桥梁单桩桩基负摩阻力理论研究分析

张 蕾

兰州交通大学土木工程学院（730070）

桩是设置于土中的竖直或倾斜的基础构件或支护结构。由于具有承载力高，沉降量小而且均匀，能适应各类底层条件等优点，在工程应用中最为广泛。自本世界二十年代以来，国外对桩基的负摩阻力展开了大量的研究工作，国内的研究稍晚一些,所以深入的研究桩基荷载传递的特性及负摩阻力产生的原因、形成机理、影响因素都是十分必要的。

1 桩的荷载传递特性

单桩在竖向受压荷载下的破坏极限状态包括:地基土的强度破坏和桩身结构的强度破坏。与单桩承载力相联系的地基土强度包含桩端阻力和桩侧阻力。桩在受到荷载作用时，桩身上部混凝土首先发生压缩而产生变形，因此桩—土之间将产生相对位移，这种趋势由上向下逐步开展，由于桩身与周围土体之间的摩擦作用,当桩—土相对位移发生后桩就会对土体施加一个剪切作用力,土体也会对桩施加一个相等的反力，这个反力就是桩的侧阻力。当桩—土相对位移达到一定数值后，桩的侧阻力将发挥到极限，桩—土相对位移继续增加，其侧阻力不会继续增加。因此，桩侧阻力的发展过程也是自上而下逐渐达到极限值的,桩顶荷载通过桩身传到桩底，桩端阻力也随桩顶施加的荷载增大而增大，当桩侧摩阻力全部达到极限后，所增加的荷载全部由桩端承担，最后桩端土体亦达到极限强度，桩即发生很大的沉降而破坏，此时桩顶荷载即为桩的极限承载力。

土对桩的支撑力是由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成，桩的极限承载力（或称桩的极限荷载）就等于桩侧摩阻力极限值与桩端阻力极限值之和,但两者并不能够同时发生，因为他们的发挥程度与桩土间的变形性状有关。桩端阻力的发挥所需要的位移值与桩底下层土的性质有很大关系。试验得知:桩侧阻力和桩端阻力并不随着桩的入土深度增加而呈线性增大，当桩的入土深度超过一定值后，阻力并不随着深度增加而增大,这就是桩侧阻力或桩端阻力的深度效应。

2 桩基负摩阻力相关概念

在正常情况下，桩和周围土体之间的荷载传递情况，是在桩顶荷载作用下，桩相对于周围土体产生向下的位移，因此土对桩侧产生向上的摩擦力，构成了桩承载力的一部分，称之为正摩擦力。有时候，桩周围的土体由于某些原因发生压缩，且变形量大于相应深度处桩的下沉量，则土体对桩产生向下的摩擦力，称之为负摩擦力。

在桩周分布负摩阻力时，一般存在中性点。中性点是由负摩阻力过渡到正摩阻力时存在一摩阻力为零的断面，是桩土位移相等的断面，也是桩轴向力最大的断面。

3 负摩阻力产生的原因

桩基表面产生负摩阻力主要有以下几个原因:1）位于桩周围的欠固结软粘土或新近填土在自重作用下产生新的固结;2）大面积的地面堆载使桩周土层压密固结下沉；3）在正常固结或轻微固结的软粘土地区,由于抽取地下水或深基坑开挖降水等原因引起地下水的全面降低,致使土的有效应力增加，同时产生大面积的地面沉降；4）灵敏度高的饱水粘性土，受打桩等施工的扰动（振动、挤密、推移）影响，附加超静孔隙水压力增加，软土触变减弱，随后又继而产生新的固结下沉；5）大面积软土地区打入挤压桩，使原来地面雍高，桩间土内总应力和孔隙水压力都普遍增高,随后这部分桩间土的固结引起土相对于桩体下沉。

由此可见，判别桩基是否产生负摩阻力的重要原因是地基土的位移是否大于桩的位移。

4 影响负摩阻力的因素

1）土的成分:例如纯粘土或含少量砂的粘土，负摩阻力较小；但当含砂土成分较多时，负摩阻力就会显著增大。2）地基土的含水量:含水量降低负摩阻力就会增大，含水量增大，负摩阻力就会降低。3）软弱地基的下沉速度:下沉速度快时，负摩阻力也大。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时尤为显著。5）负摩阻力的大小与桩和土之间的相对位移的大小有关。当桩不下沉，仅周围地基下沉，这时产生的负摩阻力最大；当桩与地基均有下沉，但桩的下沉小于地基的下沉量，就会产生相应的负摩阻力；当桩与地基土的沉降量相等时，桩与土无相对变形，不产生摩阻力。

5 结语

在荷载传递特性的基础上,分析了负摩阻力的概念、产生原因、形成机理及影响因素，通过这些在今后的研究中可以分析更多的关于负摩阻力的计算方法。这对于定性理解厚层湿陷性黄土中大直径灌注长桩负摩阻力有重要的指导意义。

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