樁基負(fù)摩阻力的設(shè)計探討

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)計中負(fù)摩阻力計算的方法對于搞好樁基設(shè)計尤為重要，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，并列舉了計算實例，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 地質(zhì)條件

中圖分類號：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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，會對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）樁穿過欠壓密的軟土或新近填土，而支承在堅硬土層（硬粘土、中密砂土、卵石層或巖層）時，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；

（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，土體與樁是否發(fā)生相對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)生的沉降超過基樁的沉降時，在計算基樁承載力時應(yīng)計入樁側(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)入相對較硬土層時；樁周存在軟弱土層，鄰近樁側(cè)地面承受局部較大的長期荷載，或地面大面積堆載（包括填土）時；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。

樁的負(fù)摩阻力對于基樁承載力的影響，本規(guī)范明確規(guī)定： 對于摩擦型基樁， 不考慮中性點以上的側(cè)阻力， 只計中性點以下部分的側(cè)阻力； 對于端承型基樁， 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?！钡?guī)范對負(fù)摩阻力如何確定、如何計算以及對樁基計算的影響等并未作介紹。

3 樁基負(fù)摩阻力的計算

3.1 中性點

對于穿過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)生相對位移，即樁周土的下沉量和樁的下沉量相等，這時負(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。

圖1 負(fù)摩阻力中性點示意圖

影響中性點深度ln的因素很多，一般有：

（1）樁端持力層的剛度。一般來說持力層越好，中性點深度就越深，對于中性點深度，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，中性點深度就越大。

3.2 負(fù)摩阻力值計算實例

已知預(yù)制方樁邊長為300？mm，樁長為22m？，樁頂入土深度為2m，樁端入土深度24？m，場地土層分層見下表，當(dāng)?shù)叵滤?.5m降至5m時，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

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（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

樁穿越的土層

名稱

機(jī)理

措施

特點

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硬土層上

增大樁斷面

承載力可靠，但消耗材料較多，造價高。

較薄的自重濕陷性土層

地基浸水法

建筑場地預(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

浸水砂井預(yù)壓加固法

建筑場地預(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

軟弱土

分段施工法

在樁基施工完一段時間后，再續(xù)建上部結(jié)構(gòu)

分段施工

費(fèi)時

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，一直涂到中性點為止。在樁通過粗粒土層時，為防止涂層被刮掉，可將樁頭擴(kuò)大。

增加單涂層

目前在國內(nèi)外被廣泛采用，工藝簡單，造價低廉。尤以樹脂乳膠最好。

涂層法

預(yù)制樁沉樁前在中性點以上涂滑動層和保護(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土泥漿

挖孔后灌膨潤土泥漿

用于無法采用涂層法的工程。

5 結(jié)語

（1） 樁靜載試驗是在短期內(nèi)完成的，帶負(fù)摩阻力樁在靜載試驗時與工程樁工作狀態(tài)有明顯差異，基樁在靜載試驗和動測中，負(fù)摩阻力是不可能出現(xiàn)的。

（2）在進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計時，當(dāng)樁周存在有可能自身沉降超過樁身沉降的土層時，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)確確定中性點位置對樁摩阻力計算很重要，特別是對以變形控制的樁基，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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