林凡偉++祝紅山

摘 要： 在軟弱地基上、濕陷性黃土地區(qū)或有地震液化土地區(qū)建造建筑物 ，采用樁基礎(chǔ) ，將可能產(chǎn)生負(fù)摩阻力 ，使樁身發(fā)生破壞或使地基屈服破壞。因而了解負(fù)摩阻力產(chǎn)生的機(jī)理、條件及影響因素 ，探討單樁及群樁設(shè)計(jì)中負(fù)摩阻力計(jì)算的方法對(duì)于搞好樁基設(shè)計(jì)尤為重要，本文分析了樁基負(fù)摩阻力產(chǎn)生的原因，及相關(guān)規(guī)范條文的規(guī)定，并列舉了計(jì)算實(shí)例，提出了在不同地質(zhì)條件上下減少摩阻力的相關(guān)工程措施和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：樁基 負(fù)摩阻力 設(shè)計(jì) 地質(zhì)條件

中圖分類號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

樁基作為地基處理的方法，在各工程領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用，它能把建筑物上部的荷載通過(guò)樁身傳到下部土層中壓縮性小，強(qiáng)度高的巖土層中，從而滿足強(qiáng)度及變形要求。在軟土地區(qū)，樁基運(yùn)用更廣泛，樁基設(shè)計(jì)中由于各類軟土等條件引起的負(fù)摩阻力，負(fù)摩阻力不但不是樁承載力的一部分，反而變成施加在樁上的外荷載。如果未考慮，會(huì)對(duì)建筑物安全有較大影響，可能導(dǎo)致建筑較大的沉降和不均勻沉降。

1 樁負(fù)摩阻力產(chǎn)生的原因

（1）樁穿過(guò)欠壓密的軟土或新近填土，而支承在堅(jiān)硬土層（硬粘土、中密砂土、卵石層或巖層）時(shí)，樁側(cè)土因固結(jié)產(chǎn)生的沉降大于樁身的沉降；

（2）當(dāng)樁側(cè)非固結(jié)壓縮軟土上豎向荷載作用時(shí)；

（3）由于地下水位下降（從軟弱粘土下的透水層中的抽水或其它因素）.致使土的有效應(yīng)力變大，引起樁周的土下沉；

（4）在飽和粘土地基中，群樁施工完畢后，孔隙水消散，隆起的土體逐步固結(jié)下沉，若樁尖持力層較硬，則產(chǎn)生負(fù)摩阻力；

（5） 樁側(cè)存在自重濕陷性黃土或季節(jié)性凍土或可液化土的條件下，當(dāng)黃土浸水濕陷、凍土融沉?xí)r，或當(dāng)可液化土受地震或動(dòng)荷載而液化，液化土再次固結(jié)而出現(xiàn)大量下沉；

（6）在飽和軟土中打入較密的群樁，引起超孔隙水壓力，土體大量上涌，這樣重塑土體因超孔隙水壓力消散再次固結(jié)。

可見(jiàn)，土體與樁是否發(fā)生相對(duì)變形是判別樁基是否產(chǎn)生負(fù)摩阻力的重要條件。

2 樁基負(fù)摩阻力規(guī)范的相關(guān)規(guī)定

（1）《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（ JGJ94- 2008） 規(guī)定，符合下列條件之一的樁基，當(dāng)樁周土層產(chǎn)生的沉降超過(guò)基樁的沉降時(shí)，在計(jì)算基樁承載力時(shí)應(yīng)計(jì)入樁側(cè)負(fù)摩阻力：樁穿越較厚松散填土、自重濕陷性黃土、欠固結(jié)土、液化土層進(jìn)入相對(duì)較硬土層時(shí)；樁周存在軟弱土層，鄰近樁側(cè)地面承受局部較大的長(zhǎng)期荷載，或地面大面積堆載（包括填土）時(shí)；由于降低地下水位，使樁周土有效應(yīng)力增大，并產(chǎn)生顯著壓縮沉降時(shí)。

樁的負(fù)摩阻力對(duì)于基樁承載力的影響，本規(guī)范明確規(guī)定： 對(duì)于摩擦型基樁， 不考慮中性點(diǎn)以上的側(cè)阻力， 只計(jì)中性點(diǎn)以下部分的側(cè)阻力； 對(duì)于端承型基樁， 尚應(yīng)考慮負(fù)摩阻力引起基樁的下拉荷載。

（2）《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD63-2007）第5.3.2條中規(guī)定“在軟土和軟弱地基土層較厚、持力層較好的地基中，樁基計(jì)算應(yīng)考慮路基填土荷載或地下水下降等原因所引起的負(fù)摩阻力的影響。”但規(guī)范對(duì)負(fù)摩阻力如何確定、如何計(jì)算以及對(duì)樁基計(jì)算的影響等并未作介紹。

3 樁基負(fù)摩阻力的計(jì)算

3.1 中性點(diǎn)

對(duì)于穿過(guò)軟弱土層作用到持力層上的樁，樁周土層與樁都發(fā)生沉降，當(dāng)樁達(dá)到一定深度后，樁體與樁周土之間不再發(fā)生相對(duì)位移，即樁周土的下沉量和樁的下沉量相等，這時(shí)負(fù)摩阻力為零。在此深度以上，樁周軟土的下沉量大于樁身的沉降量，樁身所受到的是負(fù)摩阻力；在此深度以下，樁周軟土的下沉量小于樁身的沉降量，樁身就受正摩擦力的作用。正負(fù)摩阻力變換之處即為中性點(diǎn)。

圖1 負(fù)摩阻力中性點(diǎn)示意圖

影響中性點(diǎn)深度ln的因素很多，一般有：

（1）樁端持力層的剛度。一般來(lái)說(shuō)持力層越好，中性點(diǎn)深度就越深，對(duì)于中性點(diǎn)深度，端承樁的比摩擦樁的深度大；

（2）樁周土體變形性質(zhì)和應(yīng)力。樁周土欠固結(jié)度越大，土層越厚，壓縮性越高，中性點(diǎn)深度就越大；

（3）如果負(fù)摩阻力是在成樁后因外部條件產(chǎn)生或在樁頂荷載作用下有沉降才產(chǎn)生，中性點(diǎn)深度就較大；堆載強(qiáng)度和面積、地下水變化幅度和面積越大，中性點(diǎn)深度就越大。

3.2 負(fù)摩阻力值計(jì)算實(shí)例

已知預(yù)制方樁邊長(zhǎng)為300？mm，樁長(zhǎng)為22m？，樁頂入土深度為2m，樁端入土深度24？m，場(chǎng)地土層分層見(jiàn)下表，當(dāng)?shù)叵滤?.5m降至5m時(shí)，按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》求出樁基由于負(fù)摩阻力引起的下拉荷載。

層號(hào)

土層名稱

層底深度

（m）

厚度

（m）

天然重度

γ0（（t/m3）

樁極限側(cè)阻標(biāo)準(zhǔn)值

qsik（kPa）

①

填土

1.20

1.20

1.8

②

粉土

2.00

0.80

1.8

④

淤泥質(zhì)土

12.00

10.00

1.7

28

⑤-1

粘土

22.70

10.70

1.8

55

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008第5.4.4.3條中性點(diǎn)深度ln=0.7（22.7-2）=14.5m，因樁頂入土深度2m，2m范圍內(nèi)的土則可看做P，則P=18x1.2+18x0.8=36，負(fù)摩阻力區(qū)可分為三層：

（1）2～5m層：

σˊ1=P+17x1.5=61.5kPa，qns1=ξn. σˊ1=0.2x61.5=12.3kPa

（2）5～12m層：

σˊ2=P+17x3+7x3.5=111.5kPa，qns2=ξn. σˊ2=0.2x111.5=22.3kPa

（3）12～16.5m層：

σˊ3=P+17x3+7x7+8x4.5/2=154kPa，qns3=ξn. σˊ3=0.3x154=154kPa

下拉荷載：

Qng=ηn.？.Σqnsi. li=1x4x0.3x（12.3x3+22.3x7+46.2x4.5）=481kN

4 不同情況地質(zhì)情況下減少樁基負(fù)摩阻力的？工程措施及特點(diǎn)（表1）

表1 不同情況地質(zhì)情況下減少樁基負(fù)摩阻力的？工程措施及特點(diǎn)

樁穿越的土層

名稱

機(jī)理

措施

特點(diǎn)

欠固結(jié)土，新填粘土或砂性土及松砂

端承樁法

使樁端支承在巖層或堅(jiān)硬土層上

增大樁斷面

承載力可靠，但消耗材料較多，造價(jià)高。

較薄的自重濕陷性土層

地基浸水法

建筑場(chǎng)地預(yù)先浸水，以增加孔隙水壓力，使土的濕陷性（沉降）預(yù)先發(fā)生后，再將樁打入。

預(yù)先浸水

費(fèi)時(shí)

浸水砂井預(yù)壓加固法

建筑場(chǎng)地預(yù)先浸水的基礎(chǔ)上，采用砂井預(yù)壓法加固后，再將樁打入。

浸水，砂井預(yù)壓

先打砂井，再在上面堆載預(yù)壓，待其沉淀穩(wěn)定后再打樁，費(fèi)時(shí)

軟弱土

分段施工法

在樁基施工完一段時(shí)間后，再續(xù)建上部結(jié)構(gòu)

分段施工

費(fèi)時(shí)

較厚的欠固結(jié)軟粘土，新填粘性土層或砂性土層及松砂

群樁法

由于粘性土地基的群樁效應(yīng)

增加樁數(shù)

此法如能與涂抹層一起使用則更好

套管法

在中性點(diǎn)以上段罩上一段直徑大于樁徑的鋼套管。

增加管套

施工復(fù)雜，費(fèi)工費(fèi)料，可酌情選用。

單涂層法

在樁上面涂瀝青等，一直涂到中性點(diǎn)為止。在樁通過(guò)粗粒土層時(shí)，為防止涂層被刮掉，可將樁頭擴(kuò)大。

增加單涂層

目前在國(guó)內(nèi)外被廣泛采用，工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。尤以樹(shù)脂乳膠最好。

涂層法

預(yù)制樁沉樁前在中性點(diǎn)以上涂滑動(dòng)層和保護(hù)層。

增加涂層

降低材料消耗和施工費(fèi)用。

挖擴(kuò)樁法

樁位預(yù)先挖除比樁身大的孔，再將樁插入，并在樁與孔縫隙中灌入膨潤(rùn)土泥漿

挖孔后灌膨潤(rùn)土泥漿

用于無(wú)法采用涂層法的工程。

5 結(jié)語(yǔ)

（1） 樁靜載試驗(yàn)是在短期內(nèi)完成的，帶負(fù)摩阻力樁在靜載試驗(yàn)時(shí)與工程樁工作狀態(tài)有明顯差異，基樁在靜載試驗(yàn)和動(dòng)測(cè)中，負(fù)摩阻力是不可能出現(xiàn)的。

（2）在進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)樁周存在有可能自身沉降超過(guò)樁身沉降的土層時(shí)，必須考慮樁側(cè)負(fù)摩阻力，若樁的承載力不考慮其影響是不安全的。

（3） 準(zhǔn)確確定中性點(diǎn)位置對(duì)樁摩阻力計(jì)算很重要，特別是對(duì)以變形控制的樁基，根據(jù)建筑物的要求，合理地確定樁的沉降值，充分發(fā)揮樁的承載力。

參考文獻(xiàn)

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