厚软土地区桩侧负摩阻力的计算

孙呐

[摘要] 在参阅文献的基础上，对桩侧负摩阻力特点、成因、影响进行了整理汇总，结合工程案例，对桩侧负摩阻力计算方法和过程进行分析。并就适当减小负摩阻力的影响提出合理建议，以供参考。

[关键词] 负摩阻力；中性点；下拉荷载 ；沉降

1 负摩阻力的概念

正常情况下，在桩顶荷载作用下，桩侧土相对于桩产生向上的位移，因而土对桩侧产生向上的摩擦力，构成桩承载力的一部分，称为正摩阻力。但有时候会发生相反的情况，即桩周围的土体由于一些原因发生沉降，且沉降量大于相应深度处桩的沉降量，即桩侧土相对于桩产生向下的位移，土体对桩产生向下的摩擦力，这种摩擦力称为负摩阻力。

负摩阻力对桩是一种不利因素。它降低了桩的承载力，并可能导致桩发生过大沉降。实际工程中，因负摩阻力引起的不均匀沉降造成建筑物开裂、倾斜或者因沉降过大而影响正常使用的情况屡有发生。所以在可能发生负摩擦力的情况下，设计时应考虑其对桩基承载力和沉降的影响。

《建筑桩基技术规范》5.4.2条规定：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：

1 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；

2 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；

3 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。

2 负摩阻力的特点

（1）中性点。负摩阻力不一定产生于整个软弱土层中，而是在桩周土体下沉大于桩的沉降范围内。桩的这一范围内为负摩阻力，而下部一般仍为正摩阻力。正负摩阻力的分界点即为中性点。在中性点处，正负摩阻力均为零，桩土相对位移也为零，同时下拉荷载在中性点处达到最大值，即在中性点处桩身轴力达到最大值。桩顶至中性点的深度与桩周土的压缩性和变形条件以及桩的持力层性质等因素有关，理论上应按桩周土沉降与桩沉降相等的条件计算确定，但是，由于桩在荷载作用下的沉降稳定历时、沉降速率等都与桩周围土的沉降情况不同。一般来说，中性点的位置在初期随着桩的沉降增加而上下移动，当沉降趋于稳定时才会稳定在某一固定的深度处。所以要准确确定中性点的位置比较困难，一般根据现场试验所得的经验数据近似加以确定，即以与桩周软弱土层下限深度比值的经验数据来确定。

（2）负摩阻力引起的下拉荷载。桩周土层的固结随时间而变化，土层的竖向位移和桩身位移都是时间的函数。在桩顶荷载作用下，中性点的位置、摩阻力、轴力等等也都相应发生变化。当桩位移在桩顶荷载作用下稳定后，土层固结的程度和速率是影响下拉荷载大小和分布的主要原因。固结程度高、地面沉降大，中性点下移；固结速率大，下拉荷载增长快。但其增长需要一定的时间才能达到极限值。达个过程中，桩身在下拉荷载作用下产生压缩，桩端处的轴力增加，沉降也相应增大，导致土相对桩的向下位移减小，下拉荷载降低，而逐渐达到稳定状态。

3 负摩阻力的计算

影响负摩阻力的因素比较多，比如桩侧与桩端土的变形与强度性质、桩侧土发生沉降的原因和范围以及桩的类型与成桩工艺、土层的应力历史等，所以从理论上精确计算负摩阻力是比较困难的。目前国内外都有学者提出一些有关负摩阻力的计算方法，但都是带有经验性质的近似公式。

桩负摩阻力对基桩而言是一种主动作用。大部分学者认为桩侧负摩阻力的大小与桩侧土的有效应力有关，根据大量试验和工程实测结果表明，贝伦（Bjerrum）提出的“有效应力法”较接近于实际。《建筑桩基技术规范》也是采用了有效应力法为负摩阻力计算方法，计算公式可详见规范5.4.4.1。应当注意的是，当计算所得负摩阻力超过极限侧摩阻力时，应取极限侧摩阻力值。

对于单桩基础来说，根据规范5.4.4.1计算公式计算出桩侧负摩阻力的总和即为下拉荷载。但是对于桩距较小的群桩来说，基桩的负摩阻力因群桩效应而降低。因为桩侧负摩阻力是由桩侧土体沉降所引起，如果群桩中各桩表面单位面积所分担的土体重量小于单桩的负摩阻力极限值，就会导致基桩的负摩阻力降低，即显示群桩效应。考虑群桩效应的基桩下拉荷载可以按桩基规范5.4.4.2计算，其中群桩效应系数应小于1。

4 某项目考虑桩基负摩阻力作用的实例

概况：工程位于天津市滨海新区，为地上5～6层框架结构，无地下室，室内外高差750mm，基础采用钻孔灌注桩，桩长18.5m，桩顶高程2.850。±0.000相当于大沽高程（下文簡称“高程”）4.350m，设计室外地坪高程3.600。现地坪孔口高程2.350～2.500，可知本场地需大面积回填土1.1～1.25米。

可以看出桩穿越的土层中6a淤泥质粉质粘土层厚度6.0～6.5米，流塑状态，高压缩性土，土质软、强度低、工程性质较差，属欠回结土。根据桩基规范5.4.2条，本工程应考虑大面积回填土作用下软土固结沉降对桩基产生的负摩阻力作用。

由以上分析可见，负摩阻力的存在能有效降低桩的承载力，设计时应加以重视。同时应尽可能采取措施来消除或减小负摩阻力。比如，对填土场地，要保证填土的密实度且尽量在填土沉降稳定后成桩；对有大面积堆载场地，成桩前采取预压措施，减小堆载引起的桩侧土沉降等等。

5 结语

结合相关文献和案例分析，对厚软土地区桩侧负摩阻力问题进行了整理和思考，并就适当减小负摩阻力提出建议。随着我国城镇化建设的进一步推进，桩侧负摩阻力问题的理论研究和工程实践必将得到新的发展。

[参考文献]

[1] 《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008） 中国建筑工业出版社，2008

[2] 赵明华《基础工程》高等教育出版社，2003