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基础工程学:负摩阻力计算及影响

时间:2023-10-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:由桩、土体系的荷载传递特征及桩的工作性状可知,在桩周土不产生负摩阻力的情况下,桩身截面位移及桩的轴向压力从桩顶开始随深度增加而递减。由图可知,中性点处正、负摩阻力均不存在,该处附近桩身截面的轴力最大。只有确定了中性点的位置,才可确定负摩阻力的作用长度ln。负摩阻力的产生受诸多因素的影响,计算时不可能一一考虑,而计算出负摩阻力及其引起的下拉荷载则是可行的。可见,基桩的负摩阻力会因群桩效应而降低。

基础工程学:负摩阻力计算及影响

由桩、土体系的荷载传递特征及桩的工作性状可知,在桩周土不产生负摩阻力的情况下,桩身截面位移及桩的轴向压力从桩顶开始随深度增加而递减。当桩周土产生负摩阻力时,在某深度ln以上,桩侧土的沉降大于桩的沉降,当桩的沉降曲线与桩侧土的沉降曲线相交时,交点处桩土无相对位移,如图4-27所示,工程中称该点为中性点。中性点以上,因桩侧土的位移量大于桩身截面位移,桩侧土呈现负摩阻力,即产生附加荷载,中性点以上桩的轴向压力随深度递增。中性点以下,由于桩侧土的位移小于桩截面位移,桩侧土开始出现正摩阻力,此时桩身已无附加荷载,故桩的轴向压力从中性点开始随深度递减。由图可知,中性点处正、负摩阻力均不存在,该处附近桩身截面的轴力最大。

一般来说,中性点的位置在成桩后的初期是变化的,它会随着桩的沉降增加而向上移动,当桩沉降趋于稳定时,中性点也将稳定在某一固定深度处。只有确定了中性点的位置,才可确定负摩阻力的作用长度ln。实测资料表明,中性点的稳定深度ln是随持力层的强度和刚度的增加而增加的,计算时中性点深度ln应按桩周土层沉降与桩沉降相等的条件计算确定,也可参照表4-21确定。

图4-27 桩的负摩阻力中性点示意图

sg—地表沉降量;sp—桩端沉降量;l0—压缩土层厚度;ln—中性点深度;sc—桩顶沉降量;Qz—桩身轴向力

表4-21 中性点深度ln

注:①ln、l0分别为自桩顶算起的中性点深度、桩周软弱土层下限深度(m);
②桩穿过自重湿陷性黄土层时,ln可按表列值增大10%(持力层为基岩除外);
③当桩周土层固结与桩基沉降同时完成时,取ln=0;
④当桩周土层计算沉降量小于20mm时,ln应按表列值乘以0.4~0.8折减。

负摩阻力的产生受诸多因素的影响,计算时不可能一一考虑,而计算出负摩阻力及其引起的下拉荷载则是可行的。当无实测资料时可按以下方式计算。

1.按有效应力法计算负摩阻力

中性点以上单桩桩周第i层土负摩阻力标准值,可按下列公式计算:

ξni-桩周第i层土负摩阻力系数,ξn=k·tanφ′,k为土的侧压力系数,可近似取静止土压力系数值,φ′为土的有效内摩擦角,ξn可按表4-22取值;

γi、γe-分别为第i计算土层和其上第e土层的重度(kN/m3),地下水位以下取浮重度;

Δzi、Δze-分别为第i层土、第e层土的厚度(m);

p-地面均布荷载(kPa)。

表4-22 负摩阻力系数ξn

注:①同一类土中,对于挤土桩取较大值,对于非挤土桩取较小值;
②填土按其组成取表中同类土的较大值。

2.按土的力学参数确定负摩阻力

对于黏性土,可按下式估算负摩阻力标准值:

式中:qiu——第i层土的无侧限抗压强度(kPa);

ciu——第i层土的不排水抗剪强度(kPa),可用十字板法测定。

对于砂类土,可按下式估算负摩阻力标准值:

式中:Ni——第i层土经钻杆长度修正的平均标贯击数。

3.下拉荷载的计算(www.xing528.com)

对于单桩基础,负摩阻力产生的下拉荷载即为作用于单桩中性点以上的负摩阻力之和,即:

因负摩阻力是由于桩侧土体沉降而引起,对于桩距较小的群桩,若各基桩单位侧面积所分担的土体重量小于单桩的负摩阻力极限值,此时基桩实际受到的负摩阻力将比独立工作时的单桩负摩阻力小(即群桩效应)。可见,基桩的负摩阻力会因群桩效应而降低。计算群桩中基桩的下拉荷载时,应乘以群桩效应系数ηn(ηn<1)。

将独立单桩单位长度内的负摩阻力等效为相应长度范围内半径为re形成的土体重量,则:

式中:re——等效圆半径(m);

d-桩身直径(m);

γm——中性点以上桩周土层厚度加权平均重度(kN/m3),地下水位以下取浮重度。

由于考虑了群桩效应,群桩中任一基桩的下拉荷载标准值可按下式计算:

式中:n——中性点以上土层数;

li——中性点以上各土层厚度(m);

ηn——负摩阻力群桩效应系数[对于单桩基础取ηn=1,当按式(4-32c)计算ηn>1时,取ηn=1];

sax、say——分别为纵横向桩的中心距(m)。

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