浅析桩的负摩擦力

浅析桩的负摩擦力

摘要：现在很多工程问题和事故跟桩的负摩擦力有关，因此桩的负摩擦力是工程中讨论的热点问题之一。本文针对桩基负摩擦力的成因﹑中性点位置和负摩擦力计算及其消减等问题进行讨论与分析。

关键词：桩基负摩擦力成因中性点消减

一、前言

工程中通过桩基将上部荷载传给基土，因此基土对桩侧面有摩擦力及对桩端有端阻力。桩土之间相对位移不同会产生不同方向的摩擦力。当桩相对于土有向下的位移，则在桩上产生向上的摩擦力，即正摩擦力；当桩周围土相对于桩有向下的位移，则在桩侧产生向下的摩擦力，即负摩擦力。我们知道，正摩擦力对桩有支撑作用，而负摩擦力将会降低桩基的承载力从而成为桩的附加荷载，因此负摩擦桩在工程中存在重大隐患。

二、负摩擦力产生的条件和影响因数

（一）负摩擦力产生的条件

由上知，当桩周围的土相对桩产生向下的位移时才产生负摩擦力，因此产生负摩擦力需要一定的条件。发生负摩擦力的一般情况如下：1）桩穿过欠压密的软粘土或新填土，而支承于较坚硬的土层（硬粘性土﹑中密沙土砾石层或岩层）时；2）桩侧软土地面因大面积堆载而下沉；3）抽排地下水，使土体有效应力增大，从而引起桩周围土下沉时；4）高度敏感的粘土层，由于打桩使之发生触变效应；5）自重湿陷性黄土下沉和冻土融化下沉；6）在采用压桩法沉桩的桩基中，由于桩身上段在压力解除后会产生向上的回弹，将使桩侧产生负摩擦力；7）设在膨胀土地基中的桩，由于周期性季节气候变化使土产生胀缩变形；8）下桩基建成后，由于河床的大量冲刷和随后的大量沉淀淤积，形成欠固结的淤泥回淤在桩的周围，该淤泥层将随时间而固结沉降，从而将会产生一定的负摩擦力。

（二）负摩擦力的影响因数

影响桩侧负摩擦力的因素很多，桩周围土层的性质和桩基沉降及地面沉降的大小﹑沉降速度﹑稳定性等都对负摩擦力大小有影响。其中，土层的抗减强度越高，负摩擦力极限值越大；土层厚度越厚，负摩擦力越大；土层的压缩性越大，沉降速度越快，负摩擦力越大。此外，桩基类型对负摩擦力影响也很大。 三、中性点位置的确定

桩的负摩擦力不会发生在整个软弱压缩土层中，而中性点就是某特定深度的桩断面。在中性点以上土的沉降量大于桩，桩承受负摩擦力；中性点以下桩的下沉量大于土，桩承受正摩擦力。因此，在中性点处桩与土位移相等﹑相对位移为零﹑摩擦力为零，同时该断面轴力最大。

中性点深度与桩周围土的压缩性和变形条件﹑桩和持力层土的刚度有关。中性点位置的确定有以下一些方法：

（一）通过量测桩各个截面及可压缩土层各个深度的竖向位移或沉降，作出不同时间的桩土竖向位移图，图中桩土位移相等﹑位移曲线相交的深度即为中性点深度。 （二）通过量测和计算，得出桩的负摩擦力分布曲线。桩轴上摩擦力由负变正的转折点，即为中性点位置。

（三）按公式近似计算中性点的深度。以往通过大量的研究发现，一般中性点位于0.6L~0.7L 处（L 为桩长），也可按下式计算（忽略桩体弹性压缩变形）：

l n =（（S d – S g ）/ S d ）L

式中：l n ——中心点深度 S d ——桩顶处的沉降 S g ——桩体的刚性位移

（4）根据现场实测绘出的经验值和建议值来确定中性点的位置。现场测试结果指出，中性点的深度l n 是随持力层的性质而决定的，l n 可参考下表： 注：①l n 与l o 分别为中性深度﹑桩周围沉降变形土层下限深度：

②桩穿越自重湿陷性黄土时，l

n

按表列数值增大10％（持力层为岩基除外）。

四、负摩擦力计算

影响负摩擦阻力的因素甚多，诸如桩侧与桩端土的变形与强度性质﹑土层的应力历史及堆载的大小与范围及桩的类型与成桩工艺等。因此，精确计算负摩阻力是复杂困难的。多数学者认为桩侧负摩阻力的大小与桩侧土的有效应力有关，单桩单位面积负摩擦力按下式计算：

f n = ktanδσ’

i

当有地下水位时：σ’

i =γ’

i.

z

i

当地面有满布荷载时：σ’

i =γ’

i.

z

i

式中： f

n

——第i层土桩侧负摩阻力；

K ——土的侧压力系数；

δ——土的有效内摩擦角；

σ’

i

——桩周第i层土平均竖向有效应力；

γ’

i

——第i层土层底以上桩周土的平均有效重度；

z

i

——自地面起算的第i层土中点深度；

P——地面均布荷载

对于粘性土，当用静力触探求得探头比贯入阻力（P

s

）时，可按下式估算：

f

n = 1/

10

P

s

对于砂土，当用标准贯入实验求得击数（N）时，则按下式估算：

f

n

= 2N + 30

根据有关文献介绍，经验估计软弱土层桩基最大负摩擦力为：

f

n = 0.5f

u

式中：f

u

为软弱土层无侧限抗压强度

五、负摩擦力的消减

负摩擦力的存在加大了上部荷载，增加了桩基础的沉降，给上部建筑的稳定带来了隐患，因此需要采取一些消减负摩擦力的措施。现有消减负摩擦力的方法如下：

（1）允许桩基增加少许沉降量而重新选择持力层。

（2）在中性点以上的桩侧表面涂上涂料，涂层产生剪应变，降低桩表面的负摩擦力。（3）套管保护法。在中性点以上桩段罩上一段尺寸大于桩径的钢套管，使该段桩身不致受到土的负摩擦力作用。

（4）在群桩基础外围设置保护桩，使外围的下层软粘土固结下沉引起的下拉荷载全部由周边保护桩来负担。

（5）地基浸水法。该法使地基先浸水，增加孔隙压力，降低桩侧摩擦力。

（6）改换合适的建筑场地或对可压缩地基在打桩前采取加固措施。

（7）分段施工法。该法是将桩基施工0.5~1年后，再继续其上部结构施工，可以缓解负摩擦力的作用。

六、结语

桩的负摩擦力对桩的工作有不利影响，桩基设计中必须结合实际加以考虑，亦可采取一定的措施加以克服。桩基负摩擦力作用机理比较复杂，与多种因素有关。对于桩的负摩擦力需进一步的研究。

参考文献

1．陈志辉，陆永强，朱伟强．桩基负摩擦力浅析．土工基础，第6期，2007

2．鹿群，张岳文，郑述海等．桩基负摩擦力的成因﹑机理与危害分析．河北建筑科技学院学报，第4期，2003

3．罗志强．桥台桩基负摩擦力的形成分析与消减措施．中南公路工程，第4期，2002 4．魏海波．桩基负摩阻力探讨．山西建筑，第10期，2005

5．杨克己．实用桩基工程．北京：人民交通出版社，2004

桩基负摩阻力影响的浅析

桩基负摩阻力影响的浅析 【摘要】负摩阻力严重影响着建筑物的安全，其大小受多种因素的影响，因此很难准确计算其数值。总结分析桩侧负摩阻力产生的条件、机理及影响因素，提出减少桩侧负摩阻力的方法和防治措施。 【关键词】负摩阻力；成因；影响因素；中性点；下拉力；防治措施 1. 前言 （1）随着人文居住环境的改善以及土地价格的不断攀升，建筑物已从多层不断的转向高层建筑，从而对地基承载力和变形的要求也越来越高，越来越严格。当土体在其自重作用下尚未完成固结，或者由于其他原因造成土体的沉降继续发展，当土体沉降大于桩的沉降时，置于这些土层中的桩会不同程度地受到负摩阻力的影响。负摩阻力对于桩基的不利影响已经引起了广泛的关注。 （2）在设计桩基时如果不考虑负摩阻力，可能会造成不利影响，如：桩端地基的屈服或破坏；桩身破坏；结构物不均匀沉降等。然而在实际工程中，负摩阻力常常被忽视，造成工程事故。 （3）下面对负摩阻力的问题进行分析、阐述。 2. 负摩阻力的产生条件 2.1负摩阻力的产生是由于桩周土的沉降变形大于桩的沉降变形而致。而造成桩周土沉降变形的原因是多方面的，如： （1）桩穿过新沉积的欠固结软粘土或新填土而支撑在硬持力层上时，土层产生自重固结下沉。 （2）饱和软土中打入密集的桩群，引起超孔隙水压力，土体大量上涌，随后土体引起超孔隙水压力消散而重新固结时，或灵敏度较高的饱和粘性土，受打桩等施工扰动（振动、挤压、推移）影响，附加超静孔隙水压力增加，软土触变增强后又产生新的固结下沉。 （3）在正常固结粘土和粉土地基中，由于下卧砂层、砾石层中抽取地下水或其他引起地下水位降低的原因，使土层产生自重固结下沉。 （4）桩侧地面因大面积堆载或大面积填土而大量下沉时。 （5）在黄土、冻土中的桩，因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。 2.2综上所述，当桩穿过软弱高压缩性土层而支承在坚硬的持力层上时最易

摩擦力 力与运动的关系

学大教育辅导讲义 年 级 九 辅导科目 物理 学科教师 姚老师 课次数 课 题 摩擦力 力与运动的关系 知识点及例题精讲 一、摩擦力 [中考考点]：（1）影响滑动摩擦的因素（2）摩擦力的有无（3）摩擦力方向的判断 [中考题型]：填空题，选择题，作图题，计算题。 [知识网络]： 产生条件：接触、挤压、相对滑动 大小：F=μF 滑动摩擦力 方向：与相对运动方向相反 作用点：接触面上 产生条件：接触、挤压、有相对运动趋势 摩擦力 静摩擦力 大小：0＜F ≤Fmax 方向：与相对运动趋势方向相反 作用点：接触面上 滚动摩擦：做一般了解。 [知识要点]： 思考：质量为m 的木刷放在水平桌面上，木刷受几个力？大小、 方向如何？画出木刷受力示意图 一、摩擦力 1.产生摩擦力的条件：相互接触的粗糙物体间存在压力且具有相对运动或相对运动趋势。 ⑴ 两物体接触并挤压；两物体间存在压力是产生摩擦力的必要前提。 ⑵ 物体之间有相对运动或相对运动的趋势； ⑶ 接触面不光滑。“光滑”是指不存在摩擦。 2.摩擦力的分类：摩擦力可分为滑动摩擦力、静摩擦力、滚动摩擦力。 二、滑动摩擦力 1.滑动摩擦力：两个相互挤压的物体，当接触面存在相对运动时，接触面上产生障碍相对运动的力，叫滑动摩擦力。 2.产生条件：⑴两物体接触并挤压；⑵物体之间有相对运动；⑶接触面不光滑。 3.方向：与物体相对运动方向相反。⑴ 总是跟接触面相切，与相应的弹力垂直。⑵ 总是障碍两物体间相对运动的进行，“相对”是指接触的物体，它可能与物体的运动方向相同，也可能相反 例：试判断下列两种情况下物体所受摩擦力方向： ⑴ 沿水平地面向右滑动的木箱 ⑵ 放在匀速运动的水平传送带上的物体。 4.滑动摩擦力大小 ⑴ 滑动摩擦力f 跟压力N 成正比，公式N f μ=。 ⑵ 动摩擦因数μ，μ的数值与相互接触面的材料、粗糙程度有关，μ没有单位。 ⑶ N 为两物体接触面正压力。 三、静摩擦力 1． 定义：两个互相接触的物体，当接触面存在相对运动趋势但没有发生相对运动时，接 mg mg mg

浅谈“摩擦力”教学研究

浅谈“摩擦力”教学研究 发表时间：2015-04-01T14:03:32.043Z 来源：《教育学文摘》2015年1月总第145期供稿作者：刘增军[导读] 摩擦力是高中物理的教学重点之一，也是教学难点，同时还是高考的一个重要考点。 ◆刘增军河北无极中学052460 摘要：摩擦力是高中物理的教学重点之一，也是教学难点，同时还是高考的一个重要考点，学生对摩擦力大小的计算、摩擦力方向的判断、摩擦力有无的判断、摩擦力的突变及摩擦力做功等问题普遍感到头痛。在一轮复习中，针对以上问题，我对摩擦力产生条件、摩擦力大小、摩擦力方向及摩擦力的突变等问题有针对性的展开教学，以解决学生在学习中存在的困难。 关键词：摩擦力产生条件摩擦力大小摩擦力方向摩擦力有无摩擦力突变摩擦力做功一、摩擦力的产生 （1）两接触面必须有弹力摩擦力的产生条件：（2）接触面粗糙（3）有相对运动或相对运动的趋势二、摩擦力的大小在实际教学中发现，部分同学由于对摩擦力认识不够，因此在计算摩擦力的大小时，不管是滑动摩擦力还是静摩擦力，一律套用公式f=FN进行计算，更有甚者，不管物体受几个力作用，只要计算摩擦力，就马上套用公式f=mg。针对这种情况，我重点讲解了摩擦力的计算分两种情况处理。 1.滑动摩擦力的计算公式：f=FN，其中FN为两物体接触面处的正压力，不要以为FN就等于重力，其实压力与重力无必然的联系。 2.静摩擦力的计算：静摩擦力是一个善变的力，其大小、方向随受力环境及运动状态的变化而变化，静摩擦力大小总大于零而小于等于最大静摩擦力，其大小无专用公式可用于计算，一般用以下方法进行求解：（1）利用二力平衡列平衡方程进行求解：在平衡问题中，静摩擦力总等于引起相对运动趋势的外力的大小。（2）用牛顿第二定律进行计算。 三、摩擦力的方向不少同学存在着一种错误认识，认为摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反，并认为摩擦力总是阻碍物体的运动，是阻力。出现这种错误的原因主要是因为同学们对摩擦力的概念中的“相对”两个字理解不够而造成的。为了纠正同学们的这种错误观点，我做了如下尝试：例：如下图所示，小木块B叠放在长木板A上，长木板放在水平地面上，现对A施加一水平向右的拉力F，使A由静止开始向右做匀加速运动，经过一段时间后，木块B将离开木板A，则B在木板上滑动时，B所受的摩擦力方向如何？ 通过对以上例题的分析，总结出以下方法帮助同学们分析摩擦力的方向。（1）先判断相接触的两物体的运动方向，（2）判断这两个物体间有无相对运动或相对运动趋势，（3）再根据摩擦力的方向总跟相对运动或相对运动趋势的方向相反，去判断摩擦力的方向。 四、摩擦力有无的判断在实际教学工作中，判断摩擦力的有无主要有两种方法：1.根据摩擦力产生的条件进行判断。若两物体间同时满足：（1）两物体间有弹力，（2）接触面粗糙，（3）两物体间有相对运动或有相对运动的趋势，则两物体间存在着摩擦力。另外，同学们对相对运动的趋势也不好理解。在教学中，我也用假设法进行判断：即先假设两接触面间是光滑的，则物体向哪个方向运动，就有哪个方向的运动趋势。 2.用假设法判断摩擦力的存在。即先假设两物体间有或没有摩擦力，则根据题目中给出的条件进行判断，若与题目中给出的情景（运动状态）相同，则我们的假设成立，否则就不成立。 3.根据运动状态进行判断摩擦力的有无。在一些问题，根据物体处于静止或匀速运动状态，也可判断摩擦力的有无。 五、摩擦力突变的问题由于摩擦力的大小或方向突然变化而形成的临界问题是同学们感到头痛的问题之一，解决摩擦力发生突变时的临界问题的关键在于分析突变情况，找出摩擦力突变的点。例：如右图所示，传送带与地面的倾角为θ=37°，从A到B的长度16m，传送带以v=10m/s的速率逆时针方向转动，在传送带上端无初速地放一个质量为m=0.5kg的物体，它与传送带之间的动摩擦因数为0.5，求物体从A到B所需的时间是多少?（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2） 解决这类问题需要注意：对于临界条件不明显的物理极值问题，解题的关键在于通过对物理过程的分析，一般可用假设法、极限法等使隐蔽的临界条件暴露，从而找到解题的突破口。 六、结语摩擦力教学虽然是高中的一个教学难点，但只要我们遵循摩擦力的教学规律，讲清以上几个摩擦力的知识点，就能使同学们掌握这个教学难点，从而使难点不难。参考文献

桩侧负摩阻力的计算

桩侧负摩阻力的计算 一、 规范对桩侧负摩阻力计算规定 符合下列条件之一的桩基，当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，在计算基桩承 载力时应计入桩侧负摩阻力： 1、 桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时； 2、 桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括 填土）时； 3、 由于降低地下水位，使桩周土有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。 4、 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 乞 R a （ 7-9-1） 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： N k Q g

负摩阻力计算实例

负摩阻力计算实例 本建筑场地为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），依椐JGJ94-2008规范第5.4.2条规定，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力。首先，根据场地地质情况（以3#井处的地层为例）确定压缩 4.2 桩基 4.2.1 桩基类型及桩端持力层的选择 依据勘察结果分析, 本建筑场地为自重湿陷性黄土场地，（自重湿陷量的计算值为120.5-151.6mm）湿陷等级为Ⅱ级（中等），湿陷性土层为②、③、④、⑤层，湿陷土层厚度为10-15m，湿陷最大深度17m（3#井）。可采用钻孔灌注桩基础，第⑦层黄土状粉土属中密-密实状态，具低-中压缩性，不具湿陷性，平均层厚4.0m，可做为桩端持力层。 4.2.2 桩基参数的确定 根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）中的有关规定，结合地区经验，饱和状态下的桩侧阻力特征值qsia（或极限侧阻力标准值qsik）、桩端阻力特征值qpa（或极限端阻力标准值qpk?）建议采用下列估算值： 土层 编号土层名称土的 状态桩侧阻力特征值qsia(kPa) 极限侧阻力标准值 qsik(kPa) 桩端阻力特征值 qpa(kPa) 极限端阻力标准值 qpk(kPa) ②黄土状粉土稍密 11 23 ③黄土状粉土稍密 12 24 ④黄土状粉土稍密 12 24 ⑤黄土状粉土稍密 13 26 ⑥黄土状粉土中密 18 36 ⑦黄土状粉土中密 18 36 500 1000 ⑧黄土状粉土中密 20 40 600 1200 4.2.3 单桩承载力的估算 依据JGJ94-2008规范，参照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第8.5.5条，单桩竖向承载力特征值可按下式估算： Ra=qpaAp+up∑qsiaLi 式中：Ra——单桩竖向承载力特征值； qpa 、qsia——桩端端阻力、桩侧阻力特征值； Ap——桩底端横截面面积= πd2（圆桩）； up——桩身周边长度=πd； Li——第i层岩土的厚度； 以3#孔处的地层为例，桩身直径取600mm，以第⑦层黄土状粉土做为桩端持力层，桩入土深度24.0m（桩端进入持力层的深度对于粘性土、粉土应不小于1.5d）。 本建筑场地为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），依椐JGJ94-2008规范第5.4.2条规定，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力。首先，根据场地地质情况（以3#井处的地层为例）确定压缩土层厚度，求出中性点深度Ln:

运动与摩擦力

运动与摩擦力 运动与摩擦力 【教学目标】