负摩阻力计算

浅析桩基负摩阻力产生的原因及其计算

浅析桩基负摩阻力产生的原因及其计算

浅析桩基负摩阻力产生的原因及其计算

【摘要】桩周土体由于某种原因发生下沉时对桩身产生相对向

下的位移，这就使桩身承受向下作用的摩擦力，这种摩擦力就是桩基

的负摩擦阻力。本文针对桩基负摩擦阻力产生的机理及原因，并通过

实例计算分析桩基负摩擦阻力。

【关键词】桩基；负摩擦阻力；机理及原因；实例计算

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

中图分类号：TU473.1文献标识码：A文章编号：

一、桩基负摩阻力产生的机理及原因

桩的承载力是由桩底支承力与桩周土体的侧摩阻力两部分组成

的。在一般情况下，桩受轴向荷载作用后，桩相对于桩周土体向下位

移，使土对桩产生向上的摩擦力，称正摩阻力。但是，当桩周土为回

填土、软弱土层、湿陷性黄土、砂土液化等不良土体情况下,桩周土

浅析桩基负摩阻力产生的原因及其计算

体发生下沉，且其沉降速率较大，对桩身产生相对向下的位移时，这

就使桩身承受向下作用的摩擦力，这部分摩擦力不但不是桩的承载力

的一部分，反变成施加在桩上的外加荷载，这部分荷载即为负摩阻力。

桩侧土体的下沉量取决于桩侧土的压缩特性及其引起其下沉的外界

因素，并随深度逐渐减小；而桩在荷载的作用下，桩底的下沉在桩身

各截面都是定值；桩身压缩随深度逐渐变小。因此桩侧土体的下沉量

有可能在某一深度处与桩身的位移量相等。在此深度以上桩侧土的下

沉大于桩的位移，桩身受到向下作用的负摩阻力；在此深度以下桩侧

土的下沉小于桩的位移，桩身受到向上作用的正摩阻力。正、负摩阻

力变换处的位置即为中性点。

影响中性点的深度1n的因素主要有:

1、桩端持力层的刚度（包括桩底沉渣厚度），持力层越硬，中性

点1n越深，端承型桩的1n大于摩擦型桩；

2、桩周土层的变形性质和应力历史，桩周土层压缩变形越高，

欠固结度越大，欠固结土层越厚，中性点深度越大；

3、堆载强度和面积越大，地下水降幅和面积越大，中性点深度

越大；

4、桩的长径比越大、截面刚度越大，中性点深度越大；

5、在桩承受荷载过程中，随承受荷载及沉降的增加，中性点深

度逐渐减小。

除了上述主要因素，它还与桩与桩侧土的相对位移，桩顶荷载施

加时间与发生负摩阻力时间，以及桩的类型与沉桩工艺等因素有关。

要精确地计算中性点的位置是比较麻烦和困难的，目前一般按规范提

供的经验值确定。

桩的负摩阻力能否产生，主要看桩与桩周土的相对位移发展情

况。当桩的沉降大于桩周地基土的沉降时,土层与桩侧表面之间就会

产生向上作用的摩阻力,即正摩阻力，可提高桩的承载力;反之,当桩

的沉降小于桩周地基土的沉降时,土层与桩侧表面之间就会产生向下

作用的摩阻力,即负摩阻力，降低桩的承载力。桩的负摩阻力产生的

原因有:

1、在桩基础附近大面积堆载，引起地面沉降，对桩产生负摩阻

浅析桩基负摩阻力产生的原因及其计算

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它原因，地下水位下降使土层产生白

重固结下沉；

3、桩穿越欠固结土层（如填土、软土）进入硬持力层，土层产

生白重固结下沉；

4、桩数很多的密集群桩打桩时，使桩周土产生很大的超孔隙水

压力，打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉；

5、黄土、冻土中的桩、因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。

二、桩基负摩阻力的计算实例

某建筑物采用单桩基础，桩径d=1.2m，桩长为23m，桩顶竖向荷

载效应标准组合竖向力Nk=2000kN，验算该桩基竖向承载力是否满足

要求，桩穿越的地层资料如下表:

注:地下水位-8.0m

分析：根据地质情况确定压缩土层厚度，并计算出中性点深度

1n→分层计算中性点以上桩侧负摩阻力分布，并求和得桩身下拉荷载

Qng→计算中性点以下桩侧正摩阻力及桩端阻力，得桩基竖向承载力

特征值Ra→验算基桩承载力。

1、确定中性点深度

依据桩基规范、压缩土层深度lu=5+12=17m；桩端为密实砂土，

1n=0.81u=13.6m

2、下拉荷载Qng

依据桩基规范，桩穿越的第一层土为冲填土，可取该层负摩阻力

系数ζn1=0.35；第二层土为软粘土，可取ζn1=0.2。此外在8m

深度处有地下水出现，将影响上覆有效应力δi`的变化，也需分层

计算。故共分为3层，分别计算如下:

0~5m深度内:

δ1＇= ×20.0=50.0kPa

qns1=ζn1δ1＇=0.35×50.0=17.5kPa

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5~8m深度内:

δ2＇=5 ×20.0＋×18.0=127.0kPa

qns2=ζn2δ2＇=0.2×127.0=25.4kPa

8~13.6m深度内:

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

qns3=ζn3δ3＇=0.2×176.4=35.3kPa

基桩的下拉荷载:

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

（13.6-8）]=1362.4kN

其中因单桩基础ηn=1.0

3、基桩竖向承载力特征值Ra

桩侧摩阻力自中性点1n以下开始计算。

侧阻力效应系数，粘性土为φs1=（0.8/1.2）=0.92，密实砂土

为φs2=（0.8/1.2）=0.874；端阻力效应系数为φs2=（0.8/1.2）

=0.87。安全系数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、验算

Ra=2082kN＞Nk=2000kN满足设计要求。

三、结束语

桩的负摩阻力问题，在我国工程实践中，已变成一个热点问题，

如果在桩基设计时不考虑或未充分考虑负摩阻力,可能造成桩端地基

的屈服或破坏、桩身失稳及不均匀沉降引发上部结构开裂等不良后

果，以致有的建筑无法使用而拆除或花大量资金加固。同样,如果因

为对负摩阻力计算不清楚而又片面强调安全,过分考虑负摩阻力对桩

基的影响,加大桩基的埋置深度、配筋量或桩基数量,这也会带来不必

要的巨大经济浪费。因而,正确认识和计算负摩阻力对桩基础设计是

浅析桩基负摩阻力产生的原因及其计算

至关重要的。

参考文献：

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[5]韩佳明.桩基负摩阻力的计算研究[D].西安科技大学.2004年

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