浅析桩的负摩擦力

浅析桩的负摩擦力

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时间:2018-07-17

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1、浅析桩的负摩擦力摘要:现在很多工程问题和事故跟桩的负摩擦力有关,因此桩的负摩擦力是工程中讨论的热点问题之一。本文针对桩基负摩擦力的成因﹑中性点位置和负摩擦力计算及其消减等问题进行讨论与分析。关键词:桩基 负摩擦力 成因 中性点 消减一、前言工程中通过桩基将上部荷载传给基土,因此基土对桩侧面有摩擦力及对桩端有端阻力。桩土之间相对位移不同会产生不同方向的摩擦力。当桩相对于土有向下的位移,则在桩上产生向上的摩擦力,即正摩擦力;当桩周围土相对于桩有向下的位移,则在桩侧产生向下的摩擦力,即负摩擦力。我们知道,正摩擦力对桩有支撑作用,而负摩擦力将会降低桩基的承载力从而成为桩的附加荷载,因

2、此负摩擦桩在工程中存在重大隐患。二、负摩擦力产生的条件和影响因数(一) 负摩擦力产生的条件由上知,当桩周围的土相对桩产生向下的位移时才产生负摩擦力,因此产生负摩擦力需要一定的条件。发生负摩擦力的一般情况如下:1)桩穿过欠压密的软粘土或新填土,而支承于较坚硬的土层(硬粘性土﹑中密沙土砾石层或岩层)时;2)桩侧软土地面因大面积堆载而下沉;3)抽排地下水,使土体有效应力增大,从而引起桩周围土下沉时;4)高度敏感的粘土层,由于打桩使之发生触变效应;5)自重湿陷性黄土下沉和冻土融化下沉;6)在采用压桩法沉桩的桩基中,由于桩身上段在压力解除后会产生向上的回弹,将使桩侧产生负摩擦力;7)设

3、在膨胀土地基中的桩,由于周期性季节气候变化使土产生胀缩变形;8)下桩基建成后,由于河床的大量冲刷和随后的大量沉淀淤积,形成欠固结的淤泥回淤在桩的周围,该淤泥层将随时间而固结沉降,从而将会产生一定的负摩擦力。(二)负摩擦力的影响因数4影响桩侧负摩擦力的因素很多,桩周围土层的性质和桩基沉降及地面沉降的大小﹑沉降速度﹑稳定性等都对负摩擦力大小有影响。其中,土层的抗减强度越高,负摩擦力极限值越大;土层厚度越厚,负摩擦力越大;土层的压缩性越大,沉降速度越快,负摩擦力越大。此外,桩基类型对负摩擦力影响也很大。三、中性点位置的确定桩的负摩擦力不会发生在整个软弱压缩土层中,而中性点就是某特定

4、深度的桩断面。在中性点以上土的沉降量大于桩,桩承受负摩擦力;中性点以下桩的下沉量大于土,桩承受正摩擦力。因此,在中性点处桩与土位移相等﹑相对位移为零﹑摩擦力为零,同时该断面轴力最大。中性点深度与桩周围土的压缩性和变形条件﹑桩和持力层土的刚度有关。中性点位置的确定有以下一些方法:(一)通过量测桩各个截面及可压缩土层各个深度的竖向位移或沉降,作出不同时间的桩土竖向位移图,图中桩土位移相等﹑位移曲线相交的深度即为中性点深度。(二)通过量测和计算,得出桩的负摩擦力分布曲线。桩轴上摩擦力由负变正的转折点,即为中性点位置。(三)按公式近似计算中性点的深度。以往通过大量的研究发现,一般中性

5、点位于0.6L~0.7L处(L为桩长),也可按下式计算(忽略桩体弹性压缩变形):ln =((S d – S g)/S d )L式中:ln——中心点深度   S d ——桩顶处的沉降      S g ——桩体的刚性位移(4)根据现场实测绘出的经验值和建议值来确定中性点的位置。现场测试结果指出,中性点的深度ln 是随持力层的性质而决定的,ln 可参考下表:持力土层性质粘性土﹑粉土中密以上砂砾石﹑卵石基岩中性点深度比ln /lo0.5~0.60.7~0.80.91.0 注:①ln 与lo分别为中性深度﹑桩周围沉降变形土层下限深度:4   ②桩穿越自重湿陷性黄土时,ln按表列数值增

6、大10%(持力层为岩基除外)。四、负摩擦力计算影响负摩擦阻力的因素甚多,诸如桩侧与桩端土的变形与强度性质﹑土层的应力历史及堆载的大小与范围及桩的类型与成桩工艺等。因此,精确计算负摩阻力是复杂困难的。多数学者认为桩侧负摩阻力的大小与桩侧土的有效应力有关,单桩单位面积负摩擦力按下式计算:f n =ktanδσ’ i   当有地下水位时:   σ’ i=γ’ i.z i   当地面有满布荷载时:σ’ i =γ’ i.z i式中:   f n ——第i层土桩侧负摩阻力;   K ——土的侧压力系数;   δ——土的有效内摩擦角;   σ’ i ——桩周第i层土平均竖向有效应力;   

7、γ’ i ——第i层土层底以上桩周土的平均有效重度;   z i ——自地面起算的第i层土中点深度;    P——地面均布荷载  对于粘性土,当用静力触探求得探头比贯入阻力(P s)时,可按下式估算:                   f n = 1/10 P s   对于砂土,当用标准贯入实验求得击数(N)时,则按下式估算:                   f n =2N+30  根据有关文献介绍,经验估计软弱土层桩基最大负摩擦力为:                   f n =0.5f u 

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