考虑负摩阻力的大直径桩设计.doc

考虑负摩阻力影响的大直径桩设计摘要分析了桩基础工作中负摩阻力的产生机理及其危害，并对其引起的下拉荷载进行了计算，以工程实例对结果进行了分析比较。关键词负摩阻力有效桩长一、负摩阻力的产生机理及其危害桩基础周围存在欠固结土、新近沉积土、可液化土及湿陷性土层时，在桩基工作过程中，桩周土中会渐次产生负摩阻力。桩周产生负摩阻力问题，在我国工程实践中已变成一个热点问题，不少建筑物桩基由于存在上述三类问题的条件之一而出现沉降、开裂、倾斜，以致有的无法使用而拆除，或花费大量经济进行加固，等等。反之，有的工程设计中对负摩阻力予以考虑而采取了措施则避免了事故。1、对于摩擦型桩基，当出现负摩阻力对基桩下拉荷载时，由于持力层压缩层较大，随之引起沉降。桩基沉降一出现，土对桩的相对位移减少，负摩阻力便于工作降低，直至转化为零。因此一般情况下对于摩擦型桩基，可近似视中性点以上侧阻力为零计算桩基承载力。2、对于端承型桩基，由于其桩端持力层较坚硬，受负摩阻力引起下拉荷载后不致产生沉降或沉降量较小，此时负摩阻力将长期作用于桩身中性点以上侧表面。因此应计算中性点以上负摩阻力形成的下拉荷载，并以下拉荷载作为外荷载的一部分验算桩基承载力。负摩阻力现象说明图负摩阻力对于桩基承载力和沉降的影响随侧阻力与端阻力分担荷载比、建筑物各桩基周围土层沉降的均匀性、建筑物对不均匀沉降的敏感度而异，因此对于考虑负摩阻力验算承载力和沉降也有所区别。由于下拉荷载的计算是以负摩阻力、中性点位置均达理论最大值的假定为基础的。实际上由于桩身材料的弹性压缩、桩端持力层的压缩引起桩基一定沉降，导致摩阻力小于理论最大值。因此在以往定值设计中将安全系数降低，即由正常状态的K=2降至K=1.2～1.3。由是可以推理出：式中为桩轴向压力标准值。若取荷载分项系数加权平均值，抗力分项系数，则得：考虑到建筑物重要性系数，则由上式可得概率极限状态的承载力验算表达式：负摩阻力作用必然加大桩基沉降。当建筑物各桩基周围土层的沉降均匀，且建筑物对不均匀沉降敏感时，负摩阻力引起的沉降不致危害建筑物的正常使用，因此可不必验算沉降。但对于各桩基周围受到不均匀堆载、不均匀降水或土层自身不均匀时，将出现不均匀沉降，各桩基因负摩阻力产生的下拉荷载和沉降也会是不均匀的。因此需考虑负摩阻力验算桩基沉降。二、规范规定考虑负摩阻力的条件1、国家行业标准《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）的规定第一类情况为桩周土在自重作用下固结沉降或浸水导致结构破坏强度降低而固结；第二类情况为外界荷载作用导致桩周土固结沉降；第三类情况为因降水导致有效应力增大而固结。对于端承型桩基尚应考虑负摩阻力引起基桩下拉荷载。2、北京市标准《北京地区大直径灌注桩技术规程》的规定在确定单桩承载力时，若桩周有人工填土、淤泥、新近沉积土以及可液化土层时，则不计算上述土层的桩周摩擦力。当桩端扩大且桩长小于6.00m时可不考虑桩周摩擦力。当建筑场区有大面积新填土或地面堆载以及人工降低地下水位时，需考虑由此而造成桩周摩擦力对单桩承载力的影响。由此可见，两种规范规程对负摩阻力的危害都给予了高度重视，都规定了在必要条件下考虑负摩阻力的的条款。三、关于负摩阻力引起下拉荷载的计算影响负摩阻力的因素很多，诸如桩侧与桩端土的变形与强度性质、土层的应力历史、地面的堆载大小与范围、降低地下水位的范围与深度、桩顶荷载施加时间与发生负摩阻力的时间之间的关系、桩的类型与成桩工艺等。因此，精确计算负摩阻力是复杂而困难的。迄今国内外学者提出的计算方法与公式都是近似的和经验性的。多数学者认为桩侧负摩阻力的大小与桩侧土的有效应力有关，不同负摩阻力计算式中也多反映出有效应力因素。根据大量试验与工程实测结果表明，以有效应力法较接近实际。因此本规范规定如下有效应力法为负摩阻力标准值计算法。式中---第I层土桩侧负摩阻力标准值；k------土的侧压力系数；-----土的有效内摩擦角；-----第I层土的有效平均竖向有效应力；------负摩阻力系数；与土的类别和状态有关，对于粗粒土，随土的粒度和密实度增加而增加；对于细粒土，则随土的塑性指数、孔隙比、饱和度增大而增大；综合文献的建议值和各类土中的测试结果，给出如规范表所列值。四、关于中性点的确定当桩身穿越厚度为的可压缩土层，桩端设置于较坚硬的持力层时，在桩的某一深度以上，土的沉降大于桩的沉降，在该段桩长内，桩侧产生负摩阻力；在以下的可压缩层内，土的沉降小于桩的沉降，土对桩产生正摩阻力，在深度处，桩土相对位移为零，即既没有负摩阻力，又没有正摩阻力，习惯上称该点为中性点。是性点处桩身轴力为最大。一般来说中性点的位置，在初期是有变化的，中性点也将稳定在某一固定深度处。中性点的确定对于桩纵向取值有着重要意义。对于存在负摩阻力的桩基础，显然应自中性点以下计取侧摩阻力值，中性点以