負摩擦力

在樁周圍的土層相對于樁側(cè)作向下的位移時，土產(chǎn)生于樁側(cè)的摩阻力方向向下，稱為負摩阻力：而正摩阻力正好相反，方向向上（圖2—1）(a)）負摩阻 力產(chǎn)生的原因很多，主要有下列幾種情況：

(1) 位于樁周的欠固結(jié)軟粘土或新近填土在其自重作用下產(chǎn)生新的固結(jié)：

(2) 大面積堆載使樁周土層壓密固結(jié)下沉（圖2—1(b))；

(3) 在正常固結(jié)或輕微超固結(jié)的軟粘土地區(qū)，由于抽取地下水或深基坑開挖降水等原因引起地下水位全面降低，致使土的有效應(yīng)力增加，同時產(chǎn)生大面積的地面沉降（圖2—1(c))；

(4) 自重濕陷性黃土浸水后產(chǎn)生濕陷：砂土液化后和凍土融化而發(fā)生下沉?xí)r也會對樁基產(chǎn)生負摩擦力；

(5)靈敏度較高的飽和粘性土，受打樁等施工擾動（振動、擠壓、推移） 影響，附加超靜孔隙水壓力增加，軟土觸變增強，后又產(chǎn)生新的固結(jié)下沉；

(6)大面積軟土地區(qū)達打入擠土樁使原來地面壅高，樁土內(nèi)總應(yīng)力和孔隙水壓力都普遍增高，隨后這部分樁間土的固結(jié)引起土相對于樁體的下沉。

負摩擦力負摩阻力產(chǎn)主的影響

在樁基礎(chǔ)的工作過程中，由于樁身表面產(chǎn)生負摩擦力，使樁身土的一部分重力傳遞給樁，因此，負摩擦力不但不能成為樁豎向承載力的一部分，反而變成施加在樁上的外荷載.它常會增加樁的沉降或不均勻沉降，而導(dǎo)致建筑物的損害或破壞，負摩擦力對樁工作的影響主要表現(xiàn)為：

(1)樁表面的總摩擦力（下拽荷載）存可能使樁的負荷過大，從而使樁基的沉降過大或樁身結(jié)構(gòu)受到損壞。

(2)由于樁承擔(dān)了一部分土體重量，負摩擦力減小了樁端標(biāo)高處土的有效 校通壓力，這可能導(dǎo)致樁瑞陰力降低。

(3)當(dāng)建筑物的部分基礎(chǔ)或同一基礎(chǔ)中部分樁發(fā)生負摩揀力.將出現(xiàn)樁群的不均勻沉降，致使上部結(jié)構(gòu)破壞。

樁周負摩擦力的存在使樁的負荷過大，造成樁基沉降加劇.從而影響上部結(jié)構(gòu)的安全。群樁負摩擦力的存在對樁基產(chǎn)生的影響更大。群樁負摩擦力增加了樁身的豎向荷載，減小了樁端標(biāo)商處土的覆蓋壓力，對樁的沉降產(chǎn)生的影響更大。

負摩擦力減少樁負摩擦力的工程措施

負摩擦力產(chǎn)生于施工階段和使用階段，所以負摩擦力的防治應(yīng)分別在這兩個階段進行工階段負摩擦力的防治尤其關(guān)鍵.這個階段能有效的防止負摩擦力的產(chǎn)生，最大限度的減少負摩擦力對基砌的危害。在現(xiàn)場施工中常采取以下措施以避免和減少施工過程中可能出現(xiàn)的負摩擦力：

1. 建筑場地平整造成較厚的回填土，回塡土的固結(jié)將對樁產(chǎn)生負摩擦力，應(yīng)對回填土進行壓密，壓密度可按建筑物荷載而定。

2. 建筑物樁基影響范留內(nèi)存在欠固結(jié)的軟弱壓縮土層時，采用換土或打砂樁等方法進行地基處理，避免地面堆栽引起壓縮土層下沉置大于樁身的下沉而 產(chǎn)生負摩擦力。

3. 對有大量地表水向下滲流和場地地下水大量抽降，且又采用樁基礎(chǔ)的建筑 物.其地而應(yīng)設(shè)諢良好的排水設(shè)施以及采取有效措施處理抽水后形成的土層下沉（如增加支承樁）。

4. 確定樁存在負摩擦力后，應(yīng)通過計算取得負摩擦力值，利用正、負摩擦力的極限平衡條件，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，如加長樁尖進入持力層的厚度，增大正摩擦力以抵消樁的負摩擦力。

5. 計算出樁的中性點，在中性點上段涂刷強而耐久的防護涂料，減少樁的負摩檫力。

負摩擦力負摩擦的方法和新工藝

對與于負摩擦力的防治在工程設(shè)計中主要通過對基礎(chǔ)處理和樁封處理.以 減少地基和樁身沉降達到減少負摩擦力的S的，工程中一般采用以下幾 種措施以減少可能產(chǎn)生的負摩擦力。

1. 承柱樁法.通過堉大樁斷面來承受負摩擦力。

2. 群樁法，通過增加樁數(shù)來體現(xiàn)群樁效應(yīng).以減少負摩擦力。

3. 涂層法，對于預(yù)制打入樁，打樁前在中性點以上樁身涂1mm厚的瀝青, 涂層產(chǎn)生剪應(yīng)變，降低樁表面的負摩擦力。

4. 地基授水法，使地基先沒水，增加孔隙水正力，降低樁側(cè)摩擦力。

5. 分段施工法，將樁基施工一段時間后，再繼續(xù)其上部的結(jié)構(gòu)施工，可以緩解負摩擦力的作用。

6. 軟土地基處治，為了避免樁基沉降，消減樁基負摩擦力，在鉆孔灌注樁施 工之盼，先在橋臺軟土地基地段實施處治，以減少由于軟土沉降對橋臺樁基產(chǎn)生的負摩擦力，到達減少負摩擦力的目的。

7. 套管保護樁法，在中性點以上段罩上一段直徑大于樁徑剛套管，使該樁身不致受土的負摩擦力作用。

在工程實踐中，往往據(jù)樁的神類和嫌工工藝的不同采取不間的措施，更能有效的減少樁基礎(chǔ)的負摩擦力。

(1) 預(yù)制混凝土樁和剛樁

對于預(yù)制混凝土樁和剛樁，一般采用涂層的辦法減少負摩擦力，點以上的樁身部分涂以軟瀝，這種辦法可以大大降低負摩擦力值（降低 70%?80%左右)。為了防止樁身側(cè)面所徐的瀝苒在沉樁時破壞，往往將樁底做 的比樁身稍大一些。在樁身所涂瀝宵的外側(cè)m炷膨潤土泥漿，既可有利于樁的順利打入，又可保護樁壁瀝宵.還有利于在樁沉入土中后，減少樁倒負摩擦力。

國外還咎研究剛樁采取電滲法來降低樁倒負摩擦力.它是以樁作為陰極， 另外以樁附近打下的剛樁作為陽極，通以S流電后，樁周出現(xiàn)一層水膜，從而 可以降低樁聃負摩擦力。這種方法用于粘質(zhì)粉土和粉質(zhì)粘土效果較好，但費用 較高。

(2) 灌注樁

對穿過欠固結(jié)土層而支承于堅硬持力層上的灌注樁.可以采用以下兩種措 施之一以降低其負摩擦力。

一是在沉降土層范困內(nèi)插入比鉆孔直徑5cm?10cm的預(yù)制混凝土樁段.預(yù) 制樁段外，填以期度較髙的膨潤土泥漿以形成隔離層。在泥漿護壁成孔的悄況 下.可以澆注完下段混，填入高稠度膨潤土泥漿.然后插入預(yù)制混凝土 樁段.

二足在千作業(yè)成樁條件'^可采用雙層簡形塑料薄膜預(yù)先S于鉆孔沉降土 層的范圈內(nèi)，然后在其.中澆注混凝土 使塑料薄膜在樁身與孔壁之問形成可自 由滑動的隔離層*

另外，在施工過程中灌漿法和涂層法兩種新工藝由于施工方法簡單，效果 較好在工程中也廣泛被使用以減少樁基的負摩擦力。 2100433B

樁基技術(shù)的發(fā)展有著悠久的歷史，受到工業(yè)化發(fā)展的巨大影響，樁型和施工工藝不斷的推陳出新，在樁基設(shè)計和施工領(lǐng)域出現(xiàn)了許多嶄新的概念，例如疏樁理論、樁基逆作法、熱加固成樁等，樁與其他基礎(chǔ)形式或工藝聯(lián)合使用， 使樁基礎(chǔ)在工程建設(shè)中應(yīng)用更加廣泛。樁基技術(shù)的研究也越來越受到重視。在現(xiàn)實中許多工程結(jié)構(gòu)由于設(shè)計階段沒有很好的考慮負摩擦力，造成結(jié)構(gòu)在使用過程中由于負摩擦力給樁增加附加荷載引起基礎(chǔ)沉降而產(chǎn)生裂縫等工程問題時 有發(fā)生。鑒于負摩擦力對工程實踐的重要性，負摩擦力己經(jīng)成為基礎(chǔ)工程界的一個技術(shù)熱點。

樁身上負摩阻力的分布范圍可根據(jù)樁與周圍土的相對位移情況確定。假設(shè) 圖2-2(b)的ab線代表樁周土層的下沉量隨深度的分布線，

序言

第1章 緒論

1.1 概述

1.1.1 樁基負摩擦力產(chǎn)生的原因及危害性

1.1.2 我國規(guī)范中有關(guān)樁基負摩擦力的規(guī)定

1.2 國內(nèi)外樁基負摩擦力的研究現(xiàn)狀

1.2.1 國外樁基負摩擦力的研究現(xiàn)狀

1.2.2 國內(nèi)樁基負摩擦力的研究現(xiàn)狀

1.3 本書的指導(dǎo)思想及主要內(nèi)容

1.3.1 指導(dǎo)思想

1.3.2 主要內(nèi)容

第2章 樁基負摩擦力現(xiàn)場實測研究

2.1 世界各地樁基負摩擦力實測綜述與綜合分析

2.1.1 樁基負摩擦力現(xiàn)場實測綜述

2.1.2 現(xiàn)場實測資料綜合分析

2.2 中國黃土地區(qū)樁基負摩擦力現(xiàn)場實測與分析

2.2.1 中國黃土分布與負摩擦力問題

2.2.2 黃土地區(qū)樁基負摩擦力現(xiàn)場實測綜述

2.2.3 黃土地區(qū)樁基負摩擦力現(xiàn)場實測綜合分析

2.3 上海洋山深水港接岸結(jié)構(gòu)樁基負摩擦力現(xiàn)場實測研究與分析

2.3.1 引言

2.3.2 場地情況

2.3.3 樁及測試元件

2.3.4 測試流程及進度

2.3.5 測試結(jié)果及分析

2.4 樁基負摩擦力現(xiàn)場實測研究中應(yīng)重視的問題

2.4.1 樁頂荷載對負摩擦力影響問題

2.4.2 有效應(yīng)力法與孔隙水壓力消散問題

2.4.3 總應(yīng)力法中不排水剪強度的取值問題

2.5 小結(jié)

第3章 樁基負摩擦力室內(nèi)試驗研究

3.1 樁負摩擦力室內(nèi)試驗的主要類型

3.2 國內(nèi)外樁負摩擦力室內(nèi)試驗現(xiàn)狀

3.3 上海土與結(jié)構(gòu)材料的界面摩擦試驗研究

3.3.1 引言

3.3.2 試驗?zāi)康呐c試驗步驟

3.3.3 試驗結(jié)果的分析與整理方法

3.3.4 試驗結(jié)果的綜合分析

3.4 小結(jié)

第4章 樁基負摩擦力計算理論研究

4.1 樁基負摩擦力理論研究概述

4.1.1 彈性理論法

4.1.2 荷載傳遞法

4.1.3 剪切位移法

4.2 層狀土中樁基負摩擦力計算方法

4.2.1 中性點的確定方法

4.2.2 均質(zhì)土中單樁負摩擦力的理論計算

4.2.3 層狀土中樁基負摩擦力的理論計算

4.2.4 層狀土中樁基負摩擦力理論計算的參數(shù)研究

4.2.5 層狀土中樁基負摩擦力的理論計算程序

4.3 群樁負摩擦力計算與群樁效應(yīng)

4.3.1 泰沙基與佩克的方法

4.3.2 日本遠藤的方法

4.3.3 理論方法中的負摩擦力群樁效應(yīng)

4.3.4 其他方法

4.3.5 綜合算例

4.4 下拉荷載（總負摩擦力）與時間的關(guān)系

4.4.1 負摩擦力隨時間的發(fā)展過程

4.4.2 下拉荷載與時間的關(guān)系

4.4.3 實例驗證

4.4.4 參數(shù)研究與數(shù)學(xué)模型

4.5 小結(jié)

第5章 樁基負摩擦力數(shù)值模擬研究

5.1 單樁負摩擦力參數(shù)研究

5.1.1 摩擦系數(shù)、超載及樁端土性質(zhì)對負摩擦力的影響

5.1.2 樁周土中有硬夾層存在時對負摩擦力的影響

5.1.3 樁基負摩擦力隨時間的變化

5.2 樁頂自由時的群樁負摩擦力數(shù)值模擬

5.2.1 模型描述

5.2.2 群樁負摩擦力的特點

5.2.3 樁間距、樁端土模量、超載、摩擦系數(shù)對群樁效應(yīng)的影響

5.3 帶樁帽的群樁負摩擦力數(shù)值模擬

5.4 小結(jié)

第6章 樁基負摩擦力研究的工程應(yīng)用

6.1 承受負摩擦力的樁基承載力的確定

6.1.1 單樁承載力的確定

6.1.2 負摩擦力群樁承載力的確定

6.1.3 樁基承載力的時間效應(yīng)

6.2 承受負摩擦力的樁基沉降計算

6.2.1 單樁沉降計算

6.2.2 群樁沉降計算

6.3 承受負摩擦力樁基的一般設(shè)計計算步驟和相應(yīng)軟件

6.3.1 承受負摩擦力樁基的設(shè)計計算步驟

6.3.2 承受負摩擦力樁基的計算軟件

6.3.3 軟件應(yīng)用簡介

6.4 承受負摩擦力樁基的優(yōu)化設(shè)計

6.4.1 樁筏（箱）基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計的影響因素

6.4.2 樁筏（箱）基礎(chǔ)設(shè)計的優(yōu)化方法

6.4.3 樁筏（箱）基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型

6.4.4 樁筏（箱）基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計計算的簡便方法——解析法

6.5 港口工程的樁基負摩擦力特點及削減措施

6.5.1 樁基負摩擦力引起的港口工程問題

6.5.2 港口樁基負摩擦力的特點

6.5.3 港口樁基豎向承載力的確定

6.5.4 港口樁基負摩擦力的消減措施

6.6 承受負摩擦力樁基設(shè)計理論方法在港口工程中的應(yīng)用

6.6.1 工程概況

6.6.2 設(shè)計理論方法的試算過程

6.7 國外兩種承受負摩擦力樁基的實用設(shè)計方法

6.7.1 Poulos方法

6.7.2 Fellenius方法

6.8 小結(jié) 2100433B

《樁基負摩擦力的試驗?zāi)M和計算應(yīng)用》是國內(nèi)外首次出版的一本關(guān)于樁基負摩擦力的著作，包括現(xiàn)場測試、室內(nèi)試驗、理論計算、數(shù)值模擬和工程應(yīng)用等內(nèi)容?！稑痘撃Σ亮Φ脑囼?zāi)M和計算應(yīng)用》收集世界各地樁基負摩擦力的實測資料，通過綜合分析對比，得出樁負摩擦力數(shù)值、中性點位置及瀝青涂層效果等方面的規(guī)律。書中提供的豐富數(shù)據(jù)，可用于相似工程?！稑痘撃Σ亮Φ脑囼?zāi)M和計算應(yīng)用》以上海軟土為例，對結(jié)構(gòu)材料與土的界面摩擦試驗進行全面介紹，旨在探討樁土界面處的剪力傳遞規(guī)律，求得界面剪力傳遞函數(shù)。《樁基負摩擦力的試驗?zāi)M和計算應(yīng)用》重點是論述層狀土的負摩擦力計算理論，用迭代方法尋找中性點的位置。此外，作者試圖以在書中介紹的數(shù)值模擬多方面研究的一些成果闡述相關(guān)規(guī)范中尚未能反映的內(nèi)容或?qū)嵺`中遇到的新問題，力求得到一些定性認(rèn)識。

瑞士中部和西南部的廣大地區(qū)復(fù)蓋著一層很厚的正常固結(jié)的軟粘土。建筑物二般都來用端承樁。通常在大城市中心部分出現(xiàn)的地下水位降低，形成樁的負表面摩擦力，從而別起沉降與樁尖負荷增加。負表面摩擦力與土的不排水抗剪強度、有效超載壓力、沉降以及樁的打入等方面間的關(guān)系，都存在著很多問題。為了解決其中的某些問題，于1966年開展了此頊研究。

試驗分為三階段：第一階段觀測兩根穿過正常固結(jié)粘土打入粉土和砂中的長樁，在打樁期間與打入后的負表面摩擦力的分布與彎矩；第二階段在兩根樁上加80噸軸向荷載，并研究這個荷載對負表面摩擦力的影響；第三階段在兩根樁周圍鋪上2米厚、面積為40米×40米的碎石填料，這項研究將于1973年完成。

負表面摩擦土質(zhì)情況

試驗場區(qū)40米深度內(nèi)為正常固結(jié)的軟粘土，其下為粉土和砂，地表土的不排水抗剪強度為1.5噸/米²，到地下35米處增加到5.0噸/米²。地下水位與地面平齊，粘土的敏感度在15和20之間。

負表面摩擦試驗樁與量測結(jié)果

試驗采用兩根截面為800厘米²、周長為106厘米的六角形鋼筋混凝土Herhules型樁。每根樁由11.2米長的數(shù)段組成。底節(jié)裝有硬質(zhì)鉆巖鋼尖。樁中心設(shè)有薄壁鋼管，內(nèi)徑為42毫米，樁打入后沿管插入變位計。樁力計的電纜通過電纜管引出樁尖。澆注28天后測定樁身混凝土的平均立方塊強度為607公斤/厘米²。骨架用6根直徑為16毫米、屈服強度為60公斤/毫米²的鋼筋。樁截面的斷裂彎矩超過8.5噸米。打樁時用硬鋼連結(jié)件在現(xiàn)場將樁接起來。打樁數(shù)據(jù)表明，這些樁具有摩擦兼端承樁的作用。PⅠ樁打得比較直，測斜儀測定樁尖從其予計位置橫向偏高1.4米。PⅡ樁的樁尖偏高6.2米，靠樁尖處軸線的最小半徑為170米。實驗表明，半徑達50~100米時。將發(fā)生彎曲斷裂。

打樁引起土的移動，試驗測定了這些移動。還測得很高的超孔隙壓力。

打樁使靠近樁的地面隆起20毫米，但是隨著樁的深度增加，隆起降低，測定了深度5~6米以下土的沉降，最大的沉降(50毫米)發(fā)生在靠樁PⅡ11米深處。

打樁前測得孔隙水壓力與地下水位相當(dāng)。位于地面下20.3米深處儀表的讀數(shù)表明，打樁使孔隙水壓力大大增加。最大總孔隙水壓力為40噸/米²，而相應(yīng)的總垂直過載壓力為32.9噸/米²，因此所測孔隙壓力超過總過載壓力20%，距離試樁幾米遠，30.5米深處的孔隙壓力則增加很少。

每接一根新樁段時測定一次樁中的力，測定結(jié)果表明．樁打入后，樁中的力大約等于或稍微小于樁的自量，因此，打樁不會產(chǎn)生任何“鎖”在樁中的軸向力。

直樁PⅠ中的彎矩是很小的，在0.4和1.3噸米之間變化。PⅠ樁彎曲較大，測到較大數(shù)值距樁尖12米，位于粘土與粉土和砂的交界面處，樁的彎矩為3.2噸米，相應(yīng)的樁軸曲率半徑為170米，這個數(shù)值相當(dāng)于斷裂值的35%左右。深度30米和20米附近處的彎矩分別為0.9和2.4噸米，而相應(yīng)的曲率半徑為220和190米。

打樁使用周圍的粘土受到擾動，予計擾動粘土的重新固結(jié)將引起土的沉降并在樁中產(chǎn)生向下的力。為了研究這種現(xiàn)象，在打樁后的五個月內(nèi)定期觀測各種儀表的讀數(shù)。

沉降儀表表明土的移動很小，所記錄到的沉降在1～3毫米之間。

測得位于20.3米深處的超孔隙水壓力隨時間而消失，打樁150天后超孔隙水壓力為零。

樁內(nèi)軸向力隨時間而變化，打樁后，軸向荷載迅速增加，兩至三周后增加的速度緩慢下來，大約八周后，上部樁的荷載增加很小。量測結(jié)果表明，樁剛打入時樁中應(yīng)力比樁的自重小，但隨著時間而增加，打樁144天后，在粘土層與粉土層之交界處的樁荷載超過樁自重25～30噸，并且在打樁五個月后仍然增加。測定表明，表面摩擦力從地面為零變化到40米深處的1.4噸/米²，基本是直線上升。在此深度以下的表面摩擦阻力是正的。負表面摩擦力相當(dāng)于粘土的不排水抗剪強度的17%或為土的有效超載壓力的5%。

負表面摩擦結(jié)論

試驗結(jié)果表明，負表面摩擦力是由于打樁使周圍粘土的重塑和重固結(jié)而引起的，甚至土的沉降很小也會引起負表面摩擦力。五個月后所測到的負表面摩擦力相當(dāng)于粘土的平均不排水抗剪強度的17%，或為其平均有效超載壓力的5%，負摩擦所引起的軸向力被樁下部的粘土與砂層中的正表面摩擦力所抵消。予計在這個地區(qū)鋪填2米厚的碎石填料時，無疑還會產(chǎn)生相當(dāng)高的負表面摩擦力。