[科普中国]-负摩擦力

桩基负摩擦力

桩基技术的发展有着悠久的历史，受到工业化发展的巨大影响，粧型和施 工工艺不断的推陈出新，在桩基设计和施工领域出现了许多崭新的概念，例如疏桩理论、桩基逆作法、热加固成桩等，桩与其他基础形式或工艺联合使用， 使粧基础在工程建设中应用更加广泛。桩基技术的研究也越来越受到重视。在现实中许多工程结构由于设计阶段没有很好的考虑负摩擦力，造成结构在使用 过程中由于负摩擦力给桩增加附加荷载引起基础沉降而产生裂缝等工程问题时 有发生。鉴于负摩擦力对工程实践的重要性，负摩擦力己经成为基础工程界的一个技术热点。

桩基负摩擦力的产生原因在桩周围的土层相对于桩侧作向下的位移时，土产生于桩侧的摩阻力方向 向下，称为负摩阻力：而正摩阻力正好相反，方向向上（图2—1）(a)）负摩阻 力产生的原因很多，主要有下列儿种情况：

(1) 位于桩周的欠固结软粘土或新近填土在其自重作用下产生新的固结：

(2) 大面积堆载使桩周土层压密固结下沉（图2—1(b))；

(3) 在正常固结或轻微超固结的软粘土地区，由于抽取地下水或深基坑开 挖降水等原因引起地下水位全面降低，致使土的有效应力增加，同时产生大面 积的地面沉降（图2—1(c))；

(4) 自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷：砂土液化后和冻土融化而发生下沉 时也会对桩基产生负摩擦力；

(5>灵敏度较高的饱和粘性土，受打桩等施工扰动（振动、挤压、推移） 影响，附加超静孔隙水压力增加，软土触变增强，后又产生新的固结下沉；

(6)大面积软土地区达打入挤土桩.使原来地面壅高，桩土内总应力和孔 隙水压力都普遍增高，随后这部分桩间土的固结引起土相对于桩体的下沉。

桩基负摩擦力产生机理桩身上负摩阻力的分布范围可根据桩与周围土的相对位移情况确定。假设 图2-2(b)的ab线代表桩周土层的下沉量随深度的分布线， 为地面下沉量， cd线代表粧身各截面的位移曲线，该线上所代表的粧身任意截面位移量是由该 截面以下桩自身的材料压缩变形 与桩尖处的下沉量 之和。可以看出，在图 中ab线与cd线的交点0处，桩与周围土体之间没有相对位移，作用在桩上的 摩阻力为零，因而称0点为中性点。在中性点截面，桩身的轴向力N最大2-2(d):在中性点以上，土的下沉量大于桩的沉降萤，桩周土对桩的作用力为向下 的负值，所以是负摩擦E;中性点以下，土的下沉量小于桩的沉降景，桩周土 对桩周的作用力为向上的正值，因而是IF.摩擦区。作用与粧侧的摩阻力分布如 图2-2(c)所示。中性点的深度“与桩周土的压缩性和变形条件，以及桩和持力 层土的刚度等因素有关，理论上可根据桩土的竖向位移相等处来确定，但实际 上准确确定中性点的位肾比较困难。显然，桩尖沉降 越小 越大，当 =0 时，则 = 1,所以对于支承在岩层上的端承桩，负摩阻力可分布于整个桩身。

桩的负摩阻力防治负摩阻力产主的影响在桩基础的工作过程中，由于桩身表面产生负摩擦力，使桩身土的一部分 重S传递给桩，因此，负摩擦力不怛不能成为桩竖向承玫力的一部分，反而变 成施加在桩上的外荷钱.它常会增加桩的沉降或不均匀沉降，而导致建筑物的 损害或破坏，负摩擦力对桩工作的影响主要表现为：

(1)桩表面的总庠擦力（下拽荷载）存可能使桩的负荷过大，从而使桩基的沉降过大或桩身结构受到损坏。

(2)由于桩承担了一邢分土体重最，负摩擦力减小了桩端标高处土的有效 校通压力，这可能导致桩瑞阴力降低。

(3)当建筑物的部分基础或同一基础中部分桩发生负摩拣力.将出现桩群 的不均匀沉降，致使上部结构破坏。

桩周负摩擦力的存在使桩的负荷过大，造成桩基沉降加剧.从而影响上部 结构的安全。群桩负摩擦力的存在对桩基产生的彩响史大。群桩负摩擦力增加 了桩身的竖向荷载，减小了桩端标商处土的覆盖压力，对桩的沉降产生的影响 更大。

减少桩负摩擦力的工程措施负庠撩力产生于施工阶段和使用阶段，所以负摩擦力的防治应分别在这两 个阶段进行工阶段负摩拣力的防治尤其关键.这个阶段能有效的防止负摩 擦力的产生，毋大限度的减少负摩擦力对基砌的危害。在现场施工中常采取以 下描施以避免和减少施工过程中可能出现的负摩擦力：

1. 建筑场地平整造成较厚的回填土，回塡土的固结将对桩产生负庠擦力，应 对回填土进行压密，压密度可按建筑物荷载而定。

2. 建筑物桩基影响范留内存在欠固结的软弱压缩土层时，采用换土或打砂桩等方法进行地基处理，避免地面堆栽引起压缩土层下沉置大于桩身的下沉而 产生负摩擦力。

3. 对有大量地表水向下渗流和场地地下水大量抽降，且又采用桩基础的建筑 物.其地而应设诨良好的排水设施以及采取有效措施处理抽水后形成的土层下 沉（如增加支承桩）。

4. 确定桩存在负摩擦力后，应通过计算取得负摩擦力值，利用正、负摩擦力 的极限平衡条件，采取适当的措施，如加长桩尖进入持力层的厚度，增大正摩 擦力以抵消桩的负摩擦力。

5. 计猝出桩的中性点，在中性点上段涂刷强而耐久的防护涂料，减少桩的负摩檫力。

负摩擦的方法和新工艺对与于负摩撺力的防治在工程设计中主要通过对基础处理和桩封处理.以 减少地基和桩身沉降达到减少负摩擦力的S的，目前，工程中一般采用以下几 种措施以灭少可能产生的负摩擦力。

1. 承柱桩法.通过堉大桩断面来承受负摩擦力。

2. 群桩法，通过增加桩数来体现群桩效应.以减少负摩擦力。

3. 涂层法，对于预制打入桩，打桩前在中性点以上桩身涂1mm厚的沥青, 涂层产生剪应变，降低桩表面的负摩拣力。

4. 地基授水法，使地基先没水，增加孔隙水正力，降低桩侧摩擦力。

5. 分段施工法，将桩基施工一段时间后，再继续其上部的结构施工，可以缓 解负摩擦力的作用。

6. 软土地基处治，为了避免桩棊沉降，消减桩基负摩捎力，在钻孔灌注桩施 工之盼，先在桥台软土地基地段实施处治，以减少由于软土沉降对桥台桩基产 也的负摩擦力，到达减少负摩擦力的目的。

7. 套管保护桩法，在中性点以上段罩上一段直径大于桩径刚套管，使该桩身 不致受土的负摩擦力作用。

在工程实践中，往往据桩的神类和嫌工工艺的不同采取不间的措施，更能有效的减少桩基础的负庠擦力。

(1) 预制混凝土桩和刚桩

对于预制混凝土桩和刚桩，一般采用涂层的办法减少负摩擦力，点以上的桩身部分涂以软沥，这种办法可以大大降低负摩擦力值（降低 70%〜80%左右)。为了防止桩身侧面所徐的沥苒在沉桩时破坏，往往将桩底做 的比桩身稍大一些。在桩身所涂沥宵的外侧m炷膨润土泥浆，既可有利于桩的 顺利打入，又可保护桩壁沥宵.还有利于在桩沉入土中后，减少桩倒负摩擦力。

国外还咎研究刚桩采取电渗法来降低桩倒负摩擦力.它是以桩作为阴极， 另外以桩附近打下的刚桩作为阳极，通以S流电后，桩周出现一层水膜，从而 可以降低桩聃负摩擦力。这种方法用于粘质粉土和粉质粘土效果较好，但费用 较高。

(2) 灌注桩

对穿过欠固结土层而支承于坚硬持力层上的灌注桩.可以采用以下两种措 施之一以降低其负摩力。

一是在沉降土层范困内插入比钻孔直径5cm〜10cm的预制混凝土桩段.预 制桩段外，填以期度较髙的膨润土泥浆以形成隔离层。在泥浆护壁成孔的悄况 下.可以浇注完下段混，填入高稠度膨润土泥浆.然后插入预制混凝土 桩段.

二足在千作业成桩条件'^可采用双层简形塑料薄膜预先S于钻孔沉降土 层的范圈内，然后在其.中浇注混凝土 使塑料薄膜在桩身与孔壁之问形成可自 由滑动的隔离层*

另外，在施工过程中灌浆法和涂层法两种新工艺由于施工方法简单，效果 较好在工程中也广泛被使用以减少桩基的负摩擦力。1