樁基負摩阻力的微觀分析

呂治輝 張靜

摘 要：近年來隨著城鎮化進程的加快，高層及超高層建筑物日漸增多，樁基礎的使用越來越普遍，分析在樁基土層中負摩阻力產生的原因及提出科學的預防措施對工程建設有著積極的作用。

關鍵詞：樁基；微觀；負摩阻力

1 引言

隨著改革開發的進一步深入，我國已經邁入城鎮化進程的重要階段，城鎮人口從2002年39.1%提高到2012年的52.6%。城鎮化一個重要內容就是城鎮建設，城鎮建設意味著土地使用的集中，也就導致了土地供應的緊張，高層及超高層建筑也日漸增多，荷載越來越大，對沉降的敏感性越來越高，受地質條件的影響，早期多層建筑采用的基礎形式已不能滿足建筑承載力的要求，樁基礎的應用越來越普遍。

樁基是一種古老的基礎型式。樁工技術經歷了幾千年的發展過程。無論是樁基材料和樁類型，或者是樁工機械和施工方法都有了巨大的發展，已經形成了現代化基礎工程體系。在某些情況下，采用樁基可以大量減少施工現場工作量和材料的消耗。

樁基的優點是承載力高，能滿足不同建筑物的承載力要求，只需相應的加大樁徑、增加樁長或加密布置樁數。樁基的大范圍的應用，歷經過多年工程實踐的經驗積累，樁基在工程應用中出現的問題也隨之而出：如受地層影響的成樁問題、受施工質量影響的斷樁、縮頸等樁缺陷問題、受建筑物荷載及地層壓縮性影響的沉降問題、受地層特性影響的負摩阻力問題等，文章以在土地層中樁基的負摩阻力形成機理進行微觀分析。

2 負摩阻力形成機理

穿過軟弱土層支承在堅硬土層上的樁，一般來說樁受荷載作用后，地基土對樁的側阻力是向上作用的，但當軟弱土層又有某種原因而發生地面沉降時，樁周土體對樁身產生相對的向下位移，這就使樁身承受向下作用的摩擦力，軟弱土層通過作用在樁上的向下作用的摩擦力而懸掛在樁身上。這部分摩擦力不但不是樁承載力的一部分，反而變成施加在樁上的外加荷載。這種由地面沉降引起的在樁上向下作用的摩擦力，成為負表面摩擦力，即負摩阻力。

樁的負摩阻力問題，近年來在國內外普遍受到重視。由于未注意負摩阻力問題，也造成過一些工程事故。

3 負摩阻力微觀分析

研究樁的負摩擦力，與正摩擦力一樣，實質上也是研究土沿樁身的極限抗剪強度或土與樁的粘著力問題，這與物理上的力學分析是一致的。

樁基摩阻力實質上是無數個質點與樁周表面形成的一系列摩擦運動產生作用力的總和。

下面主要對土層中樁基負摩阻力進行微觀分析，鑒于樁基受力的復雜性，設定為理想條件：樁型為預制樁、只考慮豎向變形、不考慮地下水、地面堆載等其他影響因素。樁基成樁時樁周土層變化情況如圖1。

4 結束語

通過上述模型的微觀分析，由公式（5）可以較為直觀的得出負摩阻力的形成原因，并以此篩選出在樁基成樁中產生的負摩阻力的主要影響因素，在工程實踐中，也證明了樁基沉降及地面沉降（與土層性質、深度有關）的大小（St）、沉降速率（？駐V）、穩定歷時（T）等都對負摩阻力的大小有影響。上述分析結果在工程建設中合理確定樁基容許沉降值，在樁基的成樁過程中采取相應的措施來避免或者減小負摩阻力造成的影響，提高樁基的承載力，避免工程事故，為工程建設節省相應的資金投入都具有重要意義。

本文是理想的條件下進行的簡單分析論證，而實際的樁基受力情況遠較此復雜，如在土層性質（多層土累計變形）、粉（砂）土層中土顆粒液化、地下水水位變化、樁基形式（截面形狀、表面光滑程度）、樁基對周邊土層的影響半徑等因素，需要更為完整、科學的模型來分析。有關負摩阻力的計算方法和設計的參數有多種，由于其影響因素較多，多帶有經驗性質，有待進一步研究。

參考文獻

[1]顧曉魯，錢鴻縉，劉惠珊，等.ISBN 7-112-05586-5.地基與基礎.中國建筑工業出版社.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ94-2008 J793-2008.建筑樁基技術規范[S].中國建筑工業出版社.

作者簡介：呂治輝（1982-），男，河南洛陽人，工程師，2004年畢業于中國礦業大學，2004～2007年工作于中冶集團武漢勘察研究院有限公司，2007年至今在江蘇地質礦產設計研究院從事地質災害、工程地質等工作.

張靜（1981-），女，江蘇徐州人，工程師，2007年畢業于中國礦業大學，碩士，2007年至今在江蘇地質礦產設計研究院從事工程地質、煤礦地質等工作。