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摘要：介绍桩基础负摩阻力产生，并根据其产生原因，提出防治措施，在此背景下给出工程建议，供设计人员参考。
关键词: 桩基础负摩阻力产生 防治计算 处理
Abstract: this paper introduces the pile foundation of negative skin friction resistance produce, and according to the reason, the control measures are brought forward, under this background gives project Suggestions for designers.
Key Words: pile foundation of negative skin friction resistance produce control calculation processing
中图分类号：TU473.1文献标识码：A 文章编号：
根据《建筑桩基技术规范》JGJ-94-2008（以下简称桩基规范）2.12条 负摩阻力定义，桩周土由于自重固结、湿陷、地面荷载作用等原因而产生大于基桩的沉降所引起的对桩表面的向下的摩阻力。显见这种负摩阻力在很多实际工程中均存在，但是却未引起设计人员的足够重视。
一、首先介绍一下负摩阻力产生的主要原因：
（1）打入桩的影响：软土地区饱和软粘土具有含水量高、渗透性弱、抗剪强度低以及结构性强的特点。在该地区进行预制桩沉桩施工时，因挤土效应在桩周土体内部产生了较大的超静孔压，导致桩周围土体产生较大的侧向位移和竖向隆起，同时桩周围土体受施工影响受到一定程度的扰动，导致基桩承载力降低。随着超静孔压的逐步消散，场地地基将出现大面积沉陷情况，同时对工程桩施加负摩阻力的作用，导致桩基承载力下降，影响整个工程的正常使用。
（2）回填土的影响：较深大量回填土地区，由于空隙较大，抗剪强度低，湿陷性强，即使在施工挤土桩时对回填土有一定的挤密作用，但是对较深回填土的挤密还是有限的，随着打桩的结束，回填土会再固结引起地表土体沉降，当地表土沉降大于桩的沉降时，导致桩侧产生一定大小的负摩擦力，且由于回填土对桩的侧向约束不好，容易引起偏桩，还会增加桩身弯矩。
（3）湿陷性黄土的影响：由于其湿陷性、湿敏性，在浸水时会产生地表沉降导致负摩阻力。深厚湿陷性黄土桩基础应采用静载荷浸水试验确定其承载力，其具体要求见《湿陷性黄土地区建筑规范》。
（4）地下水下降的影响：地下水下降引起地表土体下沉（地面沉降），地面沉降大于基桩沉降时，会产生负摩阻力。
（5）桩周地面有大面积堆载或超填土时，导致桩周土层压缩，土体产生沉降，当其沉降大于基桩沉降时，会产生负摩阻力。
（6）地震区液化土层的影响，当地震时会产生震陷，相应产生负摩阻力。
二、负摩阻力的解决方案：
根据桩基规范第3.4.7条：可能出现负摩阻力的桩基设计原则应符合下列规定：
（1）对于填土建筑场地，宜先填土并保证填土的密实性，软土场地填土前应采取预设塑料排水板等措施，待填土地基沉降基本稳定后方可成桩；
（2） 对于有地面大面积堆载的建筑物，应采取减小地面沉降对建筑物桩基影响的措施；
（3） 对于自重湿陷性黄土地基，可采用强夯、挤密土桩等先行处理，消除上部或全部土的自重湿陷；对于欠固结土宜采取先期排水预压等措施；
（4） 对于挤土沉桩，应采取消减超孔隙水压力、控制沉桩速率等措施；
（5） 对于中性点以上的桩身可对表面进行处理，以减少负摩阻力。
根据上述原则实际控制减少负摩阻力的主要方法有如下几种：
（1） 设置隔离桩，防止基础外填土或堆载引起的负摩阻力，保护桩承担全部负摩阻力和填土的侧向推力。
（2） 涂层法，（沥青、树脂、再生橡胶）适用于打入桩的影响。
（3） 预钻孔法，适用打入桩的影响，中性点以下则不需钻孔。
（4） 塑料膜滑动隔离法，用双层筒形塑料薄膜预先置于中性点以上的钻孔内，然后在塑料膜内浇筑混凝土，且需保证二层之间能自由滑动，在二层之间填充沥青增滑剂填料。
（5） 套筒法，在桩外设置与桩身不相连的套管，由套管来承受负摩阻力，关键是要保证套筒和桩不卡住。
（6） 采取“抗”的措施，即是在桩基础承载力设计时，考虑负摩阻力作为下拉荷载的一部分，来进行桩基础设计。
三、负摩阻力的计算：根据桩基规范5.4条的相应规定：
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：
（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 ，并可按下式验算基桩承载力：
（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 只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。
5.4.4 桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，当无实测资料时可按下列规定计算：
1 中性点以上单桩桩周第 层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算：
（5.4.4-1）
当填土、自重湿陷性黄土湿陷、欠固结土层产生固结和地下水降低时：
当地面分布大面积荷载时：
（5.4.4-2）
式中——第 层土桩侧负摩阻力标准值；当按式（5.4.4-1）计算值大于正摩阻力标准值时，取正摩阻力标准值进行设计；
——桩周第i层土负摩阻力系数，可按表5.4. 4-1取值；
——由土自重引起的桩周第 层土平均竖向有效应力；桩群外围桩自地面算起，桩群内部桩自承台底算起；
——桩周第i层土平均竖向有效应力；
、 ——分别为第i计算土层和其上第m土层的重度，地下水位以下取浮重度；
、 ——第i层土、第m层土的厚度；
——地面均布荷载。
表5.4.4-1负摩阻力系数
土类
饱和软土 0.15～0.25
黏性土、粉土 0.25～0.40
砂土 0.35～0.50
自重湿陷性黄土 0.20～0.35
注：1 在同一类土中，对于挤土桩，取表中较大值，对于非挤土桩，取表中较小值；
2 填土按其组成取表中同类土的较大值；
2 考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：
（5.4.4-4）
（5.4.4-5）
式中 ——中性點以上土层数；
——中性点以上第i土层的厚度；
——负摩阻力群桩效应系数；
、 ——分别为纵横向桩的中心距；
——中性点以上桩周土层厚度加权平均负摩阻力标准值；
——中性点以上桩周土层厚度加权平均重度（地下水位以下取浮重度）。
对于单桩基础或按式（5.4.4-5）计算的群桩效应系数 >1时，取 =1。
3 中性点深度 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5.4.4-2确定。
表5.4.4-2 中性点深度
持力层性质 黏性土、粉土 中密以上砂 砾石、卵石 基岩
中性点深度比
0.5~0.6 0.7~0.8 0.9 1.0
注： 1、 ——分别为自桩顶算起的中性点深度和桩周软弱土层下限深度；
2 桩穿过自重湿陷性黄土层时， 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固结沉降同时完成时，取 ；
4 当桩周土层計算沉降量小于20mm时， 应按表列值乘以0.4~0.8折减。
新版桩基规范对负摩阻力的计算，基桩下拉荷载标准值由土层自身计算和正摩阻力标准值相比较取小值，根据我们的计算结果一般为正摩阻力标准值控制。比如勘察单位提供的正摩阻力一般为特征值20，则极限值为40，则下拉荷载为按40计算得出的标准值。根据规范5.4.3.2条，当为端承桩时，Nk+下拉荷载《Ra。即下拉荷载按极限值计算加上竖向标准值小于桩承载力特征值。
四、工程实例：
（1） 某酒店项目，原场地为一个很大的挖沙坑，上部由建设单位回填了11米的粉质粘土，由于回填时并未进行分层压实处理导致实际工程桩会有较大的负摩阻力，在设计桩基础时予以了充分重视。基础设计时采用了Ф500mm的预应力管桩，桩端持力层为砾砂层。根据地质勘察报告提供数据计算和相应的施工前试桩结果，得出单桩承载力特征值为1350KN。而对于11米回填土采用规范公式计算如下：
中性点深度比取0.9；
负摩阻力系数 取0.2；
回填土的厚度 取11m，重度 取18KN/m3；
平均竖向有效应力 ，
，
得出 =99KN/m2；
负摩阻标准值 ，
得出 =19.8 KN/m2；
负摩阻力群桩效应系数 取1，
桩身周长 =1.57m,
中性点以上土层的厚度 =0.9*11=9.9m，
得出基桩下拉荷载标准值即负摩阻力标准值
=1*1.57*19.8*9.9
=307KN；
正摩阻特征值11Kpa,
得出极限侧摩阻力值=380KN。
当计算负摩阻力未超过极限侧摩阻力时，取负摩阻力标准值307KN。
综上所述单桩承载力按1050KN考虑时，可以不考虑负摩阻力的影响，即采取“抗”的措施，在桩基础承载力设计时，考虑负摩阻力作为下拉荷载的一部分，来进行桩基础设计。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词: 桩基础负摩阻力产生 防治计算 处理
Abstract: this paper introduces the pile foundation of negative skin friction resistance produce, and according to the reason, the control measures are brought forward, under this background gives project Suggestions for designers.
Key Words: pile foundation of negative skin friction resistance produce control calculation processing
中图分类号：TU473.1文献标识码：A 文章编号：
根据《建筑桩基技术规范》JGJ-94-2008（以下简称桩基规范）2.12条 负摩阻力定义，桩周土由于自重固结、湿陷、地面荷载作用等原因而产生大于基桩的沉降所引起的对桩表面的向下的摩阻力。显见这种负摩阻力在很多实际工程中均存在，但是却未引起设计人员的足够重视。
一、首先介绍一下负摩阻力产生的主要原因：
（1）打入桩的影响：软土地区饱和软粘土具有含水量高、渗透性弱、抗剪强度低以及结构性强的特点。在该地区进行预制桩沉桩施工时，因挤土效应在桩周土体内部产生了较大的超静孔压，导致桩周围土体产生较大的侧向位移和竖向隆起，同时桩周围土体受施工影响受到一定程度的扰动，导致基桩承载力降低。随着超静孔压的逐步消散，场地地基将出现大面积沉陷情况，同时对工程桩施加负摩阻力的作用，导致桩基承载力下降，影响整个工程的正常使用。
（2）回填土的影响：较深大量回填土地区，由于空隙较大，抗剪强度低，湿陷性强，即使在施工挤土桩时对回填土有一定的挤密作用，但是对较深回填土的挤密还是有限的，随着打桩的结束，回填土会再固结引起地表土体沉降，当地表土沉降大于桩的沉降时，导致桩侧产生一定大小的负摩擦力，且由于回填土对桩的侧向约束不好，容易引起偏桩，还会增加桩身弯矩。
（3）湿陷性黄土的影响：由于其湿陷性、湿敏性，在浸水时会产生地表沉降导致负摩阻力。深厚湿陷性黄土桩基础应采用静载荷浸水试验确定其承载力，其具体要求见《湿陷性黄土地区建筑规范》。
（4）地下水下降的影响：地下水下降引起地表土体下沉（地面沉降），地面沉降大于基桩沉降时，会产生负摩阻力。
（5）桩周地面有大面积堆载或超填土时，导致桩周土层压缩，土体产生沉降，当其沉降大于基桩沉降时，会产生负摩阻力。
（6）地震区液化土层的影响，当地震时会产生震陷，相应产生负摩阻力。
二、负摩阻力的解决方案：
根据桩基规范第3.4.7条：可能出现负摩阻力的桩基设计原则应符合下列规定：
（1）对于填土建筑场地，宜先填土并保证填土的密实性，软土场地填土前应采取预设塑料排水板等措施，待填土地基沉降基本稳定后方可成桩；
（2） 对于有地面大面积堆载的建筑物，应采取减小地面沉降对建筑物桩基影响的措施；
（3） 对于自重湿陷性黄土地基，可采用强夯、挤密土桩等先行处理，消除上部或全部土的自重湿陷；对于欠固结土宜采取先期排水预压等措施；
（4） 对于挤土沉桩，应采取消减超孔隙水压力、控制沉桩速率等措施；
（5） 对于中性点以上的桩身可对表面进行处理，以减少负摩阻力。
根据上述原则实际控制减少负摩阻力的主要方法有如下几种：
（1） 设置隔离桩，防止基础外填土或堆载引起的负摩阻力，保护桩承担全部负摩阻力和填土的侧向推力。
（2） 涂层法，（沥青、树脂、再生橡胶）适用于打入桩的影响。
（3） 预钻孔法，适用打入桩的影响，中性点以下则不需钻孔。
（4） 塑料膜滑动隔离法，用双层筒形塑料薄膜预先置于中性点以上的钻孔内，然后在塑料膜内浇筑混凝土，且需保证二层之间能自由滑动，在二层之间填充沥青增滑剂填料。
（5） 套筒法，在桩外设置与桩身不相连的套管，由套管来承受负摩阻力，关键是要保证套筒和桩不卡住。
（6） 采取“抗”的措施，即是在桩基础承载力设计时，考虑负摩阻力作为下拉荷载的一部分，来进行桩基础设计。
三、负摩阻力的计算：根据桩基规范5.4条的相应规定：
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：
（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 ，并可按下式验算基桩承载力：
（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 只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。
5.4.4 桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，当无实测资料时可按下列规定计算：
1 中性点以上单桩桩周第 层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算：
（5.4.4-1）
当填土、自重湿陷性黄土湿陷、欠固结土层产生固结和地下水降低时：
当地面分布大面积荷载时：
（5.4.4-2）
式中——第 层土桩侧负摩阻力标准值；当按式（5.4.4-1）计算值大于正摩阻力标准值时，取正摩阻力标准值进行设计；
——桩周第i层土负摩阻力系数，可按表5.4. 4-1取值；
——由土自重引起的桩周第 层土平均竖向有效应力；桩群外围桩自地面算起，桩群内部桩自承台底算起；
——桩周第i层土平均竖向有效应力；
、 ——分别为第i计算土层和其上第m土层的重度，地下水位以下取浮重度；
、 ——第i层土、第m层土的厚度；
——地面均布荷载。
表5.4.4-1负摩阻力系数
土类
饱和软土 0.15～0.25
黏性土、粉土 0.25～0.40
砂土 0.35～0.50
自重湿陷性黄土 0.20～0.35
注：1 在同一类土中，对于挤土桩，取表中较大值，对于非挤土桩，取表中较小值；
2 填土按其组成取表中同类土的较大值；
2 考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：
（5.4.4-4）
（5.4.4-5）
式中 ——中性點以上土层数；
——中性点以上第i土层的厚度；
——负摩阻力群桩效应系数；
、 ——分别为纵横向桩的中心距；
——中性点以上桩周土层厚度加权平均负摩阻力标准值；
——中性点以上桩周土层厚度加权平均重度（地下水位以下取浮重度）。
对于单桩基础或按式（5.4.4-5）计算的群桩效应系数 >1时，取 =1。
3 中性点深度 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5.4.4-2确定。
表5.4.4-2 中性点深度
持力层性质 黏性土、粉土 中密以上砂 砾石、卵石 基岩
中性点深度比
0.5~0.6 0.7~0.8 0.9 1.0
注： 1、 ——分别为自桩顶算起的中性点深度和桩周软弱土层下限深度；
2 桩穿过自重湿陷性黄土层时， 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固结沉降同时完成时，取 ；
4 当桩周土层計算沉降量小于20mm时， 应按表列值乘以0.4~0.8折减。
新版桩基规范对负摩阻力的计算，基桩下拉荷载标准值由土层自身计算和正摩阻力标准值相比较取小值，根据我们的计算结果一般为正摩阻力标准值控制。比如勘察单位提供的正摩阻力一般为特征值20，则极限值为40，则下拉荷载为按40计算得出的标准值。根据规范5.4.3.2条，当为端承桩时，Nk+下拉荷载《Ra。即下拉荷载按极限值计算加上竖向标准值小于桩承载力特征值。
四、工程实例：
（1） 某酒店项目，原场地为一个很大的挖沙坑，上部由建设单位回填了11米的粉质粘土，由于回填时并未进行分层压实处理导致实际工程桩会有较大的负摩阻力，在设计桩基础时予以了充分重视。基础设计时采用了Ф500mm的预应力管桩，桩端持力层为砾砂层。根据地质勘察报告提供数据计算和相应的施工前试桩结果，得出单桩承载力特征值为1350KN。而对于11米回填土采用规范公式计算如下：
中性点深度比取0.9；
负摩阻力系数 取0.2；
回填土的厚度 取11m，重度 取18KN/m3；
平均竖向有效应力 ，
，
得出 =99KN/m2；
负摩阻标准值 ，
得出 =19.8 KN/m2；
负摩阻力群桩效应系数 取1，
桩身周长 =1.57m,
中性点以上土层的厚度 =0.9*11=9.9m，
得出基桩下拉荷载标准值即负摩阻力标准值
=1*1.57*19.8*9.9
=307KN；
正摩阻特征值11Kpa,
得出极限侧摩阻力值=380KN。
当计算负摩阻力未超过极限侧摩阻力时，取负摩阻力标准值307KN。
综上所述单桩承载力按1050KN考虑时，可以不考虑负摩阻力的影响，即采取“抗”的措施，在桩基础承载力设计时，考虑负摩阻力作为下拉荷载的一部分，来进行桩基础设计。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。