负摩阻力的产生与发展规律及处治措施

 

　　有些设计人员认为桩的负摩阻力的影响是一个沉降的问题，而不是一个破坏的问题，因而忽视了它的影响，但由于负摩阻力的作用可能导致基础的上部结构的不均匀沉降，不少结构物因负摩阻力而产生过大的沉降、倾斜或建筑物开裂等工程事故，需要花费大量资金进行加固，甚至无法使用而拆除。日本东京湾某建筑在竣工后仅四年，就由于极大的差异沉降而被拆除，使人们对负摩阻力的问题引起极大关注。在一般情况下，桩受轴向荷载作用后，桩相对于桩侧土体作向下位移，使土对桩产生向上作用的摩阻力，称为正摩阻力。但是，当桩周土体因某种原因发生下沉，其沉降速率大于桩的下沉时，则桩侧土就相对于桩作向下位移，而使土对桩产生向下作用的摩阻力，即称为负摩阻力。桩的负摩阻力的发生将使桩侧土的部分重力传递给桩，因此，负摩阻力不但不能成为桩承载力的一部分，反而变成施加在桩上的外荷载，对入土深度相同的桩来说，若有负摩阻力发生，则桩的外荷载增大，桩的承载力相对降低，桩基沉降加大，这是在桩基设计中应予以注意的一个问题。

 

　　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黄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。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。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。

 

　　目前，减少桩基负摩擦力的措施一般有以下几个方面：

 

　　①支承桩柱法。该法通过增大桩柱断面来承受负摩擦力；

 

　　②群桩法。该法通过增加桩数来体现群桩效应，以减小负摩擦力；

 

　　③涂层法。若是预制打入桩，打桩前在中性点以上桩身涂1ｍｍ厚的沥青，涂层产生剪应变，降低桩表面的负摩擦力；

 

　　④地基浸水法。该法使地基先浸水，增加孔隙压力，降低桩侧摩擦力；

 

　　⑤解负摩擦力的作用；

 

　　⑥软土地基处治，为了避免桩基沉降，消减桩基负摩擦力，在钻孔灌注桩施工之前，先在桥台软土地基地段实施处治，以减少由于软基沉降对桥台桩产生的负摩擦力，达到消减负摩擦力的目的；

 

　　⑦套管保护桩法，在中性点以上桩段罩上一段半径大于桩径钢套管，使该段桩身不致受到土的负摩擦力作用，该法会较大增加工程投资；

 

　　⑧允许桩基增加少许沉降量而重新选择持力层。对于桩基工程，利用负摩擦力处理建筑物病害也是最有效的方法之一。尤其是桩的负摩擦力对于倾斜的建筑物纠倾起到了重要作用，例如用注水法使软土产生负摩擦力，或降低水位使土体固结，促使桩基下沉，从而使建筑物得到纠倾。

 

　　以上提供的处治方法仅是一般的经验总结，而在工程实践中，要根据实际工程地质状况、环境、气候条件等综合因素来选择一种适合该工程施工的合理处理方法，以尽量减少负摩阻力的影响。