岩基上桩侧负摩阻力计算探讨

摘 要： 结合三个工程实例，介绍了根据《建筑桩基技术规范》和重庆市《建筑地基基础设计规范》计算支承于基岩上桩側负摩阻力的计算结果，通过分析比较，发现不同的规范和计算方法，得到的单桩竖向承载力差别很大，有些桩基按《建筑桩基技术规范》进行计算甚至没有承载力，这不符合实际情况。作者根据桩基破坏模式，提出了个人见解，可供同类工程设计探讨。

关 键 词：嵌岩桩； 负摩阻力； 特征值；极限标准值

Abstract: This article is to present the calculation results of side negative skin friction of the bedrock upper pile, referring to Technical Code for Building Pile Foundations and Design Code for Building Foundation of Chongqing, integrating examples from 3 respective projects. The analysis shows characteristic value of the vertical bearing capacity of a single pile varies greatly if the referred code and calculation method are different. In some cases, the pile foundation has no bearing capacity calculated by Technical Code for Building Pile Foundations. It obviously contradicts with practical cases. The author suggests his opinion according to pile foundation failure mode for further discussion in similar projects.

Key Words: Rock Socketed pile; Negative Skin Friction; Characteristic Value; Limit Standard Value

中圖分类号： TU198 文献标识码： A 文章编号：

1 概述

《建筑桩基技术规范》[]（JGJ94-2008）（以下简称《桩规》）5.4.2条强制性条文规定：符合下列条件之一的桩基，当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力：

⑴ 桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时；

⑵ 桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括填土）时；

⑶ 由于降低地下水位，使桩周土有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。

在山区建设中，经常遇到在深厚回填土上建厂的问题。在前期的场平设计时，设计对回填土的回填提出了要求，如分层强夯或分层碾压等，对处理后的回填土也有具体的指标要求。可是在实际场平中，由于工期或施工水平等影响，回填土质量往往达不到设计要求，由于回填土没有压实，在采用桩基时，也必须考虑回填土随时间固结沉降对桩身产生的负摩阻力影响。由于回填土层厚度较大，而地勘部门给出的下卧基岩的极限端阻力标准值及饱和单轴抗压强度标准值偏小，按《桩规》计算出的单桩竖向承载力特征值偏低甚至于为负值，这对于工程设计来说毫无意义，也根本无法满足承载力要求。

2 典型工程实例

2.1重庆某钢厂环保搬迁工程

拟建场地原始地貌为丘陵山坡及其间的宽缓洼地，在此基础上进行了场地平整。因此，场地回填土层厚度差异很大，回填时间较短，虽然经过一定程度的分层碾压，但这种无规律的随意碾压不具有工程意义。根据钻探揭示，素填土层物质成分极不均匀，密实程度和均匀性差，回填土粒径差异大，不宜作为建（构）筑物基础持力层，在桩基础设计时，还应考虑其固结沉降所引起的负摩阻力影响。根据地勘资料揭示，除上述回填土层，还有少量粉质粘土层呈零星分布，厚度和层位极不连续，不能满足设计要求。场地下伏基岩层，为泥岩和砂岩两种，强风化层厚度差异较大，中等风化基岩层位稳定、连续，均匀性较好。

针对这样的场地地质条件，对于较为重要的建构筑物，除基岩暴露或者埋藏较浅的情况采用浅基础外，其余都采用了挖（或钻）孔灌注桩基础，桩端支承于中等风化基岩层上。

2.2云南某炼铁工程

拟建场地原为低中山坡麓与缓坡区，现状地形起伏较大，其持力层底面坡度大于10%。工程建设按照依山就势的原则进行分台整平，在地势相对较低的地段实施就近开挖就近回填。场地地基土均匀性较差。场地内①层素填土、②层粉质粘土和③层粉质粘土，均属于弱膨胀潜势土，承载力偏低，对于较为重要的建构筑物，如选用浅基础进行验算不能满足强度和变形要求，可采用人工挖孔灌注桩和泥浆护壁旋挖钻孔灌注桩两种型式，桩端支承于④层中风化泥岩上。

2.3 四川某炼铁工程

拟建场地属深丘地貌，原始地形以山坡、沟谷地形为主，地形起伏较大，地面高差约109.00m，现经削高填低整平。根据现场钻探取芯鉴别结果，勘察钻探深度范围内揭露的地层主要为第四系全新统人工填土（Q4ml）、第四系全新统粉质粘土（Q4el+dl）、三叠系上统须家河组（T3xj）。基岩埋置较浅地区建议采用天然地基，以中风化基岩作基础持力层。填土区结构松散，均匀性差，层厚最大约36米，基岩埋置较深，建议采用桩基础，桩尖嵌入中风化基岩。桩基方案推荐冲孔灌注桩、旋挖成孔灌注桩，考虑到新近回填土厚度大且结构松散，在计算桩的竖向承载力时应考虑负摩阻力影响。

这几个项目的桩基，桩端均支承于基岩上，在设计过程中，关于桩的负摩擦力的计算和取值，产生了诸多疑问，也引发了一些有益的讨论。

3 《桩规》的两种理解和计算对比

如何考虑负摩阻力的影响，《桩规》第5.4.4条做了规定。这几个工程均建设在回填土场地上，属于端承型基桩，因此，应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载，并按验算基桩承载力。

《桩规》第5.4.4条正文中说：中性点以上单桩桩周第层土负摩阻力标准值，按 (5.4.4-1)公式计算。紧接着又说明当按式(5.4.4-1) 计算的值大于正摩阻力标准值时，取正摩阻力标准值进行设计；而该条的条文说明（《桩规》267页）中，又说：“故当计算负摩阻力超过极限侧摩阻力时，取极限侧摩阻力值”。

由上可以看到，《桩规》在同一个条款中，对于用正摩阻力来计算桩侧负摩阻力的情况，正文中要求取“标准值”计算，条文说明中却要求取“极限标准值”计算。那么到底是应该取哪个值进行计算？这引发了我们的思考和讨论，在争论没有结果的情况下，让我们决定先看看实际计算的结果。

因为取“极限标准值”看起来更偏于安全，因此我们在设计中最先想到的是取“极限标准值”进行计算。

3.1 工程一

计算参数：回填土深度35m，桩径1000mm，采用钻孔灌注桩，桩端持力层为中风化泥岩，桩端进入中风化泥岩2m，中风化泥岩饱和单轴抗压强度，中风化泥岩极限侧阻标准值，极限端阻标准值，负摩阻力系数，回填土重度，回填土极限摩阻力标准值取。

⑴ 按嵌岩桩计算结果：

单桩竖向极限承载力标准值：

单桩竖向承载力特征值：

下拉荷载：在深度4m处，大于等于正摩阻力标准值，取正摩阻力标准值进行计算。

扣除负摩阻力后单桩竖向承载力特征值：

⑵ 按经验参数法计算结果：

单桩竖向承载力特征值：

下拉荷载：

扣除负摩阻力后单桩竖向承载力特征值：

这在工程上的意义就是说，回填土厚度超过35m的桩，桩不但没有承载力，反而可能因为负摩擦的原因而破坏持力层泥岩，这显然是不合理也不符合实际情况的。

这样看来，也许应该以“正摩阻力标准值”来计算下拉荷载更为合理。

因此，如果以“标准值”来计算，用正摩阻力算出下拉荷载，就应该在“极限标准值”的基础上除以2，即

。

这时单桩竖向承载力特征值为：

这个结果看起来可能更符合实际情况些，但感觉单桩竖向承载力还是很低，工程应用依然困难。

3.2工程二

计算参数：回填土深度12.5m，粉质粘土厚度3.6m，桩径1000mm，采用人工挖孔桩，桩端持力层为中风化泥岩。粉质粘土极限侧阻标准值，中风化泥岩极限侧阻标准值，极限端阻标准值，负摩阻力系数，回填土重度，回填土极限摩阻力标准值取。本工程地勘部门明确了该地区桩基不能按嵌岩桩设计。

按经验参数法计算结果：

单桩竖向承载力特征值：

下拉荷载：

扣除负摩阻力后单桩竖向承载力特征值：

单桩竖向承载力还是很低。如果以正摩阻力标准值来计算下拉荷载，则

这个结果可能更符合实际情况。

3.3 工程三

计算参数：回填土深度21.5m，桩径1000mm，采用旋挖桩，桩端持力层为中风化泥岩，桩端进入中风化泥岩2m，中风化泥岩饱和单轴抗压强度，中风化泥岩极限侧阻标准值，极限端阻标准值，负摩阻力系数，回填土重度，回填土极限摩阻力标准值取。

⑴ 按嵌岩桩计算结果：

单桩竖向承载力特征值：

下拉荷载：

扣除负摩阻力后单桩竖向承载力特征值：

⑵ 按经验参数法计算结果：

单桩竖向承载力特征值：

下拉荷载：

扣除负摩阻力后单桩竖向承载力特征值：

如果以正摩阻力标准值来计算下拉荷载：

这时单桩竖向承载力特征值为：

，

这个结果仍然太低。

两种计算方法得到的结果，相差非常大，也让设计师无所适从，从工程设计经验来说，我们更倾向于使用前者。

4 重庆地方规范的规定和计算结果

为进一步验证计算结果，我们对“工程一”按该工程所在地重庆市的《建筑地基基础设计规范》[]（DBJ50-047-2006）（以下简称《重庆地规》）进行了核算，其结果如下：

桩端地基承载力特征值：

嵌岩部分承载力特征：

负摩阻力计算同工程一，单桩承受的负摩阻力：

按附录J中J.0.4条，承载力按下式验算：

单桩实际能承受的外加荷载为：

与《桩规》用正摩阻力标准值计算相比，这个结果可能更符合实际情况一些。

5 分析

根据《桩规》进行单桩竖向承载力计算，结合条文说明取桩周土的正摩阻力极限标准值进行负摩阻力计算，单桩竖向承载力计算结果为负值，说明该桩不但没有竖向承载力，还向基岩施加了向下的力，这与实际情况不符，而且工程也无法实施。我们认为，桩端支承的基岩，承载力很高，在桩身承载力满足的情况下，基岩是不会破坏的，就是说不会发生刺入式破坏，说明该桩是有竖向承载力的。取桩周土的正摩阻力标准值进行负摩阻力计算，单桩竖向承载力计算结果为正值，但单桩竖向承载力还是偏小，但在工程上是可行的，可是所耗费的材料较多。

《重庆地规》附录J为参考性的附录，从法律[]上讲是规范不负责任，因此也不能按此附录进行设计。我们曾询问过该规范的编制人员，他们认为该附录不能作为设计依据，不建议设计使用。我们认为，能纳入规范的参考性附录，至少说明是有参考价值的，而且是有工程经验的。不能作为正式条文，说明对岩基上桩側的负摩阻力的研究还不够成熟，尚不能供工程设计使用。

桩周负摩阻力的发挥，是一个相对缓慢的过程，随着桩周土层的缓慢固结，下拉荷载也是缓慢的施加在桩周的，短期内是不可能达到摩阻力极限标准值的。对于支承于基岩上的端承桩，从理论上说，只要桩端持力层和桩身不发生破坏，单桩竖向承载力是有保障的，《桩规》取桩周正摩阻力极限标准值的规定，偏于保守，甚至在某些工程上无法使用。对于具体的工程，需要分析地基破坏形式和桩身承载力综合考虑，计算出比较符合实际的单桩竖向承载力，即要避免设计浪费又要保证工程安全。

6 结论

根据以上论述及实际工程实践，可以给出以下结论：

⑴ 按照国家规范《桩规》5.4.4条计算桩侧负摩阻力时，当计算负摩阻力大于正侧摩阻力标准值时，取正摩阻力標准值进行计算。虽然单桩竖向承载力相对于《重庆地规》仍然偏低，但对于回填土厚度在15m以内的场地，基本可以满足大多数工程对桩基承载力的要求。而如果取极限侧摩阻力值进行计算，则偏于保守，甚至和某些实际情况不符。

⑵ 《重庆地规》附录J为参考性的附录，对岩基上桩的负摩阻力计算，具有工程意义，建议尽快修订为正文，并推荐到国家规范，供工程设计使用。

⑶ 具体到工程实际中，建议将负摩阻力作为附加下拉荷载，用以验算中性点处的桩身截面承载力，而计算单桩竖向承载力特征值时，可不考虑负摩阻力的影响。

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部． JGJ94-2008 建筑桩基技术规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2008．

[2] 重庆市建设委员会． DBJ50-047-2006 建筑地基基础设计规范[S]．重庆，2006

作者简介： 李书本，男，1962出生，教授级高级工程师，从事结构设计