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1、浅议桥梁工程中的桩基负摩阻力问题 导读：如果桩的沉降大于地基土的沉降时,地基土对桩侧表面就会产生向上作用的摩擦阻力,这个力对桩起支承作用,称为正表面摩阻力;反之,当地基土的沉降大于桩的沉降(包括桩身压缩及桩尖下沉)时,则桩侧土相对于桩向下移动,压缩的地基土对桩侧表面产生向下作用的摩擦阻力,这个力就称之为负摩阻力。桩基负摩阻力是桩周土产生相对于相应深度桩截面向下位移时作用于桩身的向下的力,因而在桩身分布负摩阻力的所有情况中,一般存在中性点,即该深度桩土相对位移为零、桩身摩阻力为零,另有沿桩身全为负摩阻力的情况,这种情况一般讲的是桩穿透湿陷性黄土层后随即落在几乎不压缩的持力层
2、,如卵石和基岩等。 关键词：桩基，负摩阻力，桥梁工程 1.负摩阻力概述 一般情况下,施加于竖直桩上的垂直外荷载,将通过桩壁与土的相互作用传至桩周土和桩尖土上,桩壁和桩周土的相对位移则会产生摩阻力。作用于桩侧的摩阻力的方向取决于桩和其周围地基土的相对位移情况。如果桩的沉降大于地基土的沉降时,地基土对桩侧表面就会产生向上作用的摩擦阻力,这个力对桩起支承作用,称为正表面摩阻力;反之,当地基土的沉降大于桩的沉降(包括桩身压缩及桩尖下沉)时,则桩侧土相对于桩向下移动,压缩的地基土对桩侧表面产生向下作用的摩擦阻力,这个力就称之为负摩阻力。桩基负摩阻力是桩周土产生相对于相应深度桩截
3、面向下位移时作用于桩身的向下的力,因而在桩身分布负摩阻力的所有情况中,一般存在中性点,即该深度桩土相对位移为零、桩身摩阻力为零,另有沿桩身全为负摩阻力的情况,这种情况一般讲的是桩穿透湿陷性黄土层后随即落在几乎不压缩的持力层,如卵石和基岩等。 2.负摩阻力的产生 在桩周围的土层相对于桩侧作向下的位移时,土产生于桩侧的摩阻力方向向下,称为负摩阻力,而正摩阻力正好相反,方向向上。负摩阻力产生的原因很多,主要有大面积堆载使桩周土层压密固结下沉;位于桩周的欠固结软粘土或新近填土在其自重作用下产生新的固结;自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷;砂土液化后和冻土融化而发生下沉时也会对桩基产生
4、负摩擦力;灵敏度较高的饱和粘性土,受打桩等施工扰动(振动、挤压、推移)影响,附加超静孔隙水压力增加,软土触变增强,后又产生新的固结下沉;在正常固结或轻微超固结的软粘土地区,由于抽取地下水或深基坑开挖降水等原因引起地下水位全面降低,致使土的有效应力增加,同时产生大面积的地面沉降;大面积软土地区打入挤土桩,使原来地面雍高,桩土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的下沉等方面的原因。 3.负摩阻力的特性 土体在重力和附加应力的作用下发生沉降,土体的沉降是随着时间的变化而增加并逐渐趋于稳定。桩体的沉降量与桩身的弹性压缩变形,以及桩尖处土体的
5、沉降有关。一般来说,桩体下沉要比土体固结沉降快,桩体下沉趋于稳定的时间要比土体沉降稳定的时间短。因此,桩体在很短的时间内有一定的沉降量,这时土体的固结沉降发生很慢,随后桩体的下沉趋于稳定,但土体的沉降还在继续,当土体的沉降量大于桩体的下沉量时,土体便对桩体有向下的作用力,即负摩阻力产生。发表论文。最后,土体沉降稳定时,负摩阻力趋于稳定,中性点也趋于稳定。负摩阻力的发生发展的过程是桩与土的沉降相互协调的过程,当桩土相对沉降稳定时,也即负摩阻力稳定时,在桩顶处负摩阻力为零,随着桩深的增大,负摩阻力也逐渐增大,直到其最大值并开始减小,最后在中性点位置达到最小值零。对于摩擦型桩基,
6、当出现负摩阻力对基桩施加下拉荷载时随之引起沉降。桩基沉降土出现,土对桩的相对位移便减小,由于持力层压缩性较大,负摩阻力便降低,直至转化为零,因此一般情况下,对摩擦型桩基可近似视为中性点(理论中性点)以上侧阻力为零计算桩基承载力。对于端承型桩基,由于其桩端持力层较坚硬,受负摩阻力引起下拉荷载后不致产生沉降或沉降较小,此时负摩阻力长期作用于桩身中性点以上侧表面。因此,应计算中性点以上负摩阻力形成的下拉荷载,并以下拉荷载作为外荷载的一部分验算其承载力。发表论文。 负摩阻力的大小受桩侧和桩底土层的强度、变形性质、应力历史,地面堆载的强度、面积,历时,地下水的降低幅度、面积、历时,
7、桩的类型、尺寸、设置方法,外界条件(堆载、降水、浸水等)变化与桩设置时间的先后关系等因素的影响,且具有时间效应。桩侧土与桩的粘着力和桩表面负摩阻力的大小取决于土的抗剪强度,地基土的沉降速率越大,负摩阻力值亦越大。这是由于负摩阻力实质上是土的抗剪强度,而它是随剪切速率提高而增大的。同时,负摩阻力的发生和发展经历着一个缓慢的时间过程,这是由软土的固结沉降特性决定的。这一过程的长短取决于桩侧土固结完成的时间和桩身沉降完成的时间,固结土层越厚,渗透性越低,负摩阻力达到峰值所需时间越长。一般初期发展较快,而达稳定值却很慢,固
