桥梁桩基负摩阻力的计算

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桥梁桩基负摩阻力是指在某些特殊地质条件下（如地面沉降、软土固结或堆载预压等），桩周土体产生向下的位移，导致桩侧土与桩之间的摩擦力方向由向上变为向下，从而对桩基施加额外的荷载。负摩阻力的存在会增加桩基的实际受力，降低其承载能力，因此在设计中必须予以考虑。

计算负摩阻力时，通常采用以下步骤：

1.确定中性点位置：中性点是桩身轴力不随深度变化的位置，在该点以上土体对桩产生负摩阻力，而以下则为正摩阻力。中性点的位置取决于土体沉降和桩身刚度等因素。

2.计算负摩阻力大小：根据土体力学原理，负摩阻力可按土体与桩之间的相对位移计算。一般假设负摩阻力沿桩长呈线性分布，其最大值取决于土体的抗剪强度和桩土界面特性。

道路施工工艺流程3.考虑土层参数：不同土层的性质（如黏聚力、内摩擦角）会影响负摩阻力的分布和大小。设计时需结合具体地质条件进行分析。

4.叠加效应评估：负摩阻力与其他外荷载（如上部结构自重、活载等）共同作用于桩基，需综合考虑其叠加效应以确保桩基安全。

在实际工程中，可通过现场试验或数值模拟方法验证负摩阻力的计算结果，并采取适当的措施（如设置隔离层或加强桩身结构）来减小其不利影响。合理计算和处理负摩阻力对于保障桥梁桩基的安全性和经济性具有重要意义。

一般来说，当桩侧发生负摩阻力时，负摩 阻力不一定发生于整个软弱土层深度内，它 与桩土的压缩固结度、桩本身的压缩、软弱土 层的厚度、桩底持力层的刚性以及桩的设量 方法、桩长及桩的横截面形状等因素有关。 当桩到达一定深度后，桩侧土与桩之间 不再发生相对位移，这时负摩阻力为零。在 这深度以上，桩身所受的是负摩阻力；在这深 度以下，桩的沉降量大于桩侧软弱土的下沉 量，桩身上仍为向上作用的正摩阻力，正负摩 阻力变换处的位置称为中性点（如图1）。中 性点位置的确定与作用荷载及桩周土的性质 有关。当桩侧土压缩变形大，桩底土强度大， 桩位位移小时，中性点的位置就较低；当桩底 土强度较差，桩的位移变大，则中性点的位置

就上移。由此可知，中性点的位置即产生负 摩阻力的深度随条件的不同而变动，

根据试验结果分析，且据有关文献建议 中性点的深度（至地面算起）

h=0.77h~1.0h

式中：h1一产生负摩阻力的深度； h一桩侧软弱压缩层的总厚度。 当桩底持力层较差时，可取h=0.8h3； 当桩底持力层为砂土时，可取h=0.9h；当 桩底持力层为坚固土时，h1=1.0h3。 桩的负摩阻力强度与基桩的沉降以及桩 侧土压缩沉降、沉降速率、稳定历时等因素有 关，且它随时间的变化和分布也较复杂，确定 桩负摩阻力强度的大小.实质上也是研究产

生负摩阻力的桩侧土的抗剪强度特征及桩侧 的应力状态以及桩与土的粘着力问题。一般 认为，桩侧土与桩的粘着力和桩表面负摩阻 力的大小取决于土的抗剪强度。 据有关文献建议：在软弱粘土层中，其负 摩阻力强度最大值为

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An一产生负摩阻力深度h范围内桩 身表面积，Anf=rh1，r为桩截面半 径。 需要指出的是，利用（4）式求算作用于单 桩上的极限负摩阻力不应大于单桩所分配承 受的桩周下沉土重（按相邻桩距之半计算，其 深度为中性点的深度）。 由此可得，考虑负摩阻力作用时，单桩轴 向受压容许承载力需要满足下列要求：

式中：f一负摩阻力强度的最大值（kPa)； q一软弱粘土层的无侧限抗压强度 (kPa)。 位于软弱土层上或软弱土层之间的其它 薄土层，由于软弱粘土层下沉，也将对桩产生 向下作用的负摩阻力，这时可假定这些土与 桩身材料间的摩擦面与该土的内摩擦面相 等，则该土层的负摩阻力强度的最大值可按 下式计算：

式中：P一作用于桩顶上的设计荷载； P2一桩底的极限支承力； P一桩侧极限正摩阻力； P4一桩侧最大负摩阻力； Ps一桩身自重； P6一桩所占同体积的土重； K1一安全系数，K1=2； K2一安全系数，可将负摩阻力最 作外荷载施加于桩上考虑，即K2

式中：Y一土的容重（kN/m）； h一计算处深度（m）； K一土的侧压力系数，钻孔桩取静止土 压力系数（一般取K=0.5）； 中一土的内摩擦角。 求得负摩阻力强度最大值后，将其乘以 产生负摩阻力深度范围内桩身表面积，可得 到作用于桩身的总极限负摩阻力.即

汕汾高速公路东溪河大桥0#台桩基的 计算。钻孔资料地质情况如表1（钻孔编号 ZK561，孔口标高4.40m）。本例中除表1数 值取至工程地质勘察报告之外，其余数值均 查看规范取值

式中：P4一极限负摩阻力（kN）；

表1钻孔资料地质情况

30m,因持力层为坚固土，故取h1=1.0h3 =3.5+1+5.2=9.7(m)。

②淤泥负摩阻力强度计算

1/2 × 2×13.4tg(45°+ 6.7/2) = 15. 1 (kPa) ③淤泥层以上各土层负摩阻力强度计 算,其中亚粘土:Y1=16.8kN/m²，K1= 0.5，h1=3.5m，Φ=25°；细砂:Y2=19 kN/ m² , K2 =0.5 ,h2 =4.5 m,Φ =32°。 则

道路工程交通配套设施工程施工方案f1=Y1h1KtgΦ=16.8x3.5x0.5x tg25° =13. 7 (kPa) f2=Y2h2K2tgΦ=19 ×4.5×0.5x tg32°=26.7(kPa)

P4 三 >f;Amf:=T×1.2×(13.7 × 3.5+26.7 × 1 + 15.1 × 5.2)

2）正摩阻力计算，其中桩周极限摩阻力 直接采用表中所提供的数值

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第2期 2000年6月

P5=T×0.6×34×25=961(kN) 6）桩所占同体积的土重： P6 =IT ×0.62×34 ×13.6 =523 (kN) 7）将以上所得结果分别代入式(5) =2,K=1.得

负摩阻力的确定是一个比较复杂的问 题，有许多问题还有待研究，本文所提供的负 摩阻力的计算办法仅供参考。另据有关文献 介绍，除在桩基设计中考虑桩侧软弱土层对 桩身作用的负摩阻力外，还可采取一些措施 来减小负摩阻力。如对桩身侧面涂处理后的 沥青、油漆等，可改变桩土接触表面摩阻性能 而减少负摩阻力值；或者是在桩的外面采用 套管，桩与套管之间涂以润滑油，这样玻璃棉外墙保温工程专项施工方案，套管 就起到不让侧面土层的负摩阻力传至桩上的 作用