维普资讯 http://www.cqvip.com ・１０６・ 第３３卷第２７期 ２ ０ ０ ７年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＦＵＲＥ ＶｏＩ．３３ Ｎｏ．２７ Ｓｅｐ ２００７ 文章编号：１００９—６８２５（２００７）２７—０１０６—０３ 基桩负摩阻力探析 寇卫锋摘王保兵 要：讨论了基桩负孽阻力产生的机理及主要影响因素，探讨了如何确定单位负摩阻力大小的计算方法，归纳出了减 轻或消除负摩阻力的对策，以减少桩侧负摩阻力的不利影响。 关键词：桩基础，负摩阻力，时间效应，成桩工艺 中图分类号：ＴＵ４７３．１ 文献标识码：Ａ 引言 用阶段，基本上解决了负摩阻力问题¨２ 。但到目前为止，我国仍 众所周知，作用于桩侧的摩阻力方向取决于桩侧土体之间的 大量使用钢筋混凝土预制桩和灌注桩，这种涂有复合滑动层的特 并且在实际工程设计中经常出现因忽视负摩 相对位移，当桩侧土体的沉降大于桩身的沉降时，则作用于桩身 殊钢管桩用的很少，倾斜或开裂等工 的摩阻力方向向下，即所谓桩的负摩阻力。在２０世纪６０年代～ 阻力作用或计算不当而造成的建筑物沉降过大、７０年代，国外学者对负摩阻力问题进行了广泛的研究，我国工程 程事故，因而负摩阻力的研究探讨将成为桩基设计中非常重要的 在我国进行有关负摩阻力的研究仍然具有重要的现 界也一直在努力探索［ ，后来随着ｓＬ钢管桩从试验研究进入实 问题。所以，呈梅花形布置，采用一次高压注浆，注浆压力１．５ ＭＰａ～２ ＭＰａ， ３．３加固施工措施 注浆材料采用水灰比０．６～０．８的纯水泥浆，通过压力注浆（而非 Ｉ）沿基坑支护范围内搭设４排脚手架，所有加固施工设备在 无压注浆）封堵基坑内部已经出现的滑动裂隙，保证现有土体的 脚手架平台上进行； 稳定，同时还可以加固杆体周围土体，为土钉锚杆承载力提供更 大的侧阻力。 ２）为防止雨水进入基坑东侧污水井，将雨水从平房东侧的集 水井内抽走； ３．２整体稳定性和土钉锚杆承载力验算 ３）对基坑四周地面裂缝采用水灰比为１：１的水泥浆进行灌 根据ＪＧＪ １２０—９９建筑基坑支护规范的公式（１），公式（２），公 缝后，将地面裂缝进行封闭处理；将基坑东侧和北侧已开挖到底 式（３）和有关经验数据，验算加固后的基坑整体稳定性和土钉锚 的部位，进行底部回填，回填高度为２ ｍ，宽度为３．５ ｍ； 杆承载力，如图２和表２所示。址 山ＬＬＬ 址 ， ４）减小回灌井的回灌量，将回灌观测井的水位降至天然地面 下３．１ ｍ～３．５ ｍ；对基坑顶面进行水平位移观测； 山 厂—————～—～—～， ／ ／ ／ ５）做好防雨工作，对基坑坡面土层暴露部位，进行铺盖防雨； 防止基坑周围雨水流入基坑内。 ——～——～—二二二二 ————～ 一４结语 １）对于填土、粉土等不易成孑Ｌ或塌孔的地层，土钉锚杆的杆 一 一 二二二＝＝＝＝— 安全系数１ ３ 体应采用钢管，并进行高压注浆进行支护加固处理。 ２）基坑的设计方案应满足基坑整体稳定性和构件承载力安 全系数的规范要求，并采取相应的变形控制措施。 图２ 基坑加固后稳定性计算图 结果表明整体稳定性安全系数为１．３，满足规范１．２的要求； ５排土钉锚杆承载力安全系数均大于规范１．２５的要求。 表２加固后土钉锚杆承载力验算表 编号 深度／ｍ 长度／ｍ ｑ／ｋＰａ 水平间距 Ｔ ／ｋＮ １ １ ８ １２ ６０ １ ２ ９ ３）当在水环境条件下成孔时，应采用孑Ｌ底注浆或者压力注浆。 参考文献： ｕ／ｋＮ Ｔ ／Ｔ １６５ １８ １３ ［１］ＪＧＪ １２０—９９，建筑基坑支护规范［Ｓ］． ［２］孙剑平，陈启辉，张 鑫，等．基坑悬臂支护事故原因分析与加 固措施［Ｊ］．工业建筑，２００１，２１（４）：６９—７０． ［３］魏焕卫，孙剑平，陈启辉，等．基坑边坡变形的理论计算方法 ［Ｊ］．水文地质工程地质，２００６（２）：７５ ８０， ２ ３ ４ ５ ３ ４ ３ ５．５ ６ ８ １２ １２ ９ ９ ６０ ９０ ９０ ９０ １ ５ １ ５ １ ５ １ ５ １２ ２０ ２６ ８２ １７７ ２８５ ２１８ ２３７ １４ ２ １４．５６ ８ ３４ ２ ８７ Ｃａｕｓｅｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｏｆ ｏｎｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ＰＥＮＧ Ｈｅｎｇ－ｊｕｎ ＷＡＮＧ Ｊｉａ－ｇａｎｇ ＷＵ Ｄｏｕ－ｄｏｕ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｐｒａｃｔｉｃａ／ｗｏｒｋ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｗｈｏｌｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｓｏｌｌ ｎａｉｌ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ａｎｃｈｏｒ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｃａｕｓｅｄ ｔｈｅ ｐｉｔ ａｃｃｉｄｅｎｔ＆ｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｒａｓｏｎａｂｌｅｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ａｎｄ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ，ｓｏｉｌ ｎａｉｌ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ａｎｃｈｏｒ，ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｓａｆｅｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ 收稿日期：２００７—０４—１３ 作者简介：寇卫锋（１９７８一），男，西安科技大学建筑与土木工程学院硕士研究生，陕西西安王保兵（１９８１一），男，西安科技大学建筑与土木工程学院硕士研究生，陕西西安７１０００１ ７１０００１ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第２７期 ２ ０ ０ ７年９月 寇卫锋等：基桩负摩阻力探析 阻力在数值上相等，方向相反。 ・１０７・ 实意义。 １ 负摩阻力的产生机理 发生发展的过程是桩与桩侧土沉降相互协调的过程。当桩身某截 根据假定，只要计算出桩周单位面积上的负摩阻力，再乘以 可以采用以下方法。 桩一土间的相对位移是引起桩侧阻力的直接原因。负摩阻力 桩周面积就可以计算出单桩的负摩阻力。单位负摩阻力的计算 嘉兰格（Ｇａｒｌａｎｇｅｒ）法 面沉降量大于该截面桩侧土体沉降量时，桩侧摩阻力方向向上，其 ３．１如我国现行的《建筑桩基技术规范》，即： 值为正；反之，桩侧摩阻力方向向下，桩身承受负摩阻力作用。 桩一土间的相对位移在桩身范围内连续。由负摩阻力过渡 到正摩阻力，存在一摩阻力为零的断面，该断面称之为中性点。 中性点是摩阻力、桩、土相对位移和轴向压力沿变化的特征点。 ｑ ＝ ， Ｐ ＝“∑Ｐｈｉｚ 。 其中， 为与土类别有关的经验系数，可按各有关规范取值； 中性点以上桩的位移小于桩侧土的位移，桩身承受负摩阻力；中 ｑ 为桩侧单位面积负摩阻力分布； 为桩中性点以上有效的上 性点以下桩的位移大于桩侧土体的位移，桩承受正摩阻力。因此 中性点是桩、土位移相等的断面，中性点以上轴向压力随深度递 增，中性点以下轴向压力随深度递减。中性点桩侧阻力为零，桩 身轴力最大。负摩阻力计算一般只考虑中性点以上的部分。目 前对中性点的求法有不同的方法，但根据目前的研究测试结果， 可以认为中性点位于桩尖以上０．２倍－０．３倍的桩长处。 ２影响负摩阻力的因素 ２、１桩一土相对位移 大量研究表明，桩侧阻力的发展程度取决于桩一土相对位移 量的大小，并随桩一土相对位移量的增加而增大，直至极限值。 通常，粘性土中桩侧正摩阻力达到极限值时，桩土相对位移约为 ５ ｒｎｎ１～７ ｉｎ／ｎ，砂土约为１０ ｉｎ／ｎ或稍大些。而有试验表明，在６０ｄ 时，桩侧负摩阻力值将达到计算值的７０％，因此较小的相对位移 可能会引起可观的负摩阻力发生；也有人认为，桩侧负摩阻力的 产生和发展伴随着桩侧正摩阻力的减少和消失，因此，其极限位 移值比正摩阻力大。 ２．２基桩的支承条件 基桩的支承条件对桩侧负摩阻力的分布影响较大。在坚硬 持力层上，桩端支承沉降量较小，中性点位置不一，桩侧总的负摩 阻力往往很大，桩身的材料强度在计算中起控制作用。而由于摩 擦桩的沉降量大，中性点位置较浅，则桩侧负摩阻力值较小。 ２．３土的性质 土的性质对桩侧负摩阻力的影响也很大：１）土的变形性质和 土层厚度。桩侧土的压缩性越大，厚度越大，则负摩阻力越大；２） 桩侧土的强度性质和土中的有效应力。桩侧土的有效内摩擦角 和内聚力Ｃ 越大，则产生负摩阻力值越大。 ２．４桩的倾斜度 斜桩受到的负摩阻力要比直桩大，当桩的倾斜度大于１：１０ 时尤为明显。 ２．５ 时间效应 负摩阻力的发生发展是随时间增长的过程。研究表明，桩侧 负摩阻力值会随时间增长而增大，最终收敛于某一定值。初期桩 顶荷载使桩侧负摩阻力减少的现象随时间的增长而消失。 ２．６成桩工艺 在饱和软土中打桩会引起桩侧土体扰动，甚至土体中的孔隙 水压力超过上覆有效应力，使沉桩后桩侧土体处于欠固结状态， 随后土体发生再固结沉降而产生负摩阻力。 ３负摩阻力的计算 为了计算简便，特做以下假定：１）假定桩周负摩阻力沿桩身 是均匀分布的；２）对于分层地基，假定在同一土层内的负摩阻力 是均匀分布的；３）假定作用于桩周单位面积上的负摩阻力和正摩 覆应力；“为桩身周长；ｚ 为桩中性点以上第ｉ层土的厚度。 ３．２有效应力法 ｑＨ＝ｋｔａｎ・ ２。 其中，以为桩侧土深度 处的竖向有效应力。 Ｐｏ＋ 一“２。 其中，Ｐｏ为桩顶平面以上的土重或堆载； 为深度 以上土 的平均有效重度； 为自桩顶至计算深度的距离；“ 为深度 处 的孔隙水压力，工程中不予测试时取“ ＝０，即有效应力的最大 值；ｋ为水平有效应力与竖向有效应力之比，可近似取静止土压 力系数ｋｏ；ｋｔａｎ￣为与土质、桩型成桩工艺有关的系数，由试验或 实验测定。 ４减轻负摩阻力影响的对策 负摩阻力的不利影响造成的工程事故已经引起了工程师和 学者们的注意，他们在工程中采取了一些措施来减轻负摩阻力的 不利影响＿５』。从负摩阻力发生的机理和已有的工程实践中，将减 轻或消除负摩阻力不利影响的对策和方法归纳如下： １）由于负摩阻力是桩周土体沉降大于桩身沉降而产生的，在 桩施工之前针对软土的特点采取地面堆载或者强迫降水等方法， 先使软土完成或部分完成土体沉降，可以从根本上减轻或消除负 摩阻力的不利影响。 ２）针对地质条件的特点和上部结构的要求选择合理的桩型。 摩擦桩与端承桩受负摩阻力影响而产生的附加作用是不相同的， 摩擦桩以沉降为主，附加荷载是次要因素；端承型桩以桩身轴力 和桩端荷载的增加为主，附加沉降是次要的，根据上部结构对沉 降要求的严格程度来选择合理的桩型。 采用摩擦桩可以避免采用端承桩时由于负摩阻力的作用而 使得位于桩群外围桩桩端部位的桩身被压碎。 ３）在桩身预计会出现负摩阻力的位置采取使得桩、土隔离的 特殊措施。常用的方法有在中性点以上部分桩段罩上套管，套管 和桩身之间是可以滑动的，这可以完全消除负摩阻力；在中性点 以上部分桩身表面涂刷沥青类材料，减少桩土间的摩阻力，这可 以部分消除负摩阻力。在桩群中增加外围桩数可以减少负摩阻 力产生的附加荷载对于桩身强度的影响。 ５结语 文中通过对负摩阻力形成过程、机理及计算方法进行了深入 分析，说明了基桩的负摩阻力是个复杂的问题，到目前为止，还没 有完善的理论方法和经验方法进行计算。负摩阻力会对建筑物 产生许多较隐蔽的危害，作为设计、施工、勘察等相关人员应根据 不同的地质条件采取相应的措施，以减少桩侧负摩阻力的不利影 响。 参考文献： 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第２７期 ・１０８・ ２ ０ ０ ７年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖ０１．３３ ＮＯ．２７ Ｓｅｐ． ２００７ 文章编号：１００９—６８２５ ｆ２００７）２７—０１０８—０２ 强夯法加固机理及在湿陷性黄土地基中的应用 王凤超摘张红波徐建 要：对强夯法的加固机理、适用范围及对湿陷性黄土的成因、力学性质进行了分析，结合工程实例，对强夯法的技术处 理要求、施工方法及步骤进行了介绍，工程实践表明，强夯法在处理湿陷性黄土地基方面是行之有效的，值得推广应用。 关键词：强夯法，湿陷性黄土，加固机理 中图分类号：ＴＵ４７２ 文献标识码：Ａ 我国幅员辽阔，地质条件复杂，分布土类繁多，工程性质各 击能量转化，伴随着对土体的强制压缩或振密，其中包括气体排 异。我国黄土的分布很广，面积约达６０万ｋｒｎ２，其中湿陷性黄土 出和孔隙水压力上升；ｂ．土体液化或土体结构破坏，表现为土体 约占３／４，遍及甘、陕、晋的大部分地区以及豫、宁、冀等部分地区。 强度的降低或强度的丧失；Ｃ．排水固结压密，表现为渗透性能改 强夯法处理湿陷性黄土地基具有消除湿陷性深度大、开挖基 变、土体裂隙发展和土体强度提高；ｄ．触变恢复并伴随固结压实， 坑（槽）土方量小、工期短、成本低的优点，是一种行之有效的方法。 包括部分自由水又变成薄膜水，土体强度继续增强。其中，第１阶 段是瞬时发生的，第４阶段是强夯终止后很长时间才能达到的，一 １ 强夯法的加固机理及适用范围 １．１强夯法的加固机理 强夯法又称动力固结法，是用重锤（１０ ｔ～４０ ｔ）反复从一定高 度（１０ ｍ～４０ ｍ）自由落下，对地基土进行强力夯实，从而使地基 土的密实度改善、承载力提高、压缩性得到降低的地基处理方法。 般可长达几个月以上，第２阶段、３阶段则介于上述两者之间。 １．２ 强夯法的适用范围 强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘土、湿 陷性黄土、素填土和有机质含量低的杂填土等地基ｌ２ Ｊ。 目前，对强夯法加固机理的认识所达成的共识包括以下几个 ２湿陷性黄土的成因与力学性质 湿陷性黄土分为非自重湿陷性黄土和自重湿陷性黄土两种。 方面： 湿陷性黄土的成因 １）区分宏观机理和微观机理。宏观机理从地基土所受冲击 ２．１黄土是一种第四纪沉积物，典型黄土具有以下特征：色呈淡 力、应力波的传播、土的各种参数对加固效果的影响等方面做出 疏松多孔，具肉眼观察到的大孔隙，成岩成度低；无层 解释；微观机理，则对冲击力作用下土的微观结构的变化，如土颗 黄或淡灰；ｎ］］Ｔｉ－０．００５ ｎｍ０含量大于５０％；结构均一；垂直节 粒在强夯冲击荷载作用下的排列分布、微观特性的变化等做出解 理；粉粒（０ ０５ 含量大于１０％；具湿陷性。凡缺少上述条件 释ｌ１ Ｊ。宏观机理是微观机理的外部表现，而微观机理是宏观机理 理发育；富含碳酸盐，之一或更多时属黄土状沉积ｌ３ Ｊ。黄土的结构特征及其物质组成 的内部依据。 ２）区分对饱和土和非饱和土、粘性土和无粘性土的加固机 是产生湿陷的内在因素，而水的浸润和压力作用仅是产生湿陷的 理。饱和土中存在孔隙水，在冲击荷载作用下将产生超静孔隙水 外部条件。黄土的结构是在形成黄土的整个历史过程中造成的，压力，强夯过程中伴随着孔隙水的排出和土体的固结这一问题， 干旱和半干旱的气候是黄土形成的必要条件。季节性的短期降 而长期的干旱气候又使土中水分不断 砂土的饱和度如果接近于１，不宜使用强夯法；而砂土中孔隙水的 雨把松散的粉粒粘结起来，排除在夯击瞬间就基本完成，这与饱和土的情况完全不一样。 蒸发，于是，少量的水分连同溶于其中的盐分便集中在粗粉粒的 经过强夯加固后，土体强度提高过程可分为４个阶段：ａ．夯 接触点处。可溶盐类逐渐浓缩沉淀而成为胶结物。随着含水量的 ［１］张景魁 负摩擦力作用下的桩基础［Ｄ］．成都：西南交通大学， ２００３ （９）：４５—４６． ［４］惠焕利 桩基设计中负摩阻力问题的探讨［Ｊ］．陕西水利发电， ２０００，２６（２）：２０—２１． ［２］马时冬．桩身负摩阻力的现场测试与研究［Ｊ］ 岩土力学， １９９７，１８（１）：１１－１３ ［５］张咏梅．消除负摩阻力桩的设计与试验研究［Ａ］．第三届地基 处理学术讨论会论文集［Ｃ］．杭州：浙江大学出版社，１９９２． ［３］赵明华．基桩负摩阻力计算方法初探［Ｊ］．岩土力学，２００４，２５ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｌｅｓ ＫＯＵ Ｗｅｉ・ｆｅｎｇ ＷＡＮＧ Ｂａｏ－ｂｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｌｅｓ’ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｍａｉｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃ ｔｏｒｓ，ｐｒｏｂｅｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｕｎｉｔ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄ ｉｎｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｉｓ ｅｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｏｒ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆｉｒｃｔｉｏｎ ｒｅ ｓｉｓｔａｎｃｅ．ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ａｄｖｅｒｓｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐｉｌｅ ｓｉｄｅ’Ｓ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｉｌｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｔｉｍｅ ｅｆｆｅｃｔ，ｐｉｌｅ—ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 收稿日期：２００７—０４—１３ 作者简介：王风超（１９７６一），男，工程师，山东曹县建安集团总公司，山东曹县张红波（１９８０一），男，硕士．山东聊建集团总公司，山东聊城２７４４００ ２５２０００ 徐建（１９８２一），男，助理工程师，山东铁正义和工程勘察设计有限公司，山东济南２５００１４
