基本介紹
- 中文名：負摩擦力
- 外文名：Negative friction
- 符號：fn
- 套用學科：工程地質學
樁基負摩擦力,樁基負摩擦力的產生原因,樁基負摩擦力產生機理,樁的負摩阻力防治,負摩阻力產主的影響,減少樁負摩擦力的工程措施,負摩擦的方法和新工藝,
樁基負摩擦力
樁基技術的發展有著悠久的歷史，受到工業化發展的巨大影響，樁型和施 工工藝不斷的推陳出新，在樁基設計和施工領域出現了許多嶄新的概念，例如疏樁理論、樁基逆作法、熱加固成樁等，樁與其他基礎形式或工藝聯合使用， 使樁基礎在工程建設中套用更加廣泛。樁基技術的研究也越來越受到重視。在現實中許多工程結構由於設計階段沒有很好的考慮負摩擦力，造成結構在使用 過程中由於負摩擦力給樁增加附加荷載引起基礎沉降而產生裂縫等工程問題時 有發生。鑒於負摩擦力對工程實踐的重要性，負摩擦力己經成為基礎工程界的一個技術熱點。
樁基負摩擦力的產生原因
在樁周圍的土層相對於樁側作向下的位移時，土產生於樁側的摩阻力方向 向下，稱為負摩阻力：而正摩阻力正好相反，方向向上（圖2—1）(a)）負摩阻 力產生的原因很多，主要有下列兒種情況：
圖2 樁的正負、摩擦力示意圖
圖2 樁的正負、摩擦力示意圖(1) 位於樁周的欠固結軟粘土或新近填土在其自重作用下產生新的固結：
(2) 大面積堆載使樁周土層壓密固結下沉（圖2—1(b))；
(3) 在正常固結或輕微超固結的軟粘土地區，由於抽取地下水或深基坑開 挖降水等原因引起地下水位全面降低，致使土的有效應力增加，同時產生大面 積的地面沉降（圖2—1(c))；
(4) 自重濕陷性黃土浸水後產生濕陷：砂土液化後和凍土融化而發生下沉 時也會對樁基產生負摩擦力；
(5>靈敏度較高的飽和粘性土，受打樁等施工擾動（振動、擠壓、推移） 影響，附加超靜孔隙水壓力增加，軟土觸變增強，後又產生新的固結下沉；
(6)大面積軟土地區達打入擠土樁.使原來地面壅高，樁土內總應力和孔 隙水壓力都普遍增高，隨後這部分樁間土的固結引起土相對於樁體的下沉。
樁基負摩擦力產生機理
樁身上負摩阻力的分布範圍可根據樁與周圍土的相對位移情況確定。假設 圖2-2(b)的ab線代表樁周土層的下沉量隨深度的分布線，
為地面下沉量， cd線代表粧身各截面的位移曲線，該線上所代表的粧身任意截面位移量是由該 截面以下樁自身的材料壓縮變形
與樁尖處的下沉量
之和。可以看出，在圖 中ab線與cd線的交點0處，樁與周圍土體之間沒有相對位移，作用在樁上的 摩阻力為零，因而稱0點為中性點。在中性點截面，樁身的軸向力N最大2-2(d):在中性點以上，土的下沉量大於樁的沉降螢，樁周土對樁的作用力為向下 的負值，所以是負摩擦E;中性點以下，土的下沉量小於樁的沉降景，樁周土 對樁周的作用力為向上的正值，因而是IF.摩擦區。作用與粧側的摩阻力分布如 圖2-2(c)所示。中性點的深度“與樁周土的壓縮性和變形條件，以及樁和持力 層土的剛度等因素有關，理論上可根據樁土的豎向位移相等處來確定，但實際 上準確確定中性點的位腎比較困難。顯然，樁尖沉降 越小
越大，當 =0 時，則 = 1,所以對於支承在岩層上的端承樁，負摩阻力可分布於整個樁身。
圖2-2 負摩擦力的分布與中性點
圖2-2 負摩擦力的分布與中性點樁的負摩阻力防治
負摩阻力產主的影響
在樁基礎的工作過程中，由於樁身表面產生負摩擦力，使樁身土的一部分 重S傳遞給樁，因此，負摩擦力不怛不能成為樁豎向承玫力的一部分，反而變 成施加在樁上的外荷錢.它常會增加樁的沉降或不均勻沉降，而導致建築物的 損害或破壞，負摩擦力對樁工作的影響主要表現為：
(1)樁表面的總庠擦力（下拽荷載）存可能使樁的負荷過大，從而使樁基的沉降過大或樁身結構受到損壞。
(2)由於樁承擔了一邢分土體重最，負摩擦力減小了樁端標高處土的有效 校通壓力，這可能導致樁瑞陰力降低。
(3)當建築物的部分基礎或同一基礎中部分樁發生負摩揀力.將出現樁群 的不均勻沉降，致使上部結構破壞。
樁周負摩擦力的存在使樁的負荷過大，造成樁基沉降加劇.從而影響上部 結構的安全。群樁負摩擦力的存在對樁基產生的彩響史大。群樁負摩擦力增加 了樁身的豎向荷載，減小了樁端標商處土的覆蓋壓力，對樁的沉降產生的影響 更大。
減少樁負摩擦力的工程措施
負庠撩力產生於施工階段和使用階段，所以負摩擦力的防治應分別在這兩 個階段進行工階段負摩揀力的防治尤其關鍵.這個階段能有效的防止負摩 擦力的產生，毋大限度的減少負摩擦力對基砌的危害。在現場施工中常採取以 下描施以避免和減少施工過程中可能出現的負摩擦力：
1. 建築場地平整造成較厚的回填土，回塡土的固結將對樁產生負庠擦力，應 對回填土進行壓密，壓密度可按建築物荷載而定。
2. 建築物樁基影響范留記憶體在欠固結的軟弱壓縮土層時，採用換土或打砂樁等方法進行地基處理，避免地面堆栽引起壓縮土層下沉置大於樁身的下沉而 產生負摩擦力。
3. 對有大量地表水向下滲流和場地地下水大量抽降，且又採用樁基礎的建築 物.其地而應設諢良好的排水設施以及採取有效措施處理抽水後形成的土層下 沉（如增加支承樁）。
4. 確定樁存在負摩擦力後，應通過計算取得負摩擦力值，利用正、負摩擦力 的極限平衡條件，採取適當的措施，如加長樁尖進入持力層的厚度，增大正摩 擦力以抵消樁的負摩擦力。
5. 計猝出樁的中性點，在中性點上段塗刷強而耐久的防護塗料，減少樁的負摩檫力。
負摩擦的方法和新工藝
對與於負摩攛力的防治在工程設計中主要通過對基礎處理和樁封處理.以 減少地基和樁身沉降達到減少負摩擦力的S的，目前，工程中一般採用以下幾 種措施以滅少可能產生的負摩擦力。
1. 承柱樁法.通過堉大樁斷面來承受負摩擦力。
2. 群樁法，通過增加樁數來體現群樁效應.以減少負摩擦力。
3. 塗層法，對於預製打入樁，打樁前在中性點以上樁身塗1mm厚的瀝青, 塗層產生剪應變，降低樁表面的負摩揀力。
4. 地基授水法，使地基先沒水，增加孔隙水正力，降低樁側摩擦力。
5. 分段施工法，將樁基施工一段時間後，再繼續其上部的結構施工，可以緩 解負摩擦力的作用。
6. 軟土地基處治，為了避免樁棊沉降，消減樁基負摩捎力，在鑽孔灌注樁施 工之盼，先在橋台軟土地基地段實施處治，以減少由於軟土沉降對橋台樁基產 也的負摩擦力，到達減少負摩擦力的目的。
7. 套管保護樁法，在中性點以上段罩上一段直徑大於樁徑剛套管，使該樁身 不致受土的負摩擦力作用。
在工程實踐中，往往據樁的神類和嫌工工藝的不同採取不間的措施，更能有效的減少樁基礎的負庠擦力。
(1) 預製混凝土樁和剛樁
對於預製混凝土樁和剛樁，一般採用塗層的辦法減少負摩擦力，點以上的樁身部分塗以軟瀝，這種辦法可以大大降低負摩擦力值（降低 70%〜80%左右)。為了防止樁身側面所徐的瀝苒在沉樁時破壞，往往將樁底做 的比樁身稍大一些。在樁身所塗瀝宵的外側m炷膨潤土泥漿，既可有利於樁的 順利打入，又可保護樁壁瀝宵.還有利於在樁沉入土中後，減少樁倒負摩擦力。
國外還咎研究剛樁採取電滲法來降低樁倒負摩擦力.它是以樁作為陰極， 另外以樁附近打下的剛樁作為陽極，通以S流電後，樁周出現一層水膜，從而 可以降低樁聃負摩擦力。這種方法用於粘質粉土和粉質粘土效果較好，但費用 較高。
(2) 灌注樁
對穿過欠固結土層而支承于堅硬持力層上的灌注樁.可以採用以下兩種措 施之一以降低其負摩力。
一是在沉降土層范困內插入比鑽孔直徑5cm〜10cm的預製混凝土樁段.預 制樁段外，填以期度較髙的膨潤土泥漿以形成隔離層。在泥漿護壁成孔的悄況 下.可以澆注完下段混，填入高稠度膨潤土泥漿.然後插入預製混凝土 樁段.
二足在千作業成樁條件'^可採用雙層簡形塑膠薄膜預先S於鑽孔沉降土 層的范圈內，然後在其.中澆注混凝土 使塑膠薄膜在樁身與孔壁之問形成可自 由滑動的隔離層*
另外，在施工過程中灌漿法和塗層法兩種新工藝由於施工方法簡單，效果 較好在工程中也廣泛被使用以減少樁基的負摩擦力。
