四、关于桩的负摩阻

四、桩的负摩阻力1.负摩阻力产生的原因–概念：当桩周土体因某种原因发生下沉，其沉降速率大于桩的下沉时，则桩侧土就相对于桩作向下位移，而使土对桩产生向下作用的摩阻力，即称为负摩阻力。–危害：桩的负摩阻力的发生将使桩侧土的部分重力传递给桩，因此，负摩阻力不但不能成为桩承载力的一部分，反而变成施加在桩上的外荷载，桩基沉降加大。–产生原因(1)在桩基础附近地面有大面积堆载，引起地面沉降，对桩产生负摩阻力，对于桥头路堤高填土的桥台桩基础，地坪大面积堆放重物的车间、仓库建筑桩基础，均要特别注意负摩阻力问题；(2)土层中抽取地下水或其他原因，地下水位下降，使土层产生自重固结下沉；(3)桩穿过欠固结土层(如填土)进入硬持力层，土层产生自重固结下沉；(4)桩数很多的密集群桩打桩时，使桩周土中产生很大的超空隙水压力，打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉；(5)在黄土、冻土中的桩，因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。正摩擦负摩擦摩阻力示意图深度2.负摩阻力大小的确定强度负摩阻力的深度：就试桩周土对桩相对下沉的范围。它与桩周土的压缩、固结、桩身压缩及桩底下沉等直接有关。中性点：正负摩阻力变换的位置。3.中性点位置的确定中性点位置取决于桩与土的相对位移产生负摩阻力的范围就是桩侧土层对桩产生相对下沉的范围。桩侧土压缩变形大，桩底土坚硬，中性点下移；反之中性点上移。中性点计算•按照右图计算土体变形和桩身变形绘图找出相对位移为零的点•中性点深度按经验估算hn=(0.7~1.0)h04.负摩阻力计算•负摩阻力强度取决于抗剪强度软粘土层：太沙基建议的方法qn=qu/2其中：qn——为软粘土无侧限抗压强度其他土层：用β法vvnKqtanzvK—侧压力系数β—取0.2~0.5•负摩阻力下拉荷载负摩阻力乘以桩表面积Nn=quAhq其中：Ahq——hn范围内的桩身表面积（2πrhn）上式计算的Nn不能大于单桩所分配承受的桩周土重（按相邻桩距之半）•单桩承载力验算负摩阻力作为荷载计算P+Nn+W≤[P][P]=（PSU+PPU）/2其中：PSU——桩侧极限正摩阻力PPU——桩底极限阻力作业：一钻孔灌注桩，桩径0.8m，桩长l0＝10m，穿过软土层，桩端持力层为砾石，地下水位在地面下1.5m，地下水位以上软土的天然重度g＝17.1kN/m3，地下水位以下土的浮重度g′＝9.5kN/m3。现在桩顶四周地面大面积填土，填土荷重p＝10kN/m2，计算因填土对该单桩造成的负摩阻下拉荷载标准值。±0.00-1.5-10.0P＝10kN/m3三、单桩横轴向容许承载力确定–系指桩在与桩轴线垂直方向受力时的承载力。–应从保证桩身材料、地基强度与稳定、桩顶水平位移的使用要求方面来确定。（一）破坏机理–第一种情况：桩的相对刚度较大受横向力作用桩身挠曲变形不明显，如同刚体一样围绕桩轴某一点而转动，如果不断增大横向荷载，则可能由于桩侧土强度不够而失稳，使桩丧失承载力或破坏。基桩的横向容许承载力可能由桩侧土的强度决定。–第二种情况：桩的相对刚度较小由于桩侧土有足够大的抗力，桩身发生挠曲变形，其侧向位移随着入土深度增大而逐渐减小，以至达到一定深度后几乎不受荷载影响。形成一端嵌固的地基梁，桩的变形呈波状曲线。如果不断增大横向荷载，可使桩身在较大弯矩处发生断裂或使桩发生过大的侧向位移超过了桩或结构物的容许变形值。基桩的横向容许承载力将由桩身材料的抗弯强度或侧向变形条件决定。1.水平静载试验法获得单桩承载力最可靠的方法（1）试验装置（2）试验方法单向多循环加卸载法慢速连续加载法基准柱（二）单桩横向容许承载力的确定方法（1）单轴水平静载试验（a）试验装置百分表：测水平位移千斤顶：加载装置（b）测试方法逐级连环加载法循环加载法（c）极限荷载和横轴向容许承载力的确定静载试验法单桩水平静载荷试验试验装置：①加荷系统：千斤顶、试桩②位移观测系统：百分表百分表垫块500千斤顶球铰百分表基准桩基准梁单桩水平承载力确定图4.２0单桩水平静载荷实验装置每级荷载大小约为预估水平极限承载力的（1/10-1/15）。读数方法每级荷载施加后，恒载4min测读桩顶水平位移，然后卸载至零，停2min测读残余水平位移，如此循环5次，再施加下一级荷载。终止加载条件桩身折断桩顶水平位移超过30－40mm桩侧地表出现明显裂缝或隆起。水平静载荷试验方法4.桩基础①单向多循环加卸载法–可模拟基础承受反复水平荷载。–试验方法–横向临界荷载与极限荷载的确定(b)测试方法的具体步骤①循环加载法在某级荷载下持荷10min，读数，记录水平位移，然后卸荷至010min后，读回弹位移，然后再加上原数荷载，即为一个循环。每级荷载按上述步骤循环5～6次，然后加下一级荷载，然后再循环。直到桩达极限荷载为止。绘制位移时间曲线。（U－t）静载试验法②慢速连续加载法–试验方法–横向临界荷载与极限荷载的确定②逐级连续加载法分级施加水平荷载，测读水平位移。直至破坏状态。绘制荷载位移曲线（H－U）静载试验法（c）极限荷载和横轴向容许承载力的确定①循环加载法在绘制的位移时间曲线图上，将各级荷载反复作用的位移值连起来。这就是该级荷载下的包络线（图3-48所示）若包络线为向下凹时，此时即可认为该级荷载为桩的破坏荷载，其前一级荷载即为极限荷载，静载试验法②采用逐级连续加载法分析荷载位移曲线，把相应于曲线上明显下弯转折点的荷载定为极限荷载。求得容许承载力：)2(][kkP极限荷载静载试验法通过以上按强度条件确定的极限荷载的位移往往已超过建筑物的容许水平位移，因而还应该按变形条件确定极限荷载，即以单桩的水平位移达到容许值时，所承受的荷载作为桩的容许承载力。另外：水平位移容许值桩身材料强度（抗裂）土发生横向抗力的要求（弹性状态）墩（台）顶横向位移的要求（上部构造）确定目前水平静载试验中，对钻孔灌注桩，常取试桩在地面处水平位移不超过6mm，以此确定单桩横向容许承载力的判定标准。参见P93页图3-48。按6mm位移：[P]=150kN强度条件：[P]=250/2=125kN静载试验法分析计算法2.分析计算法根据某些假定（后述）而建立的理论（弹性地基梁理论），计算桩在横向荷载作用下，桩对土的作用力和桩身截面应力，验算桩侧土和材料的强度与稳定性，从而确定桩的横向容许承载力。分析计算法侧向容许土抗力验算桩与材料截面验算三、按桩身材料强度确定单桩承载力–验算桩身截面强度。–进行桩身压屈稳定的验算。（一）轴向受压–1.桩配有普通箍筋)(90.0''0ssdcddAfAfN钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数101214161820222426288.510.5121415.517192122.524354248556269768390971.00.980.950.920.870.810.750.700.650.600.563032343638404244464850262829.5313334.536.5384041.5431041111181251321391461531601671740.520.480.440.400.360.320.290.260.230.210.19l0为构件计算长度；b为矩形截面的短边尺寸；r为圆形截面的半径；i为截面最小回转半径；构件计算长度l0，当构件两端固定时取0.5l；当一端固定一端为不移动的铰时取0.7l；当两端均为不移动的铰时取l；当一端固定一端自由时取2l。l为构件支点间长度。bl/08rl2/07il/028bl/0rl2/0il/0–2.螺旋式或焊接环式间接钢筋且间接钢筋的换算截面面积Aso不小于全部纵向钢筋截面面积的25%；间距不大于80mm或dcor/5，构件长细比lo/i≤48时，其正截面抗压承载力计算应符合下列规定：)(9.0''0sosdssdcorcddAkfAfAfNSAdAsocorso1（二）偏心受压–1.强度验算轴心偏心–2.最大裂缝宽度验算sdcddfrCfArN220sdcddfgrDfBreN3300