濕陷性黃土地區(qū)基樁負(fù)摩阻力探討

河南省煤田地質(zhì)局 周建新

中建七局第三建筑有限公司 時(shí)許濤

濕陷性黃土地區(qū)基樁負(fù)摩阻力探討

河南省煤田地質(zhì)局 周建新

中建七局第三建筑有限公司 時(shí)許濤

濕陷性黃土因其自身的特性，在樁周產(chǎn)生負(fù)摩阻力時(shí)主要受樁型、樁徑、水和黃土特性等因素的影響。工程中應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行負(fù)摩阻力計(jì)算，并因地制宜采用合適的方法減小負(fù)摩阻力。

濕陷性 黃土 負(fù)摩阻力

一、黃土的濕陷特性和樁側(cè)負(fù)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(qiáng)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(jié)構(gòu)，密實(shí)性差，原始內(nèi)聚力較小，而加固內(nèi)聚力較大，受水浸濕后產(chǎn)生膠溶作用，導(dǎo)致加固內(nèi)聚力降低甚至喪失，強(qiáng)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(zhì)被水溶解流失顆粒間的粘結(jié)力降低、土粒彼此錯(cuò)位移動(dòng)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(rèn)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(jié)構(gòu)迅速破壞，并發(fā)生顯著的附加下沉，其強(qiáng)度也隨著迅速的降低。試驗(yàn)結(jié)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(huì)產(chǎn)生濕陷；只有當(dāng)作用于土層的壓力值與一定的含水量值相適應(yīng)時(shí)，才能產(chǎn)生濕陷變形。此外，黃土不僅在飽和浸水下產(chǎn)生濕陷變形，在非飽和浸水條件下同樣產(chǎn)生濕陷變形。

2. 負(fù)摩阻力的危害。當(dāng)樁基出現(xiàn)負(fù)摩阻力時(shí)，負(fù)摩阻力不僅不能為承擔(dān)上部荷載做出貢獻(xiàn)，反而對(duì)樁產(chǎn)生下拉荷載。對(duì)于摩擦樁，負(fù)摩阻力將引起樁的附加下沉，當(dāng)建筑物的部分基礎(chǔ)或同一基礎(chǔ)中部分樁上存在負(fù)摩阻力作用時(shí)，基礎(chǔ)可能出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生次應(yīng)力，輕者影響使用，重者結(jié)構(gòu)物發(fā)生損壞。對(duì)于端承樁，負(fù)摩阻力導(dǎo)致樁身軸力增大，嚴(yán)重的可導(dǎo)致樁身強(qiáng)度破壞，或者樁端持力層破壞。

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

二、樁基負(fù)摩阻力產(chǎn)生機(jī)理及特點(diǎn)

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(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以非飽和、大孔隙為主，對(duì)水的敏感性強(qiáng)，一旦浸水，就會(huì)迅速發(fā)生強(qiáng)烈濕陷，土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(shí)樁周土體會(huì)對(duì)樁產(chǎn)生向下的摩阻力，即負(fù)摩阻力。在濕陷性黃土地區(qū)，樁的負(fù)摩阻力的產(chǎn)生主要是樁周土體發(fā)生濕陷，即樁周土體相對(duì)于樁發(fā)生了向下的位移。

三、影響負(fù)摩阻力的因素

1. 樁型。樁的形式對(duì)負(fù)摩阻力的影響很大，在相同的條件下，預(yù)制樁的負(fù)摩阻力比灌注樁大得多。

2. 樁的數(shù)量和直徑。樁的數(shù)量和直徑對(duì)作用于群樁基礎(chǔ)上的下拉荷載有較大影響。在設(shè)計(jì)時(shí)采用的方案應(yīng)使樁截面的總周長(zhǎng)盡量小，這樣會(huì)減小作用于群樁基礎(chǔ)上的下拉荷載。

3. 水。水是引起濕陷性黃土地區(qū)樁基負(fù)摩阻力的外部條件。這個(gè)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(dāng)其改變量越大時(shí)，黃土的濕陷范圍和濕陷量也相應(yīng)加大，那么作用于樁基上的負(fù)摩阻力也越大。

4. 土的性質(zhì)。土的性質(zhì)對(duì)樁基的負(fù)摩阻力有決定性的影響。土的濕陷性越大，負(fù)摩阻力也越大。

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

四、樁基負(fù)摩阻力的計(jì)算

負(fù)摩阻力對(duì)于樁基承載力和沉降的影響隨側(cè)摩阻力與端阻力分擔(dān)荷載比、樁基周圍土層沉降的均勻性、建筑物對(duì)不均勻沉降的敏感程度而異。對(duì)于摩擦樁和端承樁，應(yīng)區(qū)別計(jì)算方法。

摩擦型樁基，由于樁端持力層壓縮性較大，當(dāng)出現(xiàn)負(fù)摩阻力時(shí)，樁基沉降較大。沉降產(chǎn)生后，土對(duì)樁的相對(duì)位移便減小，負(fù)摩阻力便降低，直至較小為零。因此，對(duì)于摩擦型樁基，近似視中性點(diǎn)以上側(cè)阻力為零來計(jì)算樁基承載力。理論上，中性點(diǎn)位樁身與土層豎向位移相等點(diǎn)。

端承型樁基，由于樁端持力層較堅(jiān)硬，負(fù)摩阻力引起的下拉荷載不致產(chǎn)生沉降或沉降量較小，負(fù)摩阻力將長(zhǎng)期作用于樁身中性點(diǎn)以上的樁周。因此，對(duì)于端承型樁基，應(yīng)計(jì)算中性點(diǎn)以上負(fù)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(yàn)算樁基承載力。

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

五、減小樁基負(fù)摩阻力的方法

工程實(shí)踐中已經(jīng)采用的降低負(fù)摩阻力的方法有：

加載預(yù)壓法。對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)壓，只要預(yù)壓荷載足夠大，固結(jié)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(fù)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(yīng)力，使得樁土界面處的負(fù)摩阻力降低，同時(shí)也降低鋼的腐蝕。

套管法。在中性點(diǎn)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(fù)摩阻力的影響。

瀝青涂層法或采用NF樁。在中性點(diǎn)以上的樁側(cè)表面涂以特種瀝青，當(dāng)樁與土間發(fā)生相對(duì)位移出現(xiàn)負(fù)摩阻力時(shí)，涂層產(chǎn)生剪應(yīng)變而降低作用于樁表面的負(fù)摩阻力。這是降低負(fù)摩阻力的最為有效的方法，以其有效性和技術(shù)可行性受到廣泛關(guān)注。

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

六、結(jié)語

《樁基規(guī)范》等規(guī)范中均給出了負(fù)摩阻力的計(jì)算公式，但工程技術(shù)人員只有深度理解了濕陷性黃土地區(qū)基樁負(fù)摩阻力的特性、機(jī)理，才能在工作中準(zhǔn)確的計(jì)算，并采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?/p>

[1] 白琦成. 鄭西線濕陷性黃土地區(qū)橋梁基樁負(fù)摩阻力計(jì)算探討[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督.2009.3. P28-P31

[2] 錢鴻縉，王繼唐等．濕陷性黃土基礎(chǔ)[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1985

[3] 吳德軍，劉軍勇，姜寒冰.陜北濕陷性黃土地區(qū)單樁承載力計(jì)算[J].山西建筑. 2005.10.P97-P98

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