樁基負摩阻力產生的原因、計算與處理

■韋海霞 ■北京喬波冰雪家園置業有限公司，北京 100107

樁四周的土體因為濕陷、固結、地面荷載的影響下會產生下沉，當下沉量超過樁的沉降時，就會對樁向下產生一定的摩擦阻力。而這些摩擦阻力會使樁的負荷進一步增加，從而使樁基的沉降也進一步增加，影響結構的安全性。并且會在結構上部產生附加應力，對工程的安全性有比較大的影響。所以，做好樁基負摩阻力的研究具有重要意義。

1 案例介紹

某公路橋梁工程總施工長度為95.2m，結構上部使用5 ×15m 的預應力混凝土簡密肋式T 梁，橋墩使用實體橋墩。剩下的橋墩都使用雙柱式結構，使用樁基配肋臺作為橋臺。本橋梁工程使用直徑為1.0m 的鉆孔灌注樁進行施工，樁的設計長度為16m，地面大面積堆載為P=60kpa。樁周圍軟弱土層的下下限深度為l0=15m，按照工程的施工要求，將基坑開挖17.3m，對其回填后要求高程為32.2m。使用黏土、粉質黏土和粉土進行回填，要求壓實度在90%以上。樁間土分布參數如圖1 所示。

圖1 樁間土分布參數

2 造成軟土地基樁基負摩阻力出現的原因以及危害

2.1 造成軟土地基樁基負摩阻力出現的原因

樁相由于受到軸向荷載的作用，導致樁測土體出現位移的情況，從而使土體對樁身形成向上作用的摩阻力，這就是通常所說的正摩阻力。然而，樁周土體受到外力作用而出現下沉的時候，土體對樁身形成向下作用的摩阻力，這就是通常所說的負摩阻力，詳見下圖2。軟土地基會出現以下四種負摩擦力:第一，莊周固結不穩的軟土在受到自重的影響下而出現新的固結;第二，由于地面出現較大規模的堆載造成樁周土受到壓力而出現下沉;第三，靈敏度比較敏感的黏性土在受到打樁的影響下，造成原有的地面結構出現位置改變，樁間土壓力上漲，使得軟土的觸變性發生變化，接著又發生新的固結;第四，樁基的四周挖掘深基坑或者是土層出現液化的情況等造成地面的下降。

圖2 軟土地基樁側面負摩阻力情況

2.2 軟土地基樁基負摩阻力的危害

樁基的負摩阻力對于工程的安全性起到至關重要的作用。為了對樁基負摩阻力進行深入的研究，找到他們的機理和所造成的危害，國內的研究者們對工程進行了大量的實地勘察，發現樁基的承載里會受到樁基負摩阻力的影響，樁基的下拉荷載也會對樁基的承載力造成影響［1］。樁基負摩阻力的危害包括對樁身造成的損壞，造成樁基地基的不均衡下沉等等。

3 計算和驗算負摩阻力

3.1 運算負摩阻力

樁周負摩阻力的大小會對基樁的承載能力和沉降造成一定的影響，運算樁基豎向承載力類型的時候包括以下三種形式:(1)摩擦型樁基。伴隨著負摩阻力沉降的不斷加大，中性點會隨著上升，此時中性點、負摩阻力以及樁頂荷載會保持一種動態上的平衡［2］。選取一種簡化的形式，設想一個中性點，該點以上的摩阻力為0，從而對樁基的承載力進行運算。(2)端承型樁基。樁基在受到負摩阻力的影響下，發生沉降的量較小或者沒有變化，樁土沒有發生相對的位置改變，中性點也未發生變化，所以負摩阻力所導致的下拉荷載可以作為附加荷載來進行處理。(3)土層分布不均衡或者是建筑物對不均衡下沉非常敏感的時候，此時附加荷載包括下拉荷載，所以下拉荷載要運算到附加荷載里面。

3.2 確定中性點

一般來說，中性點指的是樁土相對位移為0 的位置，這個位置即沒有負摩擦阻力也么有正摩擦阻力。因此，此截面位置的樁基所承受的軸力最大。此位置受樁周土層、樁端持力層剛度、樁身截面的影響比較大［3］。因此，在實際計算時，很難計算準確。對于這種情況，一般會使用經驗公式來進行計算，如表1 所示。按照表1 的樁基規范要求，中性點深度ln/l0=1，粉質黏土ξn取值0.25，黏土ξn取值0.30。經計算中性點深度ln=l0=15 。

表1 中性點深度ln

3.3 計算負摩擦阻力

在對樁基負摩阻力進行計算時，使用下述公式進行計算:

樁側負摩阻力標準值:

地下水位降低時:

地面分布大面積荷載時:

基樁下拉荷載標準值:

各個公式和符號的意義見《樁基規范》中的規定。

按照公式(4)計算基樁的下拉荷載

4 降低負摩阻力的方法

如果對工程采取優化的辦法有可能會使軟土地基的樁基負摩阻力價格上升，使結構的安全性下降。設計工程的時候可以采取有效的辦法來對樁側的負摩阻力進行削減，例如優化施工組織、優化樁土界面特點和構造、軟土地基優化處理等等。通常情況下，可以采取優化的方法包括以下六點:(1)選取合適的地基處理辦法。選取合適的地基處理辦法可以使軟土層的壓縮性下降，土體對于樁基的沉降量也會有所降低，這樣就可以將樁基的負摩阻力進行較好的控制［4］。然而這樣的施工辦法用時較長，對于工程的工期會有所影響。(2)控制地下水位。對于地下水位一定要進行隨時的觀測，控制好地下水位的下降情況，如果地下水位出現變化就會給樁周土帶來一定的影響，同時還會有負摩阻力產生。(3)對于樁身的結構進行優化。把樁身改變成錐形的，這樣可以有效的降低土體對樁體所造成的側向壓力，使樁基的負摩阻力降低。如果采取擴底預應力管樁和其對應的施工技術會更加的經濟實惠，還比較環保。(4)采取有效的技術來處理樁身。在打入樁基的時候，將瀝青和聚氨酯土料涂刷到樁基中性點之上的樁基側面上，這樣可以有效的降低樁基側面的摩擦力，從而使樁基的負摩阻力得到較好的控制。(5)使用科學合理的施工辦法。能夠使用的高效辦法包括以下幾個方面:第一，在對樁基進行施工的時候，可以科學合理的設計沉樁速度和順序;第二，在挖掘基坑的時候，一定要使支架構造來確保平穩;第三，采取分段施工的辦法來對樁基以上的部位進行回填［5］。(6)薄膜法。使用旋挖機來進行施工，對于中性點以上范圍之內的孔洞先將薄膜鋪在兩側的筒形壁上，接著在進行混凝土澆筑，這樣就可以將負摩阻力有效的消除掉，因為樁身和孔洞之間構成了一層薄膜隔離層來實現自由滑動。

5 結論

綜上所述，在樁基工程施工中，樁基負摩阻力會影響樁體荷載，如果不對其進行考慮，會使樁身受到破壞，使建筑物發生沉降。對建筑物的結構安全和正常使用造成影響。本文通過實際案例，對樁基礎負摩擦阻力出現的原因進行了分析，并對負摩擦阻力進行了計算，對樁基負摩阻力的處理措施進行了探討，值的類似工程借鑒引用。

［1］張超越，高力.樁基負摩擦產生機理分析［J］.現代商貿工業，2009(19).

［2］馬宗玉，淺析樁基負摩阻力［J］，山西建筑，2009，35(4):123 -124.

［3］倪正田，詹金林.軟土地區鄰近堆載對樁基影響的數值模擬研究［J］.山西建筑，2010(35).

［4］謝守鵬，喻澤紅.高填土作用下斜頂樁板樁承臺駁岸結構的負摩擦力分析［J］.長沙理工大學學報(自然科學版)，2010(01).

［5］楊慶，孔綱強，鄭鵬一，欒茂田.堆載條件下單樁負摩阻力模型試驗研究［J］.巖土力學，2008，(10):178 -179.

［6］陳健，鄭俊杰，陳保國，魯燕兒.考慮負摩阻力的剛性樁復合地基工作性狀分析［J］.巖土力學，2008，(07):121 -122.