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地基基础通用规范学习琐记(8)— 桩侧负摩阻力系数与负摩阻力处理

发布于:2024-03-24 23:37:24 来自:建筑结构/地基基础 [复制转发]

桩基、基桩、复合桩基是桩基工程中常见的三个术语。

桩基是由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础。
桩基是基础的一种。
桩基础中的单桩称基桩。
由基桩和承台下地基土共同承担荷载的桩基础称复合桩基。
桩基历史源远流长,据1982年智利发掘的文化遗址可上溯到12000年至14000年前。这一古老的基础形式在现代工程建设中充当着非常重要的角色。

桩侧负摩阻力是桩基设计计算的一个重要内容。

GB55003-2021 5.2.9条原文引用JGJ 94-2008的第5.4.2条。
符合下列条件之一的桩基,当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时,在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力:
桩穿越较厚松散填土、重重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时;
桩周存在软弱土层,邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载,或土地面大面积堆载(包括填土)时;
由于降低地下水位,使桩周土有效应力增大,并产生显著压缩沉降时。

图片

(据刘金砺等 2010

桩周负摩阻力对基桩承载力和沉降的影响,取决于桩侧负摩阻力强度、桩的竖向承载类型,分三种情况:

摩擦型桩:由于受负摩阻力沉降增大,中性点随之上移,即负摩阻力、中性点与桩顶荷载处于动态平衡。简化起见,取假想中性点(按桩端持力层性质取值)以上摩阻力为零验算基桩承载力。
端承型桩:由于桩受负摩阻力后桩不发生沉降或沉降量很少,桩土无相对位移或相对位移很少,中性点无变化,故负摩阻力构成的下拉荷载作为附加荷载考虑。
当土层分布不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时,由于下拉荷载是附加荷载的一部分,应将其计入附加荷载进行沉降验算。
负摩阻力 对基桩而言是一种主动作用,等同于外荷载,使桩基承载力降低、沉降量增大,影响基桩安全。大量试验与工程实测结果表明,以负摩阻力有效应力法计算较接近于实际。
JGJ94-2008采用的公式如下:

图片

由公式可知,负摩阻力系数与土的侧压力系数和有效内摩擦角有关。此两参数与土的类别和状态联系密切,如粗粒土的粒度和密实度、细粒土的塑性指数、孔隙比和饱和度。
由于竖向有效应力随上覆土层自重增大而增加,当计算负摩阻力超过极限侧摩阻力时,取极限侧摩阻力值。
在勘察报告中,有三种情况,有的提供负摩阻力系数、有的直接提供桩侧负摩阻力值、也有同时提供负摩阻力系数和桩侧摩阻力值者,哪一种合适?

负摩阻力计算中,还有一个关键参数:中性点的确定。

何谓中性点?
当桩穿越厚度为 l0 的高压缩土层,桩端设置在较坚硬的持力层时,在桩的某一深度 ln 以上,土的沉降大于桩的沉降,该段桩长内,桩侧产生负摩阻力; ln 深度以下的可压缩层内,土的沉降小于桩的沉降,土对桩产生正摩阻力,在 ln 深度处,桩的相对位移为零,既没有负摩阻力,也没有正摩阻力,习惯上称该点为中性点。
中性点处桩身截面轴力最大。

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影响中性点深度 ln 的因素主要有
1 )桩端持力层的刚度;
2 )桩周土层的变形性质和应力历史;
3 )当负摩阻力系由沉桩后外部条件变化所致,则条件变化幅度和范围愈大, ln 愈大;
4 )桩的长径比愈小、截面刚度愈大,则 ln 愈大;
5 )在桩承受荷载过程中,随承受荷载及沉降的增加, ln 逐渐变小。

消除负摩阻力的措施:可针对成桩或针对地基分别选择。主要有降低摩擦法、隔离法、预处理

1 )桩侧涂层法;
2 )预钻孔法;
3 )双重套管法;
4 )设置消减负摩阻桩群法;
5 )地基处理法;
6 )其他方法。




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