橋梁單樁樁基負(fù)摩阻力理論研究分析

張 蕾

蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院（730070）

樁是設(shè)置于土中的豎直或傾斜的基礎(chǔ)構(gòu)件或支護(hù)結(jié)構(gòu)。由于具有承載力高，沉降量小而且均勻，能適應(yīng)各類底層條件等優(yōu)點(diǎn)，在工程應(yīng)用中最為廣泛。自本世界二十年代以來，國外對樁基的負(fù)摩阻力展開了大量的研究工作，國內(nèi)的研究稍晚一些,所以深入的研究樁基荷載傳遞的特性及負(fù)摩阻力產(chǎn)生的原因、形成機(jī)理、影響因素都是十分必要的。

1 樁的荷載傳遞特性

單樁在豎向受壓荷載下的破壞極限狀態(tài)包括:地基土的強(qiáng)度破壞和樁身結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度破壞。與單樁承載力相聯(lián)系的地基土強(qiáng)度包含樁端阻力和樁側(cè)阻力。樁在受到荷載作用時(shí)，樁身上部混凝土首先發(fā)生壓縮而產(chǎn)生變形，因此樁—土之間將產(chǎn)生相對位移，這種趨勢由上向下逐步開展，由于樁身與周圍土體之間的摩擦作用,當(dāng)樁—土相對位移發(fā)生后樁就會(huì)對土體施加一個(gè)剪切作用力,土體也會(huì)對樁施加一個(gè)相等的反力，這個(gè)反力就是樁的側(cè)阻力。當(dāng)樁—土相對位移達(dá)到一定數(shù)值后，樁的側(cè)阻力將發(fā)揮到極限，樁—土相對位移繼續(xù)增加，其側(cè)阻力不會(huì)繼續(xù)增加。因此，樁側(cè)阻力的發(fā)展過程也是自上而下逐漸達(dá)到極限值的,樁頂荷載通過樁身傳到樁底，樁端阻力也隨樁頂施加的荷載增大而增大，當(dāng)樁側(cè)摩阻力全部達(dá)到極限后，所增加的荷載全部由樁端承擔(dān)，最后樁端土體亦達(dá)到極限強(qiáng)度，樁即發(fā)生很大的沉降而破壞，此時(shí)樁頂荷載即為樁的極限承載力。

土對樁的支撐力是由樁側(cè)摩阻力和樁端阻力兩部分組成，樁的極限承載力（或稱樁的極限荷載）就等于樁側(cè)摩阻力極限值與樁端阻力極限值之和,但兩者并不能夠同時(shí)發(fā)生，因?yàn)樗麄兊陌l(fā)揮程度與樁土間的變形性狀有關(guān)。樁端阻力的發(fā)揮所需要的位移值與樁底下層土的性質(zhì)有很大關(guān)系。試驗(yàn)得知:樁側(cè)阻力和樁端阻力并不隨著樁的入土深度增加而呈線性增大，當(dāng)樁的入土深度超過一定值后，阻力并不隨著深度增加而增大,這就是樁側(cè)阻力或樁端阻力的深度效應(yīng)。

2 樁基負(fù)摩阻力相關(guān)概念

在正常情況下，樁和周圍土體之間的荷載傳遞情況，是在樁頂荷載作用下，樁相對于周圍土體產(chǎn)生向下的位移，因此土對樁側(cè)產(chǎn)生向上的摩擦力，構(gòu)成了樁承載力的一部分，稱之為正摩擦力。有時(shí)候，樁周圍的土體由于某些原因發(fā)生壓縮，且變形量大于相應(yīng)深度處樁的下沉量，則土體對樁產(chǎn)生向下的摩擦力，稱之為負(fù)摩擦力。

在樁周分布負(fù)摩阻力時(shí)，一般存在中性點(diǎn)。中性點(diǎn)是由負(fù)摩阻力過渡到正摩阻力時(shí)存在一摩阻力為零的斷面，是樁土位移相等的斷面，也是樁軸向力最大的斷面。

3 負(fù)摩阻力產(chǎn)生的原因

樁基表面產(chǎn)生負(fù)摩阻力主要有以下幾個(gè)原因:1）位于樁周圍的欠固結(jié)軟粘土或新近填土在自重作用下產(chǎn)生新的固結(jié);2）大面積的地面堆載使樁周土層壓密固結(jié)下沉；3）在正常固結(jié)或輕微固結(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的全面降低,致使土的有效應(yīng)力增加，同時(shí)產(chǎn)生大面積的地面沉降；4）靈敏度高的飽水粘性土，受打樁等施工的擾動(dòng)（振動(dòng)、擠密、推移）影響，附加超靜孔隙水壓力增加，軟土觸變減弱，隨后又繼而產(chǎn)生新的固結(jié)下沉；5）大面積軟土地區(qū)打入擠壓樁，使原來地面雍高，樁間土內(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)引起土相對于樁體下沉。

由此可見，判別樁基是否產(chǎn)生負(fù)摩阻力的重要原因是地基土的位移是否大于樁的位移。

4 影響負(fù)摩阻力的因素

1）土的成分:例如純粘土或含少量砂的粘土，負(fù)摩阻力較??；但當(dāng)含砂土成分較多時(shí)，負(fù)摩阻力就會(huì)顯著增大。2）地基土的含水量:含水量降低負(fù)摩阻力就會(huì)增大，含水量增大，負(fù)摩阻力就會(huì)降低。3）軟弱地基的下沉速度:下沉速度快時(shí)，負(fù)摩阻力也大。4）樁的傾斜度:斜樁受到的負(fù)摩阻力要比直樁大，當(dāng)樁的傾斜度大于1:10時(shí)尤為顯著。5）負(fù)摩阻力的大小與樁和土之間的相對位移的大小有關(guān)。當(dāng)樁不下沉，僅周圍地基下沉，這時(shí)產(chǎn)生的負(fù)摩阻力最大；當(dāng)樁與地基均有下沉，但樁的下沉小于地基的下沉量，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的負(fù)摩阻力；當(dāng)樁與地基土的沉降量相等時(shí)，樁與土無相對變形，不產(chǎn)生摩阻力。

5 結(jié)語

在荷載傳遞特性的基礎(chǔ)上,分析了負(fù)摩阻力的概念、產(chǎn)生原因、形成機(jī)理及影響因素，通過這些在今后的研究中可以分析更多的關(guān)于負(fù)摩阻力的計(jì)算方法。這對于定性理解厚層濕陷性黃土中大直徑灌注長樁負(fù)摩阻力有重要的指導(dǎo)意義。

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