負摩阻力計算

淺析樁基負摩阻力產生的原因及其計算

淺析樁基負摩阻力產生的原因及其計算

淺析樁基負摩阻力產生的原因及其計算

【摘要】樁周土體由于某種原因發生下沉時對樁身產生相對向

下的位移，這就使樁身承受向下作用的摩擦力，這種摩擦力就是樁基

的負摩擦阻力。本文針對樁基負摩擦阻力產生的機理及原因，并通過

實例計算分析樁基負摩擦阻力。

【關鍵詞】樁基；負摩擦阻力；機理及原因；實例計算

Roughdiscussthereasonandcountofpilefoundationforce

ofnegativefriction

WangZhigang1LiangGuanKao2

(eologicalMineralExplorationandDevelopment

InstituteofInnerMongolia,Baotou014010,;

MongoliaGeologyEngineeringCo.,Ltd,

Hohhot.010010,)

【abstract】Owingtosomereasons,thesoilaroundpile

foundationoccursubsidewillproducedisplacementdownwardto

pilefoundation，sopilefoundationwillbeardownwardfriction

force，thisfrictionforceisnegativefrictionforce。This

paperpointatthereasonofpilefoundationnegativefriction

forceandanalysispilefoundationnegativefrictionforceby

livingexample。

【Keywords】pilefoundation;negativefrictionforce;the

mechanisationandreason；livingexampleaccount

中圖分類號：TU473.1文獻標識碼：A文章編號：

一、樁基負摩阻力產生的機理及原因

樁的承載力是由樁底支承力與樁周土體的側摩阻力兩部分組成

的。在一般情況下，樁受軸向荷載作用后，樁相對于樁周土體向下位

移，使土對樁產生向上的摩擦力，稱正摩阻力。但是，當樁周土為回

填土、軟弱土層、濕陷性黃土、砂土液化等不良土體情況下,樁周土

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體發生下沉，且其沉降速率較大，對樁身產生相對向下的位移時，這

就使樁身承受向下作用的摩擦力，這部分摩擦力不但不是樁的承載力

的一部分，反變成施加在樁上的外加荷載，這部分荷載即為負摩阻力。

樁側土體的下沉量取決于樁側土的壓縮特性及其引起其下沉的外界

因素，并隨深度逐漸減小；而樁在荷載的作用下，樁底的下沉在樁身

各截面都是定值；樁身壓縮隨深度逐漸變小。因此樁側土體的下沉量

有可能在某一深度處與樁身的位移量相等。在此深度以上樁側土的下

沉大于樁的位移，樁身受到向下作用的負摩阻力；在此深度以下樁側

土的下沉小于樁的位移，樁身受到向上作用的正摩阻力。正、負摩阻

力變換處的位置即為中性點。

影響中性點的深度1n的因素主要有:

1、樁端持力層的剛度（包括樁底沉渣厚度），持力層越硬，中性

點1n越深，端承型樁的1n大于摩擦型樁；

2、樁周土層的變形性質和應力歷史，樁周土層壓縮變形越高，

欠固結度越大，欠固結土層越厚，中性點深度越大；

3、堆載強度和面積越大，地下水降幅和面積越大，中性點深度

越大；

4、樁的長徑比越大、截面剛度越大，中性點深度越大；

5、在樁承受荷載過程中，隨承受荷載及沉降的增加，中性點深

度逐漸減小。

除了上述主要因素，它還與樁與樁側土的相對位移，樁頂荷載施

加時間與發生負摩阻力時間，以及樁的類型與沉樁工藝等因素有關。

要精確地計算中性點的位置是比較麻煩和困難的，目前一般按規范提

供的經驗值確定。

樁的負摩阻力能否產生，主要看樁與樁周土的相對位移發展情

況。當樁的沉降大于樁周地基土的沉降時,土層與樁側表面之間就會

產生向上作用的摩阻力,即正摩阻力，可提高樁的承載力;反之,當樁

的沉降小于樁周地基土的沉降時,土層與樁側表面之間就會產生向下

作用的摩阻力,即負摩阻力，降低樁的承載力。樁的負摩阻力產生的

原因有:

1、在樁基礎附近大面積堆載，引起地面沉降，對樁產生負摩阻

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力，對于橋頭路堤高填土的橋臺樁基礎，地坪大面積堆放重物的車間、

倉庫建筑樁基礎，均要特別注意負摩阻力問題；

2、土層中抽取地下水或其它原因，地下水位下降使土層產生白

重固結下沉；

3、樁穿越欠固結土層（如填土、軟土）進入硬持力層，土層產

生白重固結下沉；

4、樁數很多的密集群樁打樁時，使樁周土產生很大的超孔隙水

壓力，打樁停止后樁周土的再固結作用引起下沉；

5、黃土、凍土中的樁、因黃土濕陷、凍土融化產生地面下沉。

二、樁基負摩阻力的計算實例

某建筑物采用單樁基礎，樁徑d=1.2m，樁長為23m，樁頂豎向荷

載效應標準組合豎向力Nk=2000kN，驗算該樁基豎向承載力是否滿足

要求，樁穿越的地層資料如下表:

注:地下水位-8.0m

分析：根據地質情況確定壓縮土層厚度，并計算出中性點深度

1n→分層計算中性點以上樁側負摩阻力分布，并求和得樁身下拉荷載

Qng→計算中性點以下樁側正摩阻力及樁端阻力，得樁基豎向承載力

特征值Ra→驗算基樁承載力。

1、確定中性點深度

依據樁基規范、壓縮土層深度lu=5+12=17m；樁端為密實砂土，

1n=0.81u=13.6m

2、下拉荷載Qng

依據樁基規范，樁穿越的第一層土為沖填土，可取該層負摩阻力

系數ζn1=0.35；第二層土為軟粘土，可取ζn1=0.2。此外在8m

深度處有地下水出現，將影響上覆有效應力δi`的變化，也需分層

計算。故共分為3層，分別計算如下:

0~5m深度內:

δ1＇= ×20.0=50.0kPa

qns1=ζn1δ1＇=0.35×50.0=17.5kPa

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5~8m深度內:

δ2＇=5 ×20.0＋×18.0=127.0kPa

qns2=ζn2δ2＇=0.2×127.0=25.4kPa

8~13.6m深度內:

δ3＇=5×20.0＋×18.0＋×(18.0-10.0)=176.4kPa

qns3=ζn3δ3＇=0.2×176.4=35.3kPa

基樁的下拉荷載:

=ηnuli=1×3.14×1.2×[17.5×5+25.4×3＋35.3×

（13.6-8）]=1362.4kN

其中因單樁基礎ηn=1.0

3、基樁豎向承載力特征值Ra

樁側摩阻力自中性點1n以下開始計算。

側阻力效應系數，粘性土為φs1=（0.8/1.2）=0.92，密實砂土

為φs2=（0.8/1.2）=0.874；端阻力效應系數為φs2=（0.8/1.2）

=0.87。安全系數K=2。

Ra=Quk/K

Quk=u+AP

=3.14×1.2×（0.92×20.0×3.4＋0.874×80.0×6）＋

0.874×2400.0×3.14×0.62

=4164kN

Ra=Quk/K=4164/2=2082kN

4、驗算

Ra=2082kN＞Nk=2000kN滿足設計要求。

三、結束語

樁的負摩阻力問題，在我國工程實踐中，已變成一個熱點問題，

如果在樁基設計時不考慮或未充分考慮負摩阻力,可能造成樁端地基

的屈服或破壞、樁身失穩及不均勻沉降引發上部結構開裂等不良后

果，以致有的建筑無法使用而拆除或花大量資金加固。同樣,如果因

為對負摩阻力計算不清楚而又片面強調安全,過分考慮負摩阻力對樁

基的影響,加大樁基的埋置深度、配筋量或樁基數量,這也會帶來不必

要的巨大經濟浪費。因而,正確認識和計算負摩阻力對樁基礎設計是

淺析樁基負摩阻力產生的原因及其計算

至關重要的。

參考文獻：

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