樁基負(fù)摩阻力影響的淺析

荊宇　付思峰　王玉蓉

【摘要】負(fù)摩阻力嚴(yán)重影響著建筑物的安全，其大小受多種因素的影響，因此很難準(zhǔn)確計(jì)算其數(shù)值。總結(jié)分析樁側(cè)負(fù)摩阻力產(chǎn)生的條件、機(jī)理及影響因素，提出減少樁側(cè)負(fù)摩阻力的方法和防治措施。

【關(guān)鍵詞】負(fù)摩阻力；成因；影響因素；中性點(diǎn)；下拉力；防治措施

1. 前言

（1）隨著人文居住環(huán)境的改善以及土地價(jià)格的不斷攀升，建筑物已從多層不斷的轉(zhuǎn)向高層建筑，從而對(duì)地基承載力和變形的要求也越來(lái)越高，越來(lái)越嚴(yán)格。當(dāng)土體在其自重作用下尚未完成固結(jié)，或者由于其他原因造成土體的沉降繼續(xù)發(fā)展，當(dāng)土體沉降大于樁的沉降時(shí)，置于這些土層中的樁會(huì)不同程度地受到負(fù)摩阻力的影響。負(fù)摩阻力對(duì)于樁基的不利影響已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。

（2）在設(shè)計(jì)樁基時(shí)如果不考慮負(fù)摩阻力，可能會(huì)造成不利影響，如：樁端地基的屈服或破壞；樁身破壞；結(jié)構(gòu)物不均勻沉降等。然而在實(shí)際工程中，負(fù)摩阻力常常被忽視，造成工程事故。

（3）下面對(duì)負(fù)摩阻力的問(wèn)題進(jìn)行分析、闡述。

2. 負(fù)摩阻力的產(chǎn)生條件

2.1負(fù)摩阻力的產(chǎn)生是由于樁周土的沉降變形大于樁的沉降變形而致。而造成樁周土沉降變形的原因是多方面的，如：

（1）樁穿過(guò)新沉積的欠固結(jié)軟粘土或新填土而支撐在硬持力層上時(shí)，土層產(chǎn)生自重固結(jié)下沉。

（2）飽和軟土中打入密集的樁群，引起超孔隙水壓力，土體大量上涌，隨后土體引起超孔隙水壓力消散而重新固結(jié)時(shí)，或靈敏度較高的飽和粘性土，受打樁等施工擾動(dòng)（振動(dòng)、擠壓、推移）影響，附加超靜孔隙水壓力增加，軟土觸變?cè)鰪?qiáng)后又產(chǎn)生新的固結(jié)下沉。

（3）在正常固結(jié)粘土和粉土地基中，由于下臥砂層、礫石層中抽取地下水或其他引起地下水位降低的原因，使土層產(chǎn)生自重固結(jié)下沉。

（4）樁側(cè)地面因大面積堆載或大面積填土而大量下沉?xí)r。

（5）在黃土、凍土中的樁，因黃土濕陷、凍土融化產(chǎn)生地面下沉。

2.2綜上所述，當(dāng)樁穿過(guò)軟弱高壓縮性土層而支承在堅(jiān)硬的持力層上時(shí)最易發(fā)生樁的負(fù)摩阻力。樁基負(fù)摩阻力可能發(fā)生在施工過(guò)程、使用前或使用過(guò)程中的任何階段，其中發(fā)生在使用過(guò)程時(shí)最為不利。

3. 影響負(fù)摩阻力大小的主要因素

（1）影響負(fù)摩阻力大小的主要因素包括樁周土的成分、含水量、軟弱地基的下沉速度、樁的傾斜度以及樁底持力層剛度等等。樁周土的特性當(dāng)然是首當(dāng)其沖的，其次樁端土特性也不可小覷，因?yàn)樗绊懼行渣c(diǎn)的位置[1、2]。

（2）中性點(diǎn)以上的負(fù)摩阻力總和即為下拉荷載，它增大了樁身荷載。影響下拉荷載的因素有好多，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析認(rèn)為，長(zhǎng)徑比和樁體剛度對(duì)下拉荷載的影響較大，且與長(zhǎng)徑比成反比，與樁身剛度成正比。此外，樁土模量比、樁間距、以及土體的彈性模量都會(huì)對(duì)下拉荷載產(chǎn)生影響。

（3）土體沉降在樁身產(chǎn)生負(fù)摩阻力，負(fù)摩阻力引起的下拉力使樁身產(chǎn)生壓縮變形和樁端沉降。而樁身壓縮變形和樁端沉降的出現(xiàn)又使得樁——土之間的相對(duì)位移關(guān)系發(fā)生變化并使樁的中性點(diǎn)上移。中性點(diǎn)上移使得樁身下部的出現(xiàn)正摩阻力的樁身長(zhǎng)度增加和正摩阻力總量增加，出現(xiàn)負(fù)摩阻力的樁身長(zhǎng)度減小并且負(fù)摩阻力總量減少。而正負(fù)摩阻力的長(zhǎng)消使得樁——土間共同作用重新達(dá)到平衡。只有在樁和土的沉降都穩(wěn)定時(shí)，樁的中性點(diǎn)以及摩阻力沿樁身的分布才能穩(wěn)定下來(lái)[3]。

（4）另外，當(dāng)樁頂有荷載作用時(shí)，土體變形不再是引起樁土相互作用的惟一原因，樁頂荷載也是影響樁土相互作用的主要原因。樁頂荷載作用下產(chǎn)生樁身壓縮和樁端沉降，這是在短時(shí)間完成的，樁周土體的沉降變形需要很長(zhǎng)時(shí)間才能穩(wěn)定。在這樣的樁土相互作用中，只有樁周土體沉降大于樁的位移時(shí)，負(fù)摩阻力才會(huì)出現(xiàn)。顯然，負(fù)摩阻力出現(xiàn)的部位與樁頂無(wú)荷載作用時(shí)有很大的區(qū)別，中性點(diǎn)的位置肯定會(huì)高于無(wú)樁頂荷載的情況。隨后也會(huì)出現(xiàn)與無(wú)樁頂荷載相似的因下拉力產(chǎn)生的樁附加變形和中性點(diǎn)的位置變動(dòng)。由于樁的沉降——壓縮曲線是隨著荷載水平的提高而表現(xiàn)出由線性到非線性的，因此，負(fù)摩阻力的特性也會(huì)呈現(xiàn)與樁頂無(wú)荷載時(shí)不同的形態(tài)，而且會(huì)隨著樁頂荷載水平的不同而表現(xiàn)出一定的差異。

4. 減少樁負(fù)摩阻力的工程措施

負(fù)摩阻力產(chǎn)生于施工階段和使用階段，所以負(fù)摩阻力的防治應(yīng)分別在這兩個(gè)階段進(jìn)行。施工階段負(fù)摩阻力的防治尤其關(guān)鍵，這個(gè)階段能有效的防止負(fù)摩阻力的產(chǎn)生，最大限度地減少負(fù)摩阻力對(duì)基礎(chǔ)的危害。在現(xiàn)場(chǎng)施工中常采取以下措施以避免和減少施工過(guò)程可能出現(xiàn)的負(fù)摩阻力：

（1）建筑場(chǎng)地平整造成較厚的回填土，回填土的固結(jié)將對(duì)樁產(chǎn)生負(fù)摩阻力，應(yīng)對(duì)回填土進(jìn)行壓實(shí)，壓實(shí)度可按建筑物荷載而定。

（2）建筑物樁基影響范圍內(nèi)存在欠固結(jié)的軟弱壓縮土層時(shí)，采用換土或打砂樁等方法進(jìn)行地基處理，避免地面堆載引起壓縮土層下沉量大于樁身的下沉量而產(chǎn)生負(fù)摩阻力。

（3）大面積地面堆載的場(chǎng)地，增設(shè)保護(hù)樁減少樁周土層重新固結(jié)產(chǎn)生的負(fù)摩阻力。

（4） 對(duì)有大量地下水向下滲流和場(chǎng)地地下水大量抽降，且又采用樁基礎(chǔ)的建筑物，其地面應(yīng)設(shè)置良好的排水設(shè)施，并采取有效措施處理抽水后形成的土層下沉 （如增加支撐樁）。

（5）確定樁存在負(fù)摩阻力后，應(yīng)通過(guò)計(jì)算取得負(fù)摩阻力值，利用正負(fù)摩阻力的極限平衡條件，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，如加長(zhǎng)樁尖進(jìn)入持力層的厚度，增大正摩阻力以抵消樁的負(fù)摩阻力。

（6）計(jì)算出樁的中性點(diǎn)，在中性點(diǎn)上段涂刷強(qiáng)而耐久的防護(hù)涂料，減少樁的負(fù)摩阻力。

5. 負(fù)摩阻力的防治措施

（1）打樁前，先預(yù)壓地基土，從根本上消除負(fù)摩阻力的產(chǎn)生；在產(chǎn)生負(fù)摩阻的樁段安裝套筒或者把樁身與周圍土體隔離；在樁身涂滑動(dòng)薄膜[如涂瀝青]；通過(guò)降低樁上部荷載，儲(chǔ)備一定承載力；在地基和上部結(jié)構(gòu)允許有相對(duì)較大沉降的情況下，采用摩擦樁；采用一定的裝置消除負(fù)摩阻力。

（2）它由設(shè)置在樁體外周的卸荷套及卸荷套與樁體之間的潤(rùn)滑隔離層構(gòu)成。卸荷套使樁體與周圍土層完全隔開(kāi)并由樁體帶動(dòng)在打樁時(shí)與之同步下沉，而當(dāng)樁周土層沉陷時(shí)，卸荷套依靠隔離層內(nèi)潤(rùn)滑材料的作用，可隨土層相對(duì)樁體自由下沉而不將下拽力傳給樁體，從而有效地消除了負(fù)摩阻力的作用?？蓮V泛用于各種軟基地層擬用樁基礎(chǔ)的工程中。

6. 結(jié)語(yǔ)

負(fù)摩阻力問(wèn)題是近年來(lái)樁基工程中遇到的常見(jiàn)問(wèn)題，以往對(duì)它還缺乏系統(tǒng)的研究。本文總結(jié)了先前的研究成果，對(duì)中性點(diǎn)位置、負(fù)摩阻力和下拉荷載的計(jì)算以及負(fù)摩阻力作用下樁基的沉降問(wèn)題做了較為系統(tǒng)的闡述。對(duì)于目前較為普遍的管樁負(fù)摩阻力問(wèn)題也做了一定的分析，分析在管樁內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)摩阻力的可能性非常小。同時(shí)前述了防治負(fù)摩阻力的部分措施。由于我國(guó)大量的使用灌注樁和預(yù)制樁，負(fù)摩阻力的產(chǎn)生較為常見(jiàn)，因此在我國(guó)進(jìn)行負(fù)摩阻力問(wèn)題研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-2008）.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范（JGJ106-2003）.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[3]夏力農(nóng) 王星華.負(fù)摩阻力樁基的設(shè)計(jì)與檢測(cè).巖土力學(xué)，2003，24（2）增，491～494.

[文章編號(hào)]1619-2737（2013）07-09-680

[作者簡(jiǎn)介] 荊宇（1982-），男，漢，籍貫：河南省鄭州市人，學(xué)歷：本科，職稱：助理工程師，主要從事巖土工程勘察，礦山地質(zhì)勘查等工作研究。