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基桩负摩阻力的计算
岩土工程方楹1122090001
摘要：分析了摩阻力与轴力的关系、负摩阻力产生的原因以及负摩阻力时桩的影响，论述了不同情况下负摩阻力的计算方法。
关键词：桩负摩擦阻力计算方法
NegativeFrictionalResistanceForCalculationofFoundationPile
Abstract:Thispaperanalyzestherelationshipbetweenfrictionalresistenceforceandaxialforce,exertingcauseofnegativefrictionalforceanditsinfluencepile.Thecalculationmethodofnegativefrictionalforceunderdifferentconditionisdescribed.
Keywords:pile;negativefrietionalresistaneeforce:ealeulation;method

1负摩阻力的产生
桩在竖直的轴向荷载作用下，桩身横截面产生了轴向内力和位移，由此桩土之间就有了相对位移，于是土对桩侧产生了摩阻力，相应于桩尖的位移，则产生了对桩端的阻力。通过桩侧摩阻力和桩端阻力，桩将荷载传给土体。即桩侧总摩阻力和桩端阻力之和等于桩顶轴向荷载。桩的荷载传递以及桩的位移，体现了桩在轴向荷载作用下的工作性能。图1(b)为一根进行静载试验的桩，若在桩身中每隔一段距离埋设应力测量元件，当桩顶作用有轴向压力P时，根据量测结果，可画出桩身轴力的分布曲线，如图1(c)所示。然后找出轴力分布曲线的函数式P(z)，这个曲线和函数P(z)表达了沿桩身深度:处的荷载传递关系，而摩阻力f(z)就是桩侧单位面积上的荷载传递量。在桩身某一深度z处取出长度为dz的一小段桩体，其上下截面和侧面的受力情况如图1(a)所示，设桩的横截面周长为U，根据该桩体单元体的平衡条件得:
(1)
则（2）
上式表示摩阻力与轴力的基本关系。式中，摩阻力向上时，取正号，这时随着深度的增加而减小，因而为负值，故的大小分布可由上式求得。如果随着深度的增加而增大，则为负值，其方向向下，则表示出现了负摩阻力的情况。
桩土之间相对位移的方向，对于荷载传递的影响很大。在一般情况下，桩受轴向荷载作用后，桩相对于桩侧土体作向下位移，使土对桩产生向上作用的摩阻力，称正摩阻力。但是，当桩周土体因某种原因发生下沉，其沉降速率大于桩的下

沉时，则土层相对于桩侧向下位移，产生于桩侧的向下的摩阻力称为负摩阻力，如图2。产生负摩阻力的情况有多种，例如:位于桩周的欠固结软粘土或新填土在自重作用下产生固结;大面积堆载使桩周土层压密;在正常固结或稍微超固结的软粘土地区，由于地下水位全面降低(如抽取地下水)，致使有效应力增加，因而引起大面积沉降;自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷等。在这些情况下，土的自重和地面上的荷载将通过负摩阻力传递给桩，负摩阻力不但不能成为桩承载力的一部分，反而变成施加在桩上的外荷载，对人土深度相同的桩来说，若有负摩阻力发生，则桩的外荷载增大，桩的承载力相对降低，桩基沉降加大，这在确定桩的承载力和桩基设计中应予以注意。
2负摩阻力的计算
桩侧负摩阻力问题，实质上和正摩阻力一样，如果得知土与桩之间的相

对位移以及负摩阻力与相对位移之间的关系，就可以了解桩侧负摩阻力的分布和桩身轴力的变化了。
图3(a)表示一根承受竖向荷载的桩，桩身穿过正在固结中的土层而达到坚实土层。在图3(b)中，曲线1表示土层不同深度的位移，曲线2为该桩的截面位移曲线。曲线1与曲线2之差为桩土之间的相对位移。曲线2和曲线1的交点为桩土之间不发生相对位移的截面位置，称为中性点。在点之上，土层产生相对于桩身的向下位移，在这部分桩长范围内出现负摩阻力。在点之下，桩截面产生相对于土层的向下位移，因而在桩侧产生正摩阻力。图3(c)及(d)分别为桩侧摩阻力曲线和桩身轴力曲线。其中为负摩阻力引起的桩身最大轴力(又称下拉力)，为总的正摩阻力。从图中可知，在中性点处桩身轴力达到最大值，而桩端总阻力。
由于桩周土层的固结是随时间而发展的，所以土层竖向位移和桩身截面位移都是时间的函数。在一定的桩顶荷载尸作用下，这两种位移都随时间而变，因此中性点的位置、摩阻力以及轴力都相应发生变化。如果在桩顶荷载作用下的截面位移已经稳定，以后才发生桩周土层固结，那么土层固结的程度和速率是影响负摩阻力的大小和分布的主要因素。固结程度高，地面沉降大，则中性点往下移;固结速率大，则负摩阻力增长快，不过负摩阻力的增长要经过一定时间才能达到极限值。在这个过程中，桩身在负摩阻力作用下产生压缩。随着负摩阻力的产生和增大，桩端处的轴力增加，桩端沉降也增大了。这就必然带来桩土相对位移的