2012道路与桥梁：桥台桩基负摩擦力的形成分析与消减措施

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2012道路与桥梁：桥台桩基负摩擦力的形成分析与消减措施
发表时间：2012年6月28日17:15:41
2012年公路监理师工程考试于10月12-14日开考，报名尚未开始，为帮助学员更好的参加考试，特摘公路监理工程师章节考试重点供大家参考，本节主要阐述公路监理师道路与桥梁知识点，希望对您有所帮助！
在公路桥梁工程建设中，桥台钻孔灌注桩处于深层软土地基与台背路堤高填土荷载的作用，结果桩侧软弱土层受到桥台台背填土荷载的作用，使软弱土层压缩和桩底下沉及位移，桩产生向下的摩擦力。也就是说，如果不存在桩基负摩擦阻力，桩基承载力就满足要求，桩基就不会发生持续不均匀沉降。
因此，研究桥台桩基负摩擦阻力是否存在，采取什么措施达到消减桥台桩基负摩力就成为很有必要。
1　 桩基负摩擦力发生的条件桩基负摩擦力能否产生，关键取决于桩和桩侧土的相对位移发展情况。因此桩基负摩擦力发生的条件有下述几个方面：
1）桩基穿过欠固结的软土或新填土，而支承于较坚实的上层土时，由于土的自重作用，使土产生固结。
2）在桩周的地表面有大面积堆载时，引起地面沉降，使桩侧土压密固结，对桩产生负摩擦力。
3）由于地下水位降低，例如在土层中抽取地下水，或采用排水固结法处治软土，此时土层孔隙水压力减小，有效应力增加，引发地基土新的固结下沉。
4）自重湿陷性黄土下沉和冻土融化下沉。
5）在饱和粘土地基中，群桩施工完成后，孔隙水压力消散，隆起的土体逐渐固结下沉，若桩端持力层较硬，则会引起负摩擦力。
6）地基中液化土层发生变化时，引起地基土层大面积下沉，产生桩基负摩擦力。
由此可见，对于桥台桩基工程，当桩穿过可压缩性土层而支承在坚硬的持力层上时，一般都有可能发生负摩擦力。
2　 桥台软土地基桩基负摩擦力的大小和深度
2．1　 桩基负摩擦力的发生深度一般说来，负摩擦力并不发生于整个软弱土层中。当水泥混凝土桩基成桩后，随着桥台地面以上路堤填筑荷载的不断增大，桩侧软弱土层逐渐压缩，桩身表面从上而下的正摩擦力慢慢减少，随即产生负摩擦力，变成桩基上部为负摩擦力，桩基下部为正摩擦力。摩擦力为零的位置为中性点，此点为桩基在该处的位移量与其周围土的下沉量相等之点，它是土与桩之间不产生相对位移之点，如图1 的O1 点所示。图1 （b）A 是土层轴向位移曲线，B 为桩的截面位移曲线，图1 （c）为桩周摩擦力分布曲线，图1（d）为桩身轴向分布曲线。中性点以上土的下沉量大于桩的下沉量，桩承受负摩擦力；中性点以下桩的下沉量大于土的下沉量，桩承受正摩擦力作用。从图1 所知，在中性点处，桩身轴向力达到最大值（ P＋qfn），而在桩端总阻力为qp＝P＋（ qfn－qfs）．根据有关文献介绍，经验估计桩基产生负摩擦力的深度h1 为：h1＝（0.77～0.8）h2 （1）
单桩在产生负摩擦力时的荷载传递式中h1 为负摩擦力发生深度；h2 为软弱土层厚度。
通过实测结果表明，当桩周为一般粘性土时，中性点至桩顶的距离约为桩长的70 %～75 %；桩尖打入砂土或砂砾层中，中性点至桩顶的距离约为90 %；支承在岩层上的桩，中性点则接近岩层面。
2．2　 桩基负摩擦力的大小确定桩基负摩擦力的方法较多，可归纳为三类：根据室内外土工试验资料的计算方法，按理论公式的计算方法，经验公式和经验数值等确定的方法。
2．2.1　 经验估算桩基负摩擦力1）有关文献介绍，经验估计软弱土层桩基最大负摩擦力为：qs＝0.5 qu （2）
式中qs 为桩基负摩擦力强度，kPa；qu 为软弱土层无侧限抗压强度。
2）美国嘉兰格（Garlanger）等人的公式；qs＝βσ′v （3）
式中β为负摩擦力系数，粘土为0120～0125，粉土为0125～0135，砂土为0135～015；σ′v 为地基中的有效垂直应力。
3）对于粘性土，用静力触探求得探头比贯入阻力Ps 时，可按下式估算：qs＝0.1 Ps （4）
4）对于沙土，用标准贯入试验求出击数N 时，按下式估算：qs＝2N＋30 （5）
按式（3）至式（5）计算得到的qs 值都是指基桩与桩侧土产生足够相对位移，桩基负摩擦力可以得到充分发挥的最大值，均以kPa 为单位。
2．2.2　 波兰桩基规范负摩擦力数值波兰PN 83PB 2382 的桩基规范提供的桩基负摩擦力值，如表1 所示。
表1　 桩基负摩擦力值土的种类负摩擦力（kPa）备　　注新填土和砂（Dr ≤0.2）
粉质砂（Dr ≤0.2）
砂质粉土（ Ic ≥0.75）
粘土质砂，砂质粘土（ Ic ≥0.75）
泥炭，淤泥5～10 10 5～10 Dr 为土的相对密度Ic 为土的液性性指数2.2.3　 下拉荷载的计算对于单桩基础，中性点以上负摩擦力的累计值为下拉荷载，实际上就是作用在桩上的外力。下拉荷载的计算是以负摩擦力和中性点位置均达到理论最大值基础上的假定，其计算公式为：qs＝qfn×L×h1 （6）
式中qfn为桩基负摩擦力最大值，kPa；L 为基桩周长，m；h1 为地面至中性点距离，m．按式（5）和（6）计算的下拉荷载不应大于单桩所分配承受的桩周下沉土重。计算时，可按相邻桩距之半计算，其深度中性点深度。
在同一土体中，打入桩或沉管灌注桩（即挤土桩），其桩基负摩擦力大于钻（冲）、挖孔灌注桩（即非挤土桩）．对于摩擦桩，可近似视中性点以上桩侧阻力为零计算桩基承载力。对于端承桩，计算中性点以上负摩擦力形成的荷载，并以下拉荷载作为外荷载的一部分验算桩基承载力。
在粘土地基中要考虑群桩作用的影响，桩数越多，桩距越小，则群桩效应越强。当桩距与桩径比值小于215 时，桩基负摩擦力会显着降低。对于砂土地基不考虑群桩效应问题。
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（责任编辑：xushanshan）

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