浅谈负摩阻力
[论文关键词]负摩阻力 中性点 成因 影响因素 防治措施 计算方法
[论文摘要]负摩阻力问题严重影响着建筑物的安全,桩的负摩阻力的大小受多种因素的影响,故其准确数值很难计算。介绍和阐述桩侧负摩阻力产生的条件和机理,桩侧负摩阻力的计算方法,中性点的确定,防治和减少桩侧负摩阻力的方法。
随着人文居住环境的改善以及土地价格的不断攀升,建筑物已从多层不断的转向高层建筑,从而对地基承载力和变形要求也越来越高,越来越严格。因此地基处理变得越来越重要。在地基处理工程中,因负摩阻力问题,造成工程事故屡有发生(建筑物出现沉降、倾斜、开裂),负摩阻力问题在我国工程实践中已变成一个热点问题。下面对负摩阻力的问题进行分析、阐述。
一、负摩阻力的成因
桩周土的沉降大于桩体的沉降!桩土的相对位移(或者相对位移趋势)是形成摩擦力的原因,桩基础中,如果土给桩体提供向上的摩擦力就称为正摩阻力;反之,则为负摩阻力。
地基土沉降过大,桩和土相对位移过大地基土将对桩产生向下的摩擦力拉力,使原来稳定的地基变得不稳定,实际荷载可能超过原来建议的地基承载力。
一般可能由以下原因或组合造成:未固结的新近回填土地基;地面超载;打桩后孔隙水压力消散引起的固结沉降;地下水位降低,有效应力增加引起土层下沉;非饱和填土因浸水而湿陷;可压缩性土经受持续荷载,引起地基土沉降;地震液化。
二、地基设计为什么要考虑负摩阻力
桩周负摩阻力非但不能为承担上部荷载作出贡献,反而要产生作用于桩侧的下拉力。而造成桩端地基的屈服或破坏、桩身破坏、结构物不均匀沉降等影响。因此,考虑桩侧负摩阻力对桩基础的作用是桩基础设计必不可少的问题之一。
三、如何在现场测试和估算负摩阻力
在桩体安装应变计这是目前测单桩负摩阻力问题的最常用的方法。80年代,有工程运用瑞士生产的滑动侧微计(Sliding Micrometer---ISETH)来测定。
普遍的方法都是测定桩体轴力,从而推算桩侧摩阻力。
四、影响负摩阻力大小的主要因素
桩周土的特性当然是首当其冲的,其次桩端土特性也不可忽视(因为其之间影响着中性点的位置问题)、桩体的形状、桩土模量比等都有影响。
五、负摩阻力的防治措施
打桩前,先预压地基土,从根本上消除负摩阻力的产生;在产生负摩阻的桩段安装套筒或者把桩身与周围土体隔离,这种方法会使施工难度加大;在桩身涂滑动薄膜[如涂沥青],目前这种方法应用比较普遍,效果也不错;通过降低桩上部荷载,储备一定承载力;在地基和上部结构允许有相对较大沉降的情况下,采用摩擦桩;采用一定的装置消除负摩阻力。
下面介绍一种消除负摩阻力的装置:它由设置在桩体外周的卸荷套及卸荷套与桩体之间的润滑隔离层构成。卸荷套使桩体与周围土层完全隔开并由桩体带动在打桩时与之同步下沉,而当桩周土层沉陷时,卸荷套依靠隔离层内润滑材料的作用,可随土层相对桩体自由下沉而不将下拽力传给桩体,从而有效地消除了负摩阻力的作用。可广泛用于各种软基地层拟用桩基础的工程中。
六、负摩阻力的群桩效应[研究大多数是单桩,实践中基本是群桩
这个跟我们的研究方法有关系,目前我们的现场实践方面的研究方法都是针对单一桩体的。另外,群桩方面的研究,运用数值分析方法也有不少研究。群桩的现场研究很值得期待呀。
七、端承桩产生负摩阻的可能性大于摩擦桩
(1)对于摩擦型桩基,当出现负摩阻力对基桩施加下拉荷载时,由于持力层压缩性较大,随之引起沉降。桩基沉降一出现,土对桩的相对位移便减小,负摩阻力便降低,直至转化为零。
(2)对于端承型桩基,由于其桩端持力层较硬,受负摩阻力引起下拉荷载后不致产生沉降或沉降量较小,此时负摩阻力将长期作用于桩身中性点以上侧表面。因为端承型桩,桩身基本不动,只要地基沉降,基本都是相对位移。
八、负摩阻力的计算方法
负摩阻力大小的确定关键在于上面提到的确定中性面,这个定了,计算按模型假设和常规的侧阻力计算一样。给大家把经常用的方法介绍一下,个人认为比较全面系统的,国内规范一般只提有效应力法(2)。
(1)总应力法;
(2)有效应力法,详见《建筑桩基技术规范》JGJ94-94;
(3)原位测试结果法[静探法、标贯法]工程地质手册中有说明;
(4)高应变动力桩检测;
《建筑桩基技术规范》JGJ94-94中规定,对可能出现负摩阻力的桩基,宜按下列原则设计:
(1)对于填土建筑场地,先填土并保证填土的密实度,待填土地面沉降基本稳定后成桩;
(2)对于地面大面积堆载的建筑物,采取预压等处理措施,减少堆载引起的地面沉降;
(3)对位于中性点以上的桩身进行处理,以减少负摩阻力;
中性点在桩身某一深度处的桩土位移量相等,该处称为中性点。中性点是正、负摩阻力的分界点。
(4)对于自重湿陷性黄土地基,采用强夯、挤密土桩等,先行处理,消除上部或全部土层的自重湿陷性;
(5)采用其他有效合理的措施。
综上所述,地基问题是很复杂的,而理论研究往往又与工程实践相距甚远。所以要依据理论,但不要完全依赖于理论,对具体工程作具体分析。例如上面提到的负摩阻力的产生,从理论上来说是对的,但要在工程实践中具体介定却很困难,估算可以作为参考,但不要作为定论。又如采用隔离的方法,故然可以避开负摩阻力,但有用的正摩阻力也被“避开”了。如果采用套筒,桩周又失去了侧限,反而不利。
生产实践中会遇到很多预料不到的问题,并不是想象的那么容易。负摩阻力桩的桩土相互作用十分复杂。尽管国内外对这个问题的研究持续了约七十年,但许多问题还有待进一步的研究。
参考文献:
[1]《建筑桩基技术规范》JGJ94-94.P14.3.4.7.P238.5.2.15.
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