橋梁單樁樁基負摩阻力理論研究分析

張 蕾

蘭州交通大學土木工程學院（730070）

樁是設置于土中的豎直或傾斜的基礎構件或支護結構。由于具有承載力高，沉降量小而且均勻，能適應各類底層條件等優點，在工程應用中最為廣泛。自本世界二十年代以來，國外對樁基的負摩阻力展開了大量的研究工作，國內的研究稍晚一些,所以深入的研究樁基荷載傳遞的特性及負摩阻力產生的原因、形成機理、影響因素都是十分必要的。

1 樁的荷載傳遞特性

單樁在豎向受壓荷載下的破壞極限狀態包括:地基土的強度破壞和樁身結構的強度破壞。與單樁承載力相聯系的地基土強度包含樁端阻力和樁側阻力。樁在受到荷載作用時，樁身上部混凝土首先發生壓縮而產生變形，因此樁—土之間將產生相對位移，這種趨勢由上向下逐步開展，由于樁身與周圍土體之間的摩擦作用,當樁—土相對位移發生后樁就會對土體施加一個剪切作用力,土體也會對樁施加一個相等的反力，這個反力就是樁的側阻力。當樁—土相對位移達到一定數值后，樁的側阻力將發揮到極限，樁—土相對位移繼續增加，其側阻力不會繼續增加。因此，樁側阻力的發展過程也是自上而下逐漸達到極限值的,樁頂荷載通過樁身傳到樁底，樁端阻力也隨樁頂施加的荷載增大而增大，當樁側摩阻力全部達到極限后，所增加的荷載全部由樁端承擔，最后樁端土體亦達到極限強度，樁即發生很大的沉降而破壞，此時樁頂荷載即為樁的極限承載力。

土對樁的支撐力是由樁側摩阻力和樁端阻力兩部分組成，樁的極限承載力（或稱樁的極限荷載）就等于樁側摩阻力極限值與樁端阻力極限值之和,但兩者并不能夠同時發生，因為他們的發揮程度與樁土間的變形性狀有關。樁端阻力的發揮所需要的位移值與樁底下層土的性質有很大關系。試驗得知:樁側阻力和樁端阻力并不隨著樁的入土深度增加而呈線性增大，當樁的入土深度超過一定值后，阻力并不隨著深度增加而增大,這就是樁側阻力或樁端阻力的深度效應。

2 樁基負摩阻力相關概念

在正常情況下，樁和周圍土體之間的荷載傳遞情況，是在樁頂荷載作用下，樁相對于周圍土體產生向下的位移，因此土對樁側產生向上的摩擦力，構成了樁承載力的一部分，稱之為正摩擦力。有時候，樁周圍的土體由于某些原因發生壓縮，且變形量大于相應深度處樁的下沉量，則土體對樁產生向下的摩擦力，稱之為負摩擦力。

在樁周分布負摩阻力時，一般存在中性點。中性點是由負摩阻力過渡到正摩阻力時存在一摩阻力為零的斷面，是樁土位移相等的斷面，也是樁軸向力最大的斷面。

3 負摩阻力產生的原因

樁基表面產生負摩阻力主要有以下幾個原因:1）位于樁周圍的欠固結軟粘土或新近填土在自重作用下產生新的固結;2）大面積的地面堆載使樁周土層壓密固結下沉；3）在正常固結或輕微固結的軟粘土地區,由于抽取地下水或深基坑開挖降水等原因引起地下水的全面降低,致使土的有效應力增加，同時產生大面積的地面沉降；4）靈敏度高的飽水粘性土，受打樁等施工的擾動（振動、擠密、推移）影響，附加超靜孔隙水壓力增加，軟土觸變減弱，隨后又繼而產生新的固結下沉；5）大面積軟土地區打入擠壓樁，使原來地面雍高，樁間土內總應力和孔隙水壓力都普遍增高,隨后這部分樁間土的固結引起土相對于樁體下沉。

由此可見，判別樁基是否產生負摩阻力的重要原因是地基土的位移是否大于樁的位移。

4 影響負摩阻力的因素

1）土的成分:例如純粘土或含少量砂的粘土，負摩阻力較小；但當含砂土成分較多時，負摩阻力就會顯著增大。2）地基土的含水量:含水量降低負摩阻力就會增大，含水量增大，負摩阻力就會降低。3）軟弱地基的下沉速度:下沉速度快時，負摩阻力也大。4）樁的傾斜度:斜樁受到的負摩阻力要比直樁大，當樁的傾斜度大于1:10時尤為顯著。5）負摩阻力的大小與樁和土之間的相對位移的大小有關。當樁不下沉，僅周圍地基下沉，這時產生的負摩阻力最大；當樁與地基均有下沉，但樁的下沉小于地基的下沉量，就會產生相應的負摩阻力；當樁與地基土的沉降量相等時，樁與土無相對變形，不產生摩阻力。

5 結語

在荷載傳遞特性的基礎上,分析了負摩阻力的概念、產生原因、形成機理及影響因素，通過這些在今后的研究中可以分析更多的關于負摩阻力的計算方法。這對于定性理解厚層濕陷性黃土中大直徑灌注長樁負摩阻力有重要的指導意義。

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