考虑负摩阻力的桩基承载力验证

《建筑桩基技术规范》规定：

5.4.3 桩周土沉降可能引起桩侧负摩阻力时，应根据工程具体情况考虑负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响；当缺乏可参照的工程经验时，可按下列规定验算。

1 对于摩擦型基桩可取桩身计算中性点以上侧阻力为零，并可按下式验算基桩承载力：

N_k≤R_a （5.4.3⁃1）

2 对于端承型基桩除应满足上式要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载Qⁿ_g，并可按下式验算基桩承载力：

N_k+Qⁿ_g≤R_a （5.4.3⁃2）

3 当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入附加荷载验算桩基沉降。

注：本条中基桩的竖向承载力特征值R_a只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。

【8.5.2】 （2008年岩土考题）

某一柱一桩（端承灌注桩）基础，桩径1.0m，桩长20m，承受轴向竖向荷载设计值N=5000kN，地表大面积堆载，p=60kPa，桩周土层分布如图8.5.5所示。根据《建筑桩基技术规范》桩身混凝土强度等级选用下列哪一数值最经济合理（不考虑地震作用，灌注桩施工工艺系数ψ_c=0.7，负摩阻力系数ζ_n=0.20）？

图 8.5.5

（A）C20 （B）C25 （C）C30 （D）C35

【答案】 （B）

【解答】 根据《建筑桩基技术规范》表5.4.4⁃2，持力层为密实砾石时，l_n/l₀=0.9，则中性点深度为l_n=18×0.9=16.2m。

根据《建筑桩基技术规范》式（5.4.4⁃2），土自重引起的平均竖向应力为

则有 σ_i′=p+σ_r′_i=60+64.8=124.8kPa

根据《建筑桩基技术规范》式（5.4.4⁃1），负摩阻力标准值为

qⁿ_si=ζ_nσ_i′=0.2×124.8=24.96kPa

根据《建筑桩基技术规范》式（5.4.4⁃3），下拉荷载为

混凝土的强度等级为

N+Qⁿ_g=5000+1270.3=6270.3kN

N≤ψ_cf_cA_ps

6270.3≤0.7×f_c×π×1.0²/4

解上式可得 ，取f_c=11.4MPa

【8.5.3】 由负摩阻力引起的下拉荷载

条件：已知钢筋混凝土预制方桩边长为300m，桩长为22m，桩顶入土深度为2m，桩端入土深度为24m，桩端为中密粉砂，场地地层条件参见表8.5.1。不考虑群桩效应，负摩阻力群桩效应系数，单桩基础η_n=1。

表8.5.1 场地地层条件及主要土层物理力学指标

要求：当地下水由0.5m下降至5m，计算桩基础基桩由负摩阻力引起的下拉荷载。

【解答】 按《建筑桩基技术规范》5.4.2条3款，由地质条件可知，第④、⑤层土将产生固结沉降而引起桩侧摩阻力。

（1）确定中性点深度

桩长范围内压缩层厚度L₀=20.7m，桩端为中密粉砂，按《建筑桩基技术规范》表5.4.4⁃2得L_n=0.7L₀=0.7×20.7=14.5m(www.xing528.com)

（2）计算单桩负摩阻力标准值

按《建筑桩基技术规范》式（5.4.4⁃1）：

qⁿ_si=ζ_niσ_i′

式中 ζ_ni——桩周第i层土负摩阻力系数；

σ_i′——桩周第i层土平均竖向有效应力。

深度1～5m：

qⁿ_s1=0.28×（2×18+3×17/2）=12.3kPa

深度5～12m：

qⁿ_s2=0.2×（2×18+3×17+7×7/2）=22.3kPa<28kPa

深度12～16.5m：

qⁿ_s3=0.2×（2×18+3×17+7×7+4.5×8/2）=46.2kPa<55kPa

（3）计算基桩的下拉荷载

按《建筑桩基技术规范》式（5.4.4⁃1）

Qⁿ_g=η_uu∑qⁿ_siL_i

式中 η_n——负摩阻力群桩效应系数，单桩基础η_n=1；

n——中性点以上土层数；

L_i——中性点以上第i土层的厚度。

Qⁿ_g=1×1.2×（12.3×3+22.3×7+46.2×4.5）=481.1kN

【8.5.4】 下拉荷载的计算

条件：桩径为400mm的桩穿越8m厚的饱和软土进入密实粉砂层，桩采用静压工艺压入土中，桩的平面布置如图8.5.6所示。

图 8.5.6

要求：计算基桩的下拉荷载。

【解答】 （1）中性点l_n=（0.7～0.8）l₀=（0.7～0.8）×10=（7～8）m，取l_n=8m

（2）ζ_n=（0.15～0.25），取ζ_n=0.20

水上部分（2～4m）：

水下部分（4～8m）：

（3）负摩阻力群桩效应系数ηn

负摩阻力群桩效应系数大于1，取η=1。

（4）下拉荷载