. 樁的數量和直徑。樁的數量和直徑對作用于群樁基礎上的下拉荷載有較大影響。在設計時采用的方案應使樁截面的總周長盡量小，這樣會減小作用于群樁基礎上的下拉荷載。

3. 水。水是引起濕陷性黃土地區(qū)樁基負摩阻力的外部條件。這個外部條件的變化主要來自于集中的降水、地下水位的上升、施工用水以及一些人為的因素。當其改變量越大時，黃土的濕陷范圍和濕陷量也相應加大，那么作用于樁基上的負摩阻力也越大。

4. 土的性質。土的性質對樁基的負摩阻力有決定性的影響。土的濕陷性越大，負摩阻力也越大。

5. 樁頂荷載。樁頂荷載的存在會使得中性點上移。此外，樁頂荷載越小，摩擦端承樁和端承樁的樁基負摩阻力越大。

四、樁基負摩阻力的計算

負摩阻力對于樁基承載力和沉降的影響隨側摩阻力與端阻力分擔荷載比、樁基周圍土層沉降的均勻性、建筑物對不均勻沉降的敏感程度而異。對于摩擦樁和端承樁，應區(qū)別計算方法。

摩擦型樁基，由于樁端持力層壓縮性較大，當出現負摩阻力時，樁基沉降較大。沉降產生后，土對樁的相對位移便減小，負摩阻力便降低，直至較小為零。因此，對于摩擦型樁基，近似視中性點以上側阻力為零來計算樁基承載力。理論上，中性點位樁身與土層豎向位移相等點。

端承型樁基，由于樁端持力層較堅硬，負摩阻力引起的下拉荷載不致產生沉降或沉降量較小，負摩阻力將長期作用于樁身中性點以上的樁周。因此，對于端承型樁基，應計算中性點以上負摩阻力形成的下拉荷載，并以下拉荷載作為外荷載的一部分驗算樁基承載力。

如上分析，負摩阻力必然加大樁基沉降。當樁周土層沉降均勻，且建筑物對不均勻沉降不敏感時，負摩阻力引起的沉降不致危害建筑物的正常使用，此時，可不進行沉降驗算。但對于樁周存在不均勻堆載、不均勻降水或土層自身不均勻時，將出現不均勻沉降，各樁基因負摩阻力產生的下拉荷載和沉降也是不均勻的，此時，必須考慮負摩阻力進行樁基沉降驗算。

五、減小樁基負摩阻力的方法

工程實踐中已經采用的降低負摩阻力的方法有：

加載預壓法。對場地進行預壓，只要預壓荷載足夠大，固結基本完成之后移去超載，然后，再施加永久荷載，可消除永久荷載下的二次壓縮，減小或消除樁基上的負摩阻力。

電滲法。樁作為陰極與附近的陽極連接，通以直流電，可降低有效應力，使得樁土界面處的負摩阻力降低，同時也降低鋼的腐蝕。

套管法。在中性點以上樁段的外面罩上一段比樁身大的套管，可使該段樁身不受土的負摩阻力的影響。

瀝青涂層法或采用NF樁。在中性點以上的樁側表面涂以特種瀝青，當樁與土間發(fā)生相對位移出現負摩阻力時，涂層產生剪應變而降低作用于樁表面的負摩阻力。這是降低負摩阻力的最為有效的方法，以其有效性和技術可行性受到廣泛關注。

外圍保護樁法。這種保護樁也稱隔離樁，適用于主要由外部填土或堆載引起的負摩阻力情況。這種隔離式的保護樁只能隔離新填土自重產生的周邊樁上的負摩阻力，使外圍的欠固結土固結下沉引起的下拉荷載全部由周邊保護樁承擔。

六、結語

《樁基規(guī)范》等規(guī)范中均給出了負摩阻力的計算公式，但工程技術人員只有深度理解了濕陷性黃土地區(qū)基樁負摩阻力的特性、機理，才能在工作中準確的計算，并采取適當的工程措施。

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