桩基负摩阻力简便计算初探

桩基负摩阻力简便计算初探

陈芳夏蒙

1温州市城市规划设计研究院浙江温州325000；

2浙江天然建筑设计有限公司浙江温州325000

摘要：本文对负摩阻力形成过程、机理及计算方法进行了深入分析，并且通过分析思考，结合工作中遇到的实例加以计算论证提出对负摩阻力的简便计算方法。

关键词：桩基；负摩阻力；承载力

1引言

桩基础是人类建筑历史上古老而又基本的基础类型，是由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础。利用设置在地基中的桩和桩间土联合构成纵向增强体复合地基。工作时，上部结构的荷载通过桩基础传递到土层上。桩工技术经历了几千年的发展至今，以其较大的承载能力、整体性和刚度，及沉降变形小，稳定性好的特点，用来解决软弱地基和地震液化地基抗震问题，适应现代高、重、大建筑的要求。同时，人们对桩基础的研究利用还在不断的深入。

2负摩阻力产生的原因及条件

按照基础的受力原理大致可分为摩擦桩和承载桩。摩擦桩是当地基缺少坚硬的承载层或承载层较深时，主要利用地层与桩基的摩擦力来承载垂直荷载的桩。端承桩是当桩基底部坐落于承载层上，主要依靠桩端承载力来承受竖向荷载的桩。

沿海地区大部分都属于软弱地基。一般说来，桩基承受向下的竖向荷载，桩与桩侧土的摩擦提供向上的支撑力，从而达到受力的平衡。但某些特殊情况，会有负摩阻力的现象产生。当桩穿过软土和软弱地基土层并达到坚实土层，桩侧软弱土层上有竖向荷载作用（如路基填土），导致桩周土层的压缩下沉量大于桩的竖向位移值（包括桩身压缩和桩端下沉），或土层中地下水位下降引起地面大面积下沉，而使土层的压缩下沉速度大于桩身的下沉速度时，压缩土层对桩身产生向下的负摩阻力。负摩阻力产生主要有以下几个条件：1桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时；2桩周存在软弱土层，临近桩侧地面承受局部较大长期荷载或地面大面积堆载时；3降低地下水位使桩周土有效应力增大、并产生显著压缩沉降时。

负摩阻力的产生，会削弱桩基的承载能力，如果设计桩基时没有注意到这一点，那将会对构造物的安全性和稳定性带来极大的安全隐患。在前期设计计算时，要仔细搜集地质资料，充分考虑到桩侧填土将会遇到的荷载情况。

3负摩阻力的计算及两个假设的提出

目前，国内外对负摩阻力的计算方法研究尚不够完善，计算方法较多，且差异较大，而现场试验则投入大、周期长。目前规范建议以下方法计算单桩负摩阻力：

负摩阻力计算公式：

实例1计算结果为单桩容许承载力192kN，实例2计算结果为单桩容许承载力43kN，与单桩承载力设计要求相差甚远。

思考问题1：

表格中针对不同类型的桩端土层给出中性点深度的建议值，若严格按照规范推荐的计算方法，单桩设计承载力的计算结果过于保守，需要很大程度的加大桩径或加长桩身长度，极大增加造价与施工难度。甚至于说，温州大多数地区桩基础的建设实施将失去可能性。我们都知道，这是不实际且不合理的。

假设1：考虑桩侧软弱土层对桩只提供负摩阻力，坚硬土层对桩基提供摩阻力和端承力的情况。

思考问题2：

按照规范计算桩侧负摩阻力计算值与地面局部荷载相关，实际地面情况复杂，所受荷载多变，包括施工时期各种机械运作、车辆行驶以及建成运营后各种可能性，难以确定。另外规范规定所得桩基负摩阻力值，如果其值小于正摩阻力值，取其算得的负摩阻力值；若计算所得大于正摩阻力值，则负摩阻力绝对值取正摩阻力值。

假设2：由于桩侧负摩阻力计算值大于正摩阻力时，取正摩阻力值即负摩阻力计算值≤正摩阻力值，由此在验算过程中，若取负摩阻力计算值的最大值，即负摩阻力计算值=正摩阻力值时，为最不利情况。

以上两个假设提出后，可以化零取整，只要验算计负摩阻力之后的单桩承载力≥桩顶荷载即可对桩基的设计承载力进行简便验算。

4具体实例

温州绕城高速公路北线起于鹿城区仰义乡，经永嘉县瓯北镇、乌牛镇，终点至乐清市北白象镇，是连接甬台温、金丽温、诸永等高速公路及104国道、49省道等国省道公路的重要枢纽通道。该工程于2005年6月开工建设，按双向6车道高速公路标准建设，设计车速为每小时100公里，于2010年2月13日中午12时通车。

温州市沿繁路位于鹿城区仰义乡境内沿江工业区西北部。全长约500m，红线宽度24m，道路等级为城市支路。道路西路段位于绕城高速公路高架桥的下方，高速公路主线右侧31~41#，左侧30~40#桩分别位于沿繁路人行道、车行道、中央分隔带中。沿繁路原本2006年2月正式出图并通过审查，后因各种原因搁置，待想要重新修建时，绕城高速公路高架桥已建成。高速甲方考虑到沿繁路建设过程中的填筑路基，压实路基，以及建成通车后车辆荷载对上述绕城高速公路桩基的不利影响，要求道路设计方对上述桥梁桩基进行承载力验算并对桩基沉降量进行监测。

计算依据：

1、《温州绕城高速公路北线施工图设计阶段工程地质勘察报告——浙江省交通规划设计研究院》（2005年11月）

2、《温州绕城高速公路北线第一合同两阶段施工图设计——浙江省交通规划设计研究院》（2006年2月）仰义枢纽主线桥左幅桥型布置图（图号S7-Q1-3）、仰义枢纽主线桥右幅桥型布置图（图号S7-Q1-4）、仰义枢纽主线桥单桩桩顶设计承载力（图号S7-Q1-5）

3、桩长资料取自《温州绕城高速公路北线公路建设项目，分项工程检验申请和中间交验审批表——桩基础冲击成孔原始记录》

计算结果如下：

以上验算可知绕城高速沿繁路段桩基承载力满足要求。且监测至今，绕城北线桩基沉降量均在要求内，符合设计的要求。

5结束语

桩基负摩阻力是个复杂的问题，到目前为止，还没有完善的理论方法和经验方法进行计算。本文对负摩阻力形成过程、机理及计算方法进行了深入分析，并且通过工程实例验算分析与思考，提出对负摩阻力符合温州地区的简便计算方法。

负摩阻力会对建筑物产生许多较隐蔽的危害，不少建筑物桩基设计由于没考虑负摩阻力的影响，而导致建筑物出现沉降、倾斜、开裂，以致有的无法使用而拆除，或花费大量资金进行加固。作为设计、施工、勘察等相关人员应引起充分重视，特别在桩基设计阶段就应充分合理考虑到负摩阻力这种情况发生的可能提高建筑物的安全性和稳定性，避免上述事故的发生。