重视管桩的负摩阻力问题

杨光华

（广东省水利水电科学研究院 广东省岩土工程技术研究中心）

摘要：本文分析了管桩基础在负摩阻力作用的受力和沉降机理，认为管桩基础在负摩阻力作用下的沉降是一种工后沉降，管桩通常是一种非端承承载桩，在荷载作用下有一定的沉降，其在负摩阻力作用下的沉降要大于相同的上部结构荷载下的沉降，容易引起对上部结构的不利影响，这一现象尚未为工程师所足够的重视，稍一不慎会留下工程安全隐患。

1 前言

最近遇到一些在软土场地中存在负摩阻力的管桩基础问题，问题严重的造成结构裂缝，拆除重新基础加固，轻微的则多年后出现墙体裂缝。因此，有必要引起人们对管桩负摩阻力问题的重视。

2 软土地基中桩基的负摩阻力问题

如图1所示，通常在软土场地上存在新填土层，软土在填土荷载作用下存在固结沉降，从而使中性点以上的土体沉降大于桩的沉降而对桩产生向下的负摩阻力，如图2所示。

图1 桩基示意图

图2 桩基负摩阻力示意图

这样，在有负摩阻力作用下，桩的受力平衡方程为

       (1) 

 —为上部结构作用在桩顶的荷载

 —为中性点以上土体产生的负摩阻力

—为中性点以下土体产生的正摩阻力

—为桩底端土产生的抗力

而通常对桩进行静载荷试验时，桩的受力平衡状态如图3所示，此时桩的受力平衡方程为

       (2)

—为静载试验时桩底端土的抗力

由(1)、(2)式可见，在桩顶相同荷载N时，在负摩阻力状态下，桩底端抗力较大于静载试验时的桩底端抗力，由(1)、(2)可知

图3 静载试验的桩基受力状态示意图

3 负摩阻力下桩基的沉降问题

 通常管桩基础不管是静压施工或打入式施工，都很难进入中微风化等较硬的岩石持力层，因此，管桩基础通常是摩擦桩或摩擦端承桩，这种桩基础的沉降会大于端承桩的沉降。同时对于负摩阻力，由于负摩阻力是由软土固结的土体沉降所产生，可能所需时间较长才能逐步产生负摩阻力，这样，负摩阻力有可能会在上部结构施工完成后才逐步产生。这样负摩阻力所产生的沉降应属于是工后沉降，对结构影响大。这就是为什么有些上部结构裂缝在投入使用后才产生的原因。如果桩基存在刚度不均，则更会产生沉降差，影响上部结构的受力。从沉降机理角度，负摩阻力荷载下产生的沉降会较大于上部结构荷载的沉降，如图4所示，依

图4 桩的沉降过程

据图3，没有负摩阻时，桩底端所受到的力为：

据图 2，如果有负摩阻力时，桩底端所受到的力为:

由（4）和（5）式比较可见，有负摩阻力时，桩底端所受到的力比没有负摩阻力时大多了，如以上式（3）所示，而非端承桩的沉降过程具有非线性，从而使得负摩阻力产生的桩基沉降∆S2可以较大于上部结构荷载产生的沉降∆S1，如图4所示，如果负摩阻力占比较大，则可能会产生更大的沉降，而负摩阻力产生的桩基沉降是属于工后沉降，也即结构已完成以后的沉降，其对结构受力影响更大，这就是很多有负摩阻力条件下管桩基础易产生问题的原因。因此，负摩阻力条件下管桩基础的沉降问题必须要引起重视，设计的桩要有足够的承载力，还要有足够的刚度，以克服负摩阻力产生的不利沉降的影响。

（1）有负摩阻力的场地桩基承载力要充分考虑负摩阻力的作用，设计足够的承载力。

（2）有负摩阻力的管桩基础，要充分考虑负摩阻力对沉降的影响，要注意负摩阻力的沉降是工后沉降，沉降稳定时间长，其比施工期间的沉降大、影响也更大，更易造成上部结构的开裂。