[科普中國(guó)]-負(fù)摩擦力

樁基負(fù)摩擦力

樁基技術(shù)的發(fā)展有著悠久的歷史，受到工業(yè)化發(fā)展的巨大影響，粧型和施 工工藝不斷的推陳出新，在樁基設(shè)計(jì)和施工領(lǐng)域出現(xiàn)了許多嶄新的概念，例如疏樁理論、樁基逆作法、熱加固成樁等，樁與其他基礎(chǔ)形式或工藝聯(lián)合使用， 使粧基礎(chǔ)在工程建設(shè)中應(yīng)用更加廣泛。樁基技術(shù)的研究也越來越受到重視。在現(xiàn)實(shí)中許多工程結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)階段沒有很好的考慮負(fù)摩擦力，造成結(jié)構(gòu)在使用 過程中由于負(fù)摩擦力給樁增加附加荷載引起基礎(chǔ)沉降而產(chǎn)生裂縫等工程問題時(shí) 有發(fā)生。鑒于負(fù)摩擦力對(duì)工程實(shí)踐的重要性，負(fù)摩擦力己經(jīng)成為基礎(chǔ)工程界的一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)。

樁基負(fù)摩擦力的產(chǎn)生原因在樁周圍的土層相對(duì)于樁側(cè)作向下的位移時(shí)，土產(chǎn)生于樁側(cè)的摩阻力方向 向下，稱為負(fù)摩阻力：而正摩阻力正好相反，方向向上（圖2—1）(a)）負(fù)摩阻 力產(chǎn)生的原因很多，主要有下列兒種情況：

(1) 位于樁周的欠固結(jié)軟粘土或新近填土在其自重作用下產(chǎn)生新的固結(jié)：

(2) 大面積堆載使樁周土層壓密固結(jié)下沉（圖2—1(b))；

(3) 在正常固結(jié)或輕微超固結(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位全面降低，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（圖2—1(c))；

(4) 自重濕陷性黃土浸水后產(chǎn)生濕陷：砂土液化后和凍土融化而發(fā)生下沉 時(shí)也會(huì)對(duì)樁基產(chǎn)生負(fù)摩擦力；

(5>靈敏度較高的飽和粘性土，受打樁等施工擾動(dòng)（振動(dòng)、擠壓、推移） 影響，附加超靜孔隙水壓力增加，軟土觸變?cè)鰪?qiáng)，后又產(chǎn)生新的固結(jié)下沉；

(6)大面積軟土地區(qū)達(dá)打入擠土樁.使原來地面壅高，樁土內(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(duì)于樁體的下沉。

樁基負(fù)摩擦力產(chǎn)生機(jī)理樁身上負(fù)摩阻力的分布范圍可根據(jù)樁與周圍土的相對(duì)位移情況確定。假設(shè) 圖2-2(b)的ab線代表樁周土層的下沉量隨深度的分布線， 為地面下沉量， cd線代表粧身各截面的位移曲線，該線上所代表的粧身任意截面位移量是由該 截面以下樁自身的材料壓縮變形 與樁尖處的下沉量 之和?？梢钥闯?，在圖 中ab線與cd線的交點(diǎn)0處，樁與周圍土體之間沒有相對(duì)位移，作用在樁上的 摩阻力為零，因而稱0點(diǎn)為中性點(diǎn)。在中性點(diǎn)截面，樁身的軸向力N最大2-2(d):在中性點(diǎn)以上，土的下沉量大于樁的沉降螢，樁周土對(duì)樁的作用力為向下 的負(fù)值，所以是負(fù)摩擦E;中性點(diǎn)以下，土的下沉量小于樁的沉降景，樁周土 對(duì)樁周的作用力為向上的正值，因而是IF.摩擦區(qū)。作用與粧側(cè)的摩阻力分布如 圖2-2(c)所示。中性點(diǎn)的深度“與樁周土的壓縮性和變形條件，以及樁和持力 層土的剛度等因素有關(guān)，理論上可根據(jù)樁土的豎向位移相等處來確定，但實(shí)際 上準(zhǔn)確確定中性點(diǎn)的位腎比較困難。顯然，樁尖沉降 越小 越大，當(dāng) =0 時(shí)，則 = 1,所以對(duì)于支承在巖層上的端承樁，負(fù)摩阻力可分布于整個(gè)樁身。

樁的負(fù)摩阻力防治負(fù)摩阻力產(chǎn)主的影響在樁基礎(chǔ)的工作過程中，由于樁身表面產(chǎn)生負(fù)摩擦力，使樁身土的一部分 重S傳遞給樁，因此，負(fù)摩擦力不怛不能成為樁豎向承玫力的一部分，反而變 成施加在樁上的外荷錢.它常會(huì)增加樁的沉降或不均勻沉降，而導(dǎo)致建筑物的 損害或破壞，負(fù)摩擦力對(duì)樁工作的影響主要表現(xiàn)為：

(1)樁表面的總庠擦力（下拽荷載）存可能使樁的負(fù)荷過大，從而使樁基的沉降過大或樁身結(jié)構(gòu)受到損壞。

(2)由于樁承擔(dān)了一邢分土體重最，負(fù)摩擦力減小了樁端標(biāo)高處土的有效 校通壓力，這可能導(dǎo)致樁瑞陰力降低。

(3)當(dāng)建筑物的部分基礎(chǔ)或同一基礎(chǔ)中部分樁發(fā)生負(fù)摩揀力.將出現(xiàn)樁群 的不均勻沉降，致使上部結(jié)構(gòu)破壞。

樁周負(fù)摩擦力的存在使樁的負(fù)荷過大，造成樁基沉降加劇.從而影響上部 結(jié)構(gòu)的安全。群樁負(fù)摩擦力的存在對(duì)樁基產(chǎn)生的彩響史大。群樁負(fù)摩擦力增加 了樁身的豎向荷載，減小了樁端標(biāo)商處土的覆蓋壓力，對(duì)樁的沉降產(chǎn)生的影響 更大。

減少樁負(fù)摩擦力的工程措施負(fù)庠撩力產(chǎn)生于施工階段和使用階段，所以負(fù)摩擦力的防治應(yīng)分別在這兩 個(gè)階段進(jìn)行工階段負(fù)摩揀力的防治尤其關(guān)鍵.這個(gè)階段能有效的防止負(fù)摩 擦力的產(chǎn)生，毋大限度的減少負(fù)摩擦力對(duì)基砌的危害。在現(xiàn)場(chǎng)施工中常采取以 下描施以避免和減少施工過程中可能出現(xiàn)的負(fù)摩擦力：

1. 建筑場(chǎng)地平整造成較厚的回填土，回塡土的固結(jié)將對(duì)樁產(chǎn)生負(fù)庠擦力，應(yīng) 對(duì)回填土進(jìn)行壓密，壓密度可按建筑物荷載而定。

2. 建筑物樁基影響范留內(nèi)存在欠固結(jié)的軟弱壓縮土層時(shí)，采用換土或打砂樁等方法進(jìn)行地基處理，避免地面堆栽引起壓縮土層下沉置大于樁身的下沉而 產(chǎn)生負(fù)摩擦力。

3. 對(duì)有大量地表水向下滲流和場(chǎng)地地下水大量抽降，且又采用樁基礎(chǔ)的建筑 物.其地而應(yīng)設(shè)諢良好的排水設(shè)施以及采取有效措施處理抽水后形成的土層下 沉（如增加支承樁）。

4. 確定樁存在負(fù)摩擦力后，應(yīng)通過計(jì)算取得負(fù)摩擦力值，利用正、負(fù)摩擦力 的極限平衡條件，采取適當(dāng)?shù)拇胧缂娱L(zhǎng)樁尖進(jìn)入持力層的厚度，增大正摩 擦力以抵消樁的負(fù)摩擦力。

5. 計(jì)猝出樁的中性點(diǎn)，在中性點(diǎn)上段涂刷強(qiáng)而耐久的防護(hù)涂料，減少樁的負(fù)摩檫力。

負(fù)摩擦的方法和新工藝對(duì)與于負(fù)摩攛力的防治在工程設(shè)計(jì)中主要通過對(duì)基礎(chǔ)處理和樁封處理.以 減少地基和樁身沉降達(dá)到減少負(fù)摩擦力的S的，目前，工程中一般采用以下幾 種措施以滅少可能產(chǎn)生的負(fù)摩擦力。

1. 承柱樁法.通過堉大樁斷面來承受負(fù)摩擦力。

2. 群樁法，通過增加樁數(shù)來體現(xiàn)群樁效應(yīng).以減少負(fù)摩擦力。

3. 涂層法，對(duì)于預(yù)制打入樁，打樁前在中性點(diǎn)以上樁身涂1mm厚的瀝青, 涂層產(chǎn)生剪應(yīng)變，降低樁表面的負(fù)摩揀力。

4. 地基授水法，使地基先沒水，增加孔隙水正力，降低樁側(cè)摩擦力。

5. 分段施工法，將樁基施工一段時(shí)間后，再繼續(xù)其上部的結(jié)構(gòu)施工，可以緩 解負(fù)摩擦力的作用。

6. 軟土地基處治，為了避免樁棊沉降，消減樁基負(fù)摩捎力，在鉆孔灌注樁施 工之盼，先在橋臺(tái)軟土地基地段實(shí)施處治，以減少由于軟土沉降對(duì)橋臺(tái)樁基產(chǎn) 也的負(fù)摩擦力，到達(dá)減少負(fù)摩擦力的目的。

7. 套管保護(hù)樁法，在中性點(diǎn)以上段罩上一段直徑大于樁徑剛套管，使該樁身 不致受土的負(fù)摩擦力作用。

在工程實(shí)踐中，往往據(jù)樁的神類和嫌工工藝的不同采取不間的措施，更能有效的減少樁基礎(chǔ)的負(fù)庠擦力。

(1) 預(yù)制混凝土樁和剛樁

對(duì)于預(yù)制混凝土樁和剛樁，一般采用涂層的辦法減少負(fù)摩擦力，點(diǎn)以上的樁身部分涂以軟瀝，這種辦法可以大大降低負(fù)摩擦力值（降低 70%?80%左右)。為了防止樁身側(cè)面所徐的瀝苒在沉樁時(shí)破壞，往往將樁底做 的比樁身稍大一些。在樁身所涂瀝宵的外側(cè)m炷膨潤(rùn)土泥漿，既可有利于樁的 順利打入，又可保護(hù)樁壁瀝宵.還有利于在樁沉入土中后，減少樁倒負(fù)摩擦力。

國(guó)外還咎研究剛樁采取電滲法來降低樁倒負(fù)摩擦力.它是以樁作為陰極， 另外以樁附近打下的剛樁作為陽極，通以S流電后，樁周出現(xiàn)一層水膜，從而 可以降低樁聃負(fù)摩擦力。這種方法用于粘質(zhì)粉土和粉質(zhì)粘土效果較好，但費(fèi)用 較高。

(2) 灌注樁

對(duì)穿過欠固結(jié)土層而支承于堅(jiān)硬持力層上的灌注樁.可以采用以下兩種措 施之一以降低其負(fù)摩力。

一是在沉降土層范困內(nèi)插入比鉆孔直徑5cm?10cm的預(yù)制混凝土樁段.預(yù) 制樁段外，填以期度較髙的膨潤(rùn)土泥漿以形成隔離層。在泥漿護(hù)壁成孔的悄況 下.可以澆注完下段混，填入高稠度膨潤(rùn)土泥漿.然后插入預(yù)制混凝土 樁段.

二足在千作業(yè)成樁條件'^可采用雙層簡(jiǎn)形塑料薄膜預(yù)先S于鉆孔沉降土 層的范圈內(nèi)，然后在其.中澆注混凝土 使塑料薄膜在樁身與孔壁之問形成可自 由滑動(dòng)的隔離層*

另外，在施工過程中灌漿法和涂層法兩種新工藝由于施工方法簡(jiǎn)單，效果 較好在工程中也廣泛被使用以減少樁基的負(fù)摩擦力。1