负摩擦力

在桩周围的土层相对于桩侧作向下的位移时，土产生于桩侧的摩阻力方向向下，称为负摩阻力：而正摩阻力正好相反，方向向上（图2—1）(a)）负摩阻 力产生的原因很多，主要有下列几种情况：

(1) 位于桩周的欠固结软粘土或新近填土在其自重作用下产生新的固结：

(2) 大面积堆载使桩周土层压密固结下沉（图2—1(b))；

(3) 在正常固结或轻微超固结的软粘土地区，由于抽取地下水或深基坑开挖降水等原因引起地下水位全面降低，致使土的有效应力增加，同时产生大面积的地面沉降（图2—1(c))；

(4) 自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷：砂土液化后和冻土融化而发生下沉时也会对桩基产生负摩擦力；

(5)灵敏度较高的饱和粘性土，受打桩等施工扰动（振动、挤压、推移） 影响，附加超静孔隙水压力增加，软土触变增强，后又产生新的固结下沉；

(6)大面积软土地区达打入挤土桩使原来地面壅高，桩土内总应力和孔隙水压力都普遍增高，随后这部分桩间土的固结引起土相对于桩体的下沉。

负摩擦力负摩阻力产主的影响

在桩基础的工作过程中，由于桩身表面产生负摩擦力，使桩身土的一部分重力传递给桩，因此，负摩擦力不但不能成为桩竖向承载力的一部分，反而变成施加在桩上的外荷载.它常会增加桩的沉降或不均匀沉降，而导致建筑物的损害或破坏，负摩擦力对桩工作的影响主要表现为：

(1)桩表面的总摩擦力（下拽荷载）存可能使桩的负荷过大，从而使桩基的沉降过大或桩身结构受到损坏。

(2)由于桩承担了一部分土体重量，负摩擦力减小了桩端标高处土的有效 校通压力，这可能导致桩瑞阴力降低。

(3)当建筑物的部分基础或同一基础中部分桩发生负摩拣力.将出现桩群的不均匀沉降，致使上部结构破坏。

桩周负摩擦力的存在使桩的负荷过大，造成桩基沉降加剧.从而影响上部结构的安全。群桩负摩擦力的存在对桩基产生的影响更大。群桩负摩擦力增加了桩身的竖向荷载，减小了桩端标商处土的覆盖压力，对桩的沉降产生的影响更大。

负摩擦力减少桩负摩擦力的工程措施

负摩擦力产生于施工阶段和使用阶段，所以负摩擦力的防治应分别在这两个阶段进行工阶段负摩擦力的防治尤其关键.这个阶段能有效的防止负摩擦力的产生，最大限度的减少负摩擦力对基砌的危害。在现场施工中常采取以下措施以避免和减少施工过程中可能出现的负摩擦力：

1. 建筑场地平整造成较厚的回填土，回塡土的固结将对桩产生负摩擦力，应对回填土进行压密，压密度可按建筑物荷载而定。

2. 建筑物桩基影响范留内存在欠固结的软弱压缩土层时，采用换土或打砂桩等方法进行地基处理，避免地面堆栽引起压缩土层下沉置大于桩身的下沉而 产生负摩擦力。

3. 对有大量地表水向下渗流和场地地下水大量抽降，且又采用桩基础的建筑 物.其地而应设诨良好的排水设施以及采取有效措施处理抽水后形成的土层下沉（如增加支承桩）。

4. 确定桩存在负摩擦力后，应通过计算取得负摩擦力值，利用正、负摩擦力的极限平衡条件，采取适当的措施，如加长桩尖进入持力层的厚度，增大正摩擦力以抵消桩的负摩擦力。

5. 计算出桩的中性点，在中性点上段涂刷强而耐久的防护涂料，减少桩的负摩檫力。

负摩擦力负摩擦的方法和新工艺

对与于负摩擦力的防治在工程设计中主要通过对基础处理和桩封处理.以 减少地基和桩身沉降达到减少负摩擦力的S的，工程中一般采用以下几 种措施以减少可能产生的负摩擦力。

1. 承柱桩法.通过堉大桩断面来承受负摩擦力。

2. 群桩法，通过增加桩数来体现群桩效应.以减少负摩擦力。

3. 涂层法，对于预制打入桩，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. 地基授水法，使地基先没水，增加孔隙水正力，降低桩侧摩擦力。

5. 分段施工法，将桩基施工一段时间后，再继续其上部的结构施工，可以缓解负摩擦力的作用。

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 工之盼，先在桥台软土地基地段实施处治，以减少由于软土沉降对桥台桩基产生的负摩擦力，到达减少负摩擦力的目的。

7. 套管保护桩法，在中性点以上段罩上一段直径大于桩径刚套管，使该桩身不致受土的负摩擦力作用。

在工程实践中，往往据桩的神类和嫌工工艺的不同采取不间的措施，更能有效的减少桩基础的负摩擦力。

(1) 预制混凝土桩和刚桩

对于预制混凝土桩和刚桩，一般采用涂层的办法减少负摩擦力，点以上的桩身部分涂以软沥，这种办法可以大大降低负摩擦力值（降低 70%〜80%左右)。为了防止桩身侧面所徐的沥苒在沉桩时破坏，往往将桩底做 的比桩身稍大一些。在桩身所涂沥宵的外侧m炷膨润土泥浆，既可有利于桩的顺利打入，又可保护桩壁沥宵.还有利于在桩沉入土中后，减少桩倒负摩擦力。

国外还咎研究刚桩采取电渗法来降低桩倒负摩擦力.它是以桩作为阴极， 另外以桩附近打下的刚桩作为阳极，通以S流电后，桩周出现一层水膜，从而 可以降低桩聃负摩擦力。这种方法用于粘质粉土和粉质粘土效果较好，但费用 较高。

(2) 灌注桩

对穿过欠固结土层而支承于坚硬持力层上的灌注桩.可以采用以下两种措 施之一以降低其负摩擦力。

一是在沉降土层范困内插入比钻孔直径5cm〜10cm的预制混凝土桩段.预 制桩段外，填以期度较髙的膨润土泥浆以形成隔离层。在泥浆护壁成孔的悄况 下.可以浇注完下段混，填入高稠度膨润土泥浆.然后插入预制混凝土 桩段.

二足在千作业成桩条件'^可采用双层简形塑料薄膜预先S于钻孔沉降土 层的范圈内，然后在其.中浇注混凝土 使塑料薄膜在桩身与孔壁之问形成可自 由滑动的隔离层*

另外，在施工过程中灌浆法和涂层法两种新工艺由于施工方法简单，效果 较好在工程中也广泛被使用以减少桩基的负摩擦力。 2100433B

桩基技术的发展有着悠久的历史，受到工业化发展的巨大影响，桩型和施工工艺不断的推陈出新，在桩基设计和施工领域出现了许多崭新的概念，例如疏桩理论、桩基逆作法、热加固成桩等，桩与其他基础形式或工艺联合使用， 使桩基础在工程建设中应用更加广泛。桩基技术的研究也越来越受到重视。在现实中许多工程结构由于设计阶段没有很好的考虑负摩擦力，造成结构在使用过程中由于负摩擦力给桩增加附加荷载引起基础沉降而产生裂缝等工程问题时 有发生。鉴于负摩擦力对工程实践的重要性，负摩擦力己经成为基础工程界的一个技术热点。

桩身上负摩阻力的分布范围可根据桩与周围土的相对位移情况确定。假设 图2-2(b)的ab线代表桩周土层的下沉量随深度的分布线，

序言

第1章 绪论

1.1 概述

1.1.1 桩基负摩擦力产生的原因及危害性

1.1.2 我国规范中有关桩基负摩擦力的规定

1.2 国内外桩基负摩擦力的研究现状

1.2.1 国外桩基负摩擦力的研究现状

1.2.2 国内桩基负摩擦力的研究现状

1.3 本书的指导思想及主要内容

1.3.1 指导思想

1.3.2 主要内容

第2章 桩基负摩擦力现场实测研究

2.1 世界各地桩基负摩擦力实测综述与综合分析

2.1.1 桩基负摩擦力现场实测综述

2.1.2 现场实测资料综合分析

2.2 中国黄土地区桩基负摩擦力现场实测与分析

2.2.1 中国黄土分布与负摩擦力问题

2.2.2 黄土地区桩基负摩擦力现场实测综述

2.2.3 黄土地区桩基负摩擦力现场实测综合分析

2.3 上海洋山深水港接岸结构桩基负摩擦力现场实测研究与分析

2.3.1 引言

2.3.2 场地情况

2.3.3 桩及测试元件

2.3.4 测试流程及进度

2.3.5 测试结果及分析

2.4 桩基负摩擦力现场实测研究中应重视的问题

2.4.1 桩顶荷载对负摩擦力影响问题

2.4.2 有效应力法与孔隙水压力消散问题

2.4.3 总应力法中不排水剪强度的取值问题

2.5 小结

第3章 桩基负摩擦力室内试验研究

3.1 桩负摩擦力室内试验的主要类型

3.2 国内外桩负摩擦力室内试验现状

3.3 上海土与结构材料的界面摩擦试验研究

3.3.1 引言

3.3.2 试验目的与试验步骤

3.3.3 试验结果的分析与整理方法

3.3.4 试验结果的综合分析

3.4 小结

第4章 桩基负摩擦力计算理论研究

4.1 桩基负摩擦力理论研究概述

4.1.1 弹性理论法

4.1.2 荷载传递法

4.1.3 剪切位移法

4.2 层状土中桩基负摩擦力计算方法

4.2.1 中性点的确定方法

4.2.2 均质土中单桩负摩擦力的理论计算

4.2.3 层状土中桩基负摩擦力的理论计算

4.2.4 层状土中桩基负摩擦力理论计算的参数研究

4.2.5 层状土中桩基负摩擦力的理论计算程序

4.3 群桩负摩擦力计算与群桩效应

4.3.1 泰沙基与佩克的方法

4.3.2 日本远藤的方法

4.3.3 理论方法中的负摩擦力群桩效应

4.3.4 其他方法

4.3.5 综合算例

4.4 下拉荷载（总负摩擦力）与时间的关系

4.4.1 负摩擦力随时间的发展过程

4.4.2 下拉荷载与时间的关系

4.4.3 实例验证

4.4.4 参数研究与数学模型

4.5 小结

第5章 桩基负摩擦力数值模拟研究

5.1 单桩负摩擦力参数研究

5.1.1 摩擦系数、超载及桩端土性质对负摩擦力的影响

5.1.2 桩周土中有硬夹层存在时对负摩擦力的影响

5.1.3 桩基负摩擦力随时间的变化

5.2 桩顶自由时的群桩负摩擦力数值模拟

5.2.1 模型描述

5.2.2 群桩负摩擦力的特点

5.2.3 桩间距、桩端土模量、超载、摩擦系数对群桩效应的影响

5.3 带桩帽的群桩负摩擦力数值模拟

5.4 小结

第6章 桩基负摩擦力研究的工程应用

6.1 承受负摩擦力的桩基承载力的确定

6.1.1 单桩承载力的确定

6.1.2 负摩擦力群桩承载力的确定

6.1.3 桩基承载力的时间效应

6.2 承受负摩擦力的桩基沉降计算

6.2.1 单桩沉降计算

6.2.2 群桩沉降计算

6.3 承受负摩擦力桩基的一般设计计算步骤和相应软件

6.3.1 承受负摩擦力桩基的设计计算步骤

6.3.2 承受负摩擦力桩基的计算软件

6.3.3 软件应用简介

6.4 承受负摩擦力桩基的优化设计

6.4.1 桩筏（箱）基础优化设计的影响因素

6.4.2 桩筏（箱）基础设计的优化方法

6.4.3 桩筏（箱）基础优化设计的数学模型

6.4.4 桩筏（箱）基础优化设计计算的简便方法——解析法

6.5 港口工程的桩基负摩擦力特点及削减措施

6.5.1 桩基负摩擦力引起的港口工程问题

6.5.2 港口桩基负摩擦力的特点

6.5.3 港口桩基竖向承载力的确定

6.5.4 港口桩基负摩擦力的消减措施

6.6 承受负摩擦力桩基设计理论方法在港口工程中的应用

6.6.1 工程概况

6.6.2 设计理论方法的试算过程

6.7 国外两种承受负摩擦力桩基的实用设计方法

6.7.1 Poulos方法

6.7.2 Fellenius方法

6.8 小结 2100433B

《桩基负摩擦力的试验模拟和计算应用》是国内外首次出版的一本关于桩基负摩擦力的著作，包括现场测试、室内试验、理论计算、数值模拟和工程应用等内容。《桩基负摩擦力的试验模拟和计算应用》收集世界各地桩基负摩擦力的实测资料，通过综合分析对比，得出桩负摩擦力数值、中性点位置及沥青涂层效果等方面的规律。书中提供的丰富数据，可用于相似工程。《桩基负摩擦力的试验模拟和计算应用》以上海软土为例，对结构材料与土的界面摩擦试验进行全面介绍，旨在探讨桩土界面处的剪力传递规律，求得界面剪力传递函数。《桩基负摩擦力的试验模拟和计算应用》重点是论述层状土的负摩擦力计算理论，用迭代方法寻找中性点的位置。此外，作者试图以在书中介绍的数值模拟多方面研究的一些成果阐述相关规范中尚未能反映的内容或实践中遇到的新问题，力求得到一些定性认识。

瑞士中部和西南部的广大地区复盖着一层很厚的正常固结的软粘土。建筑物二般都来用端承桩。通常在大城市中心部分出现的地下水位降低，形成桩的负表面摩擦力，从而别起沉降与桩尖负荷增加。负表面摩擦力与土的不排水抗剪强度、有效超载压力、沉降以及桩的打入等方面间的关系，都存在着很多问题。为了解决其中的某些问题，于1966年开展了此顼研究。

试验分为三阶段：第一阶段观测两根穿过正常固结粘土打入粉土和砂中的长桩，在打桩期间与打入后的负表面摩擦力的分布与弯矩；第二阶段在两根桩上加80吨轴向荷载，并研究这个荷载对负表面摩擦力的影响；第三阶段在两根桩周围铺上2米厚、面积为40米×40米的碎石填料，这项研究将于1973年完成。

负表面摩擦土质情况

试验场区40米深度内为正常固结的软粘土，其下为粉土和砂，地表土的不排水抗剪强度为1.5吨/米²，到地下35米处增加到5.0吨/米²。地下水位与地面平齐，粘土的敏感度在15和20之间。

负表面摩擦试验桩与量测结果

试验采用两根截面为800厘米²、周长为106厘米的六角形钢筋混凝土Herhules型桩。每根桩由11.2米长的数段组成。底节装有硬质钻岩钢尖。桩中心设有薄壁钢管，内径为42毫米，桩打入后沿管插入变位计。桩力计的电缆通过电缆管引出桩尖。浇注28天后测定桩身混凝土的平均立方块强度为607公斤/厘米²。骨架用6根直径为16毫米、屈服强度为60公斤/毫米²的钢筋。桩截面的断裂弯矩超过8.5吨米。打桩时用硬钢连结件在现场将桩接起来。打桩数据表明，这些桩具有摩擦兼端承桩的作用。PⅠ桩打得比较直，测斜仪测定桩尖从其予计位置横向偏高1.4米。PⅡ桩的桩尖偏高6.2米，靠桩尖处轴线的最小半径为170米。实验表明，半径达50~100米时。将发生弯曲断裂。

打桩引起土的移动，试验测定了这些移动。还测得很高的超孔隙压力。

打桩使靠近桩的地面隆起20毫米，但是随着桩的深度增加，隆起降低，测定了深度5~6米以下土的沉降，最大的沉降(50毫米)发生在靠桩PⅡ11米深处。

打桩前测得孔隙水压力与地下水位相当。位于地面下20.3米深处仪表的读数表明，打桩使孔隙水压力大大增加。最大总孔隙水压力为40吨/米²，而相应的总垂直过载压力为32.9吨/米²，因此所测孔隙压力超过总过载压力20%，距离试桩几米远，30.5米深处的孔隙压力则增加很少。

每接一根新桩段时测定一次桩中的力，测定结果表明．桩打入后，桩中的力大约等于或稍微小于桩的自量，因此，打桩不会产生任何“锁”在桩中的轴向力。

直桩PⅠ中的弯矩是很小的，在0.4和1.3吨米之间变化。PⅠ桩弯曲较大，测到较大数值距桩尖12米，位于粘土与粉土和砂的交界面处，桩的弯矩为3.2吨米，相应的桩轴曲率半径为170米，这个数值相当于断裂值的35%左右。深度30米和20米附近处的弯矩分别为0.9和2.4吨米，而相应的曲率半径为220和190米。

打桩使用周围的粘土受到扰动，予计扰动粘土的重新固结将引起土的沉降并在桩中产生向下的力。为了研究这种现象，在打桩后的五个月内定期观测各种仪表的读数。

沉降仪表表明土的移动很小，所记录到的沉降在1～3毫米之间。

测得位于20.3米深处的超孔隙水压力随时间而消失，打桩150天后超孔隙水压力为零。

桩内轴向力随时间而变化，打桩后，轴向荷载迅速增加，两至三周后增加的速度缓慢下来，大约八周后，上部桩的荷载增加很小。量测结果表明，桩刚打入时桩中应力比桩的自重小，但随着时间而增加，打桩144天后，在粘土层与粉土层之交界处的桩荷载超过桩自重25～30吨，并且在打桩五个月后仍然增加。测定表明，表面摩擦力从地面为零变化到40米深处的1.4吨/米²，基本是直线上升。在此深度以下的表面摩擦阻力是正的。负表面摩擦力相当于粘土的不排水抗剪强度的17%或为土的有效超载压力的5%。

负表面摩擦结论

试验结果表明，负表面摩擦力是由于打桩使周围粘土的重塑和重固结而引起的，甚至土的沉降很小也会引起负表面摩擦力。五个月后所测到的负表面摩擦力相当于粘土的平均不排水抗剪强度的17%，或为其平均有效超载压力的5%，负摩擦所引起的轴向力被桩下部的粘土与砂层中的正表面摩擦力所抵消。予计在这个地区铺填2米厚的碎石填料时，无疑还会产生相当高的负表面摩擦力。