重視管樁的負摩阻力問題

重視管樁的負摩阻力問題

楊光華

（廣東省水利水電科學研究院 廣東省巖土工程技術研究中心）

摘要：本文分析了管樁基礎在負摩阻力作用的受力和沉降機理，認為管樁基礎在負摩阻力作用下的沉降是一種工后沉降，管樁通常是一種非端承承載樁，在荷載作用下有一定的沉降，其在負摩阻力作用下的沉降要大于相同的上部結構荷載下的沉降，容易引起對上部結構的不利影響，這一現象尚未為工程師所足夠的重視，稍一不慎會留下工程安全隱患。

1 前言

最近遇到一些在軟土場地中存在負摩阻力的管樁基礎問題，問題嚴重的造成結構裂縫，拆除重新基礎加固，輕微的則多年后出現墻體裂縫。因此，有必要引起人們對管樁負摩阻力問題的重視。

2 軟土地基中樁基的負摩阻力問題

如圖1所示，通常在軟土場地上存在新填土層，軟土在填土荷載作用下存在固結沉降，從而使中性點以上的土體沉降大于樁的沉降而對樁產生向下的負摩阻力，如圖2所示。

圖1 樁基示意圖

圖2 樁基負摩阻力示意圖

這樣，在有負摩阻力作用下，樁的受力平衡方程為

       (1) 

 —為上部結構作用在樁頂的荷載

 —為中性點以上土體產生的負摩阻力

—為中性點以下土體產生的正摩阻力

—為樁底端土產生的抗力

而通常對樁進行靜載荷試驗時，樁的受力平衡狀態如圖3所示，此時樁的受力平衡方程為

       (2)

—為靜載試驗時樁底端土的抗力

由(1)、(2)式可見，在樁頂相同荷載N時，在負摩阻力狀態下，樁底端抗力較大于靜載試驗時的樁底端抗力，由(1)、(2)可知

圖3 靜載試驗的樁基受力狀態示意圖

3 負摩阻力下樁基的沉降問題

 通常管樁基礎不管是靜壓施工或打入式施工，都很難進入中微風化等較硬的巖石持力層，因此，管樁基礎通常是摩擦樁或摩擦端承樁，這種樁基礎的沉降會大于端承樁的沉降。同時對于負摩阻力，由于負摩阻力是由軟土固結的土體沉降所產生，可能所需時間較長才能逐步產生負摩阻力，這樣，負摩阻力有可能會在上部結構施工完成后才逐步產生。這樣負摩阻力所產生的沉降應屬于是工后沉降，對結構影響大。這就是為什么有些上部結構裂縫在投入使用后才產生的原因。如果樁基存在剛度不均，則更會產生沉降差，影響上部結構的受力。從沉降機理角度，負摩阻力荷載下產生的沉降會較大于上部結構荷載的沉降，如圖4所示，依

圖4 樁的沉降過程

據圖3，沒有負摩阻時，樁底端所受到的力為：

據圖 2，如果有負摩阻力時，樁底端所受到的力為:

由（4）和（5）式比較可見，有負摩阻力時，樁底端所受到的力比沒有負摩阻力時大多了，如以上式（3）所示，而非端承樁的沉降過程具有非線性，從而使得負摩阻力產生的樁基沉降?S2可以較大于上部結構荷載產生的沉降?S1，如圖4所示，如果負摩阻力占比較大，則可能會產生更大的沉降，而負摩阻力產生的樁基沉降是屬于工后沉降，也即結構已完成以后的沉降，其對結構受力影響更大，這就是很多有負摩阻力條件下管樁基礎易產生問題的原因。因此，負摩阻力條件下管樁基礎的沉降問題必須要引起重視，設計的樁要有足夠的承載力，還要有足夠的剛度，以克服負摩阻力產生的不利沉降的影響。

（1）有負摩阻力的場地樁基承載力要充分考慮負摩阻力的作用，設計足夠的承載力。

（2）有負摩阻力的管樁基礎，要充分考慮負摩阻力對沉降的影響，要注意負摩阻力的沉降是工后沉降，沉降穩定時間長，其比施工期間的沉降大、影響也更大，更易造成上部結構的開裂。