负摩阻力基桩承载力设计与检测方法探讨[2]

夏力农1,2，苗云东2 

(1. 长沙学院 土木工程系，湖南 长沙  410003；2. 湘潭大学 土木工程与力学学院，湖南 湘潭  411100)

摘要：负摩阻力问题一直是桩基础研究中的热点，负摩阻力可能会引起建筑物破坏、工程失效等诸多工程灾害，造成不必要的损失和浪费。为此，深入探讨负摩阻力基桩承载力设计及检测方法具有较大的工程实际意义。首先介绍了负摩阻力产生的机理。然后以国内外最新的研究成果和负摩阻力基桩的荷载传递特点为基础，对国内外目前常用的负摩阻力基桩承载力设计及检测方法进行了分析，并分析了其优缺点。在此基础上，对负摩阻力基桩承载力计算的FULLENIUS方法进行了合理的修正。再结合负摩阻力基桩的实际工作状态与静载试压条件下的工作性状之间的差异，首次提出了与控制沉降为前提的负摩阻力基桩的承载力设计方法和检测评价方法。

关键词：负摩阻力；基桩；承载力；设计；检测

中图分类号：          文献标识码：A       文章编号：

DISCUSSION ON DESIGN AND CHECK-MEASURING OF NEGATIVE SKIN FRICTION PILES BEARING CAPACITY

XIA Li-nong1,2，MIAO Yun-dong2

 (1. Department of Civil Engineering，Changsha University，Changsha，Hunan 410003，China;

2. School of Civil Engineering and Mechanics, Xiangtan University, Xiangtan, Hunan,410003，China)

Abstract：A study on problem of negative skin friction has always been hot in China and abroad. Negative skin friction on pile side may lead to many engineering disasters, such as building damage, engineering failure, etc . It caused by unnecessary loss and wastage. So further discussion on design and check-measuring of negative skin friction piles bearing capacity has great engineering application meanings .The mechanism of negative skin friction of piles were first discussed ,then analyzed the commonly used methods nowadays on design and check-measuring of negative skin friction piles bearing capacity, and finally pointed out both the advantages and disadvantages of that basing on the latest studies at home and abroad and the load-transferring character of negative skin friction piles. On this basis, a reasonable modification was implemented to the FULLENIUS method on calculating the bearing capacity of negative skin friction piles, also associated with the performance of negative skin friction piles under real working environments is compared with that under static check-measuring tests, the methods on design and check-measuring of negatives skin friction piles bearing capacity which are on the premise of sedimentation control are firstly presented in this study.

Key words：negative skin friction；pile；bearing capacity；check-measuring

1  引  言

与常规基桩的荷载传递相比，负摩阻力基桩的桩土相互作用要复杂得多。在常规基桩中，桩在桩顶荷载作用下产生沉降和桩身压缩，桩顶荷载是影响桩土相互作用的主要原因。而在负摩阻力基桩中，不仅有荷载作用下的沉降和桩身压缩，而且由于地面堆载和地下水位下降等原因，桩周土体也出现沉降。桩在荷载作用下的沉降和桩周土体的沉降都是影响桩土相互作用的主要原因。因此,负摩阻力基桩的承载力计算与检测是一个比常规基桩承载力计算复杂得多的问题[1]。尽管国内外许多学者工程师为此做了很多努力，目前，这依然是学术界和工程界尚未完全解决的课题[2~5]。

图1  负摩阻力基桩的特性分析

Fig.1  Characteristic analysis of negative skin friction piles

现行桩基承载力设计与检测方法中，《建筑桩基技术规范》JGJ94－2008中对负摩阻力计算采用了一种近似的和经验性的方法，对负摩阻力基桩的设计与检测还停留在十多年前的水平[6]。B.H.Fullenius 经过多年的研究和工程实践提出了一种考虑桩顶恒载作用下评价负摩阻力基桩承载力的图解法[7~8]。这种基桩负摩阻力的分析与计算方法已经被美国AASHTO（美国公路与交通协会）规范采用。肖俊华、袁聚云、赵锡宏对以往的负摩阻力基桩承载力计算方法进行了一定程度的修正[9]。在桩基承载力检测规定中，仅有《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）中明确规定“在桩基静载试压之前，先在黄土中浸水以使黄土先出现沉降，桩侧负摩阻力显现出来，以消除静载试压中负摩阻力的影响。”而在其他的规范规程中，对于负摩阻力桩的承载力检测都没有明确的规定[10]。姚吉元、杨丽、陈立[11]、庄宁[12]、刘春玲[13]等都报道了经过了桩基承载力检测的负摩阻力桩基的失效引起建筑物破坏或失去使用功能的实例，夏力农等人[14~15]对负摩阻力基桩承载力的检测评价方法提出了合理的建议。这些研究对设计和检测负摩阻力基桩承载力起到了很大的推动作用。然而，国内外针对负摩阻力基桩承载力的设计与检测方法的研究还存在不足，有待改进完善。本文在国内外最新研究成果的基础上，分析了负摩阻力基桩承载力设计与检测中存在的不足，提出了控制沉降为前提的负摩阻力基桩承载力计算的逐次逼近图解法，提出了合理的负摩阻力基桩承载力设计和检测评价方法，供同行们参考。

2  负摩阻力产生的机理

桩-土之间的相对位移是导致桩侧摩阻力的直接原因。在上部结构荷载的作用下，沿着基桩全长分布着方向向上的正摩阻力。当桩周土体出现沉降时，桩周土体沉降大于桩的沉降的部位就会出现方向向下的负摩阻力，桩周土体沉降小于桩的沉降的部位就会出现方向向上的正摩阻力。而桩与桩周土体沉降相同的位置就是中性点，中性点处的摩阻力为零（见图1）。

中性点的位置可以从两个方面来定义，一是中性点是桩土相对位移的平衡点，即在中性点位置桩与桩周土体的位移相等；二是中性点是桩身力的平衡点，即中性点上部的向下的力（包括上部结构荷载和负摩阻力引起的下拉力）与中性点下部的荷载抗力（包括桩端阻力和桩侧的正摩阻力）是相等的。任何引起桩周土体沉降和基桩沉降的外部条件变化，如桩顶荷载的变化，地下水位下降以及地面堆载引起的桩周土体沉降变化等，都会引起中性点位置的变化。在负摩阻力基桩中，中性点的变化和稳定都是基桩与外部条件变化相适应的静力平衡的结果。

在负摩阻力基桩的荷载传递中，桩周土体的沉降是负摩阻力产生的原因。负摩阻力以及由此而产生的下拉力是桩周土体沉降的结果，附加沉降是基桩为达到静力平衡而出现的位移。负摩阻力引起的下拉力和附加沉降都是桩周土体沉降的结果，下拉力不是产生基桩附加沉降的原因。下拉力对桩基的不利影响主要在于对桩身应力的增加，负摩阻力对桩基的不利影响主要是下拉力和桩的附加沉降。

3  现行承载力计算方法存在的不足

3.1 《建筑桩基技术规范》中负摩阻力计算方法存在的不足

在负摩阻力基桩的承载力计算中，确定中性点位置是最为重要的[16]。在中性点位置的确定方法上，《建筑桩基技术规范》JGJ94－2008采用了一种近似的定值法。这种方法存在以下几个不合理的因素：

(1) 由于桩周土层沉降量和沉降深度是影响中性点位置的主要因素之一，不考虑桩周土体沉降的差异的中性点近似取值显得不够精确，也不合理；

(2) 中性点位置受到很多因素的影响，主要的是桩周土层沉降和桩顶荷载的影响[17]。而在近似的取值法中，仅仅粗略地考虑了桩周土层分布和桩端土层的影响，而没有考虑桩顶荷载的影响。由于在实际工程中，桩的荷载水平（指实际作用于桩顶的荷载与基桩极限承载力的比值）的差异很大，对中性点位置的影响也不相同。不考虑桩顶荷载的因素是不合理的；

(3) 在中性点深度表5.4.4-2中[6]，只是简略地将桩端土层分为粘性土、粉土，中密以上砂，砾石、卵石和岩石四种类型，显得不尽合理与精确。土的工程物理力学性质区域差异很大[18]，不考虑这个差异是不合适的。

(4) 负摩阻力基桩中的中性点位置的近似取值还容易引起在负摩阻力的概念上的混淆和误解。使人认为负摩阻力基桩的中性点位置是基本固定不变的，不会受到桩周土体沉降大小、桩顶荷载以及其他因素的影响。

(5) 实验证明，摩阻力的发挥只需要桩土之间很小的相对位移，桩身压缩也会引起中性点位置的变化[19~20]。对于比较长的端承桩，桩身压缩是引起中性点波动变化的主要因素。不考虑这个因素是不合适的。

(6) 规范中没有负摩阻力基桩的沉降计算和评价方法。这样，就无法对负摩阻力引起的附加沉降做出合理的估计和判断。

(7) 在一般的桩顶荷载水平下，桩顶荷载的作用只会使摩擦型负摩阻力基桩的中性点位置上移，而不会使负摩阻力完全消失。在这种情况下，不考虑负摩阻力引起的下拉力对于桩身强度的影响是不合适的。

在设计中，负摩阻力对于基桩承载力的影响，《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）中5.4.3 条规定[3]，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：

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：

对于负摩阻力摩擦型基桩，规范中的计算既然扣除了中性点以上桩侧阻力对于承载力的贡献，即这部分不能提供向上的正摩阻力，而将这部分的摩阻力考虑为零是不合理的。中性点以上部分桩周土体一定对桩产生摩阻力，要么是正摩阻力，要么是负摩阻力。理论与试验研究均表明，对于负摩阻力摩擦型基桩，桩的沉降或者附加沉降一般是不会使得桩的负摩阻力完全消失的，只会使中性点上移[1]。若要使得负摩阻力完全消失，必须基桩的沉降大于桩周土体沉降的沉降才行。《建筑桩基技术规范》既然考虑了负摩阻力，就应当考虑中性点以上部分的负摩阻力的存在，并考虑其对桩的承载力和桩身强度的影响。前面提到的桩基础沉降过大造成的工程事故也说明了我们现有的负摩阻力基桩承载力的计算与评价方法存在一定的不足。

3.2美国公路与交通协会（AASHTO）规范中负摩

阻力计算方法存在的不足

B.H.Fullenius经过多年的研究和工程实践提出了一种考虑桩顶恒载作用下评价负摩阻力基桩承载力的图解法。Jean-Louis Briaud也推荐使用这种方法计算负摩阻力基桩。这样的基桩负摩阻力的分析与计算方法已经被美国AASHTO（美国公路与交通协会）规范采用。

按照Fullenius的图解方法的基本原理，如图2，左边的图显示了在无地下水的单一土层中正负摩阻力沿着桩身的分布，在这里采用了正负摩阻力相等的假定。桩土之间的单位摩阻力遵从有效应力原理，随着有效应力的增加而增加。摩阻力方向从负到正的线性变化的过渡区称为“中性点区域”。在负摩阻力的分析过程中，没有必要采用通常在设计中采用的土层摩阻力为定值的假定。

中间的图显示了两条曲线。右侧曲线是基桩极限状态下轴力分布：为极限端阻力，是指完全发挥的桩端阻力与完全发挥的桩侧正摩阻力之和。这条曲线应该根据静载试验测试到的结果或者静力分析的结果绘制。第二条曲线显示了在正常工作状态下，长期桩的荷载传递，包括没有完全发挥的桩端阻力、作用在桩顶的恒载、中性点以上部分负摩阻力引起的下拉力和桩端至中性点这段桩长提供的荷载抗力。除了中性点区之外，其余部分的桩侧摩阻力都完全发挥出来了。

图2  负摩阻力基桩承载力计算图解法示意（B.H.Fullenius）

Fig.2  Calculation chart of negative skin friction pile bearing capacity（by B.H.Fullenius）

右边的图显示了基桩和桩周土体沿着深度的沉降分布。在中性点以上部分，土体沉降是由堆载，水位下降等原因在桩周土体中产生的附加应力引起的，桩的荷载不会传递到这部分土体中。在中性点以下部分，桩的荷载开始传递到土体中并引起附加沉降。不过，在桩端附近的区域，由于存在增强效应，桩的沉降很小。在中性点位置，桩和桩周土的沉降完全相同，桩顶的沉降等于中性点位置的沉降与中性点以上部分桩身压缩值之和。

由于正负摩阻力仅仅需要很小的桩土相对位移就能够充分发挥，在分析过程中，认为正负摩阻力都是完全发挥的。对桩端阻力则不完全是这样，因为桩端阻力的发挥是桩端位移的函数，桩端阻力完全发挥需要比摩阻力发挥大得多的沉降值。确定使用阶段的桩端阻力发挥程度也相对困难。在工程设计中，在确定桩的负摩阻力时，可以认为桩端阻力是完全发挥的。在确定桩的沉降时，则应该假定桩端阻力没有完全发挥。这样在计算中区别对待桩端阻力的发挥程度，会使得到的较高的中性点位置和较大的计算沉降。这样的图解法可以方便设计人员进行负摩阻力基桩的分析。

B.H.Fullenius的方法存在以下的问题：

第一，按照桩土沉降曲线的相交点得到中性点位置之后，并推算出相应的负摩阻力引起的下拉力和桩身最大轴力。此时作用于桩身的荷载包括了桩顶荷载和下拉力，而对应的桩顶沉降不再是原来仅仅有桩顶恒载作用的沉降值，而是相应荷载作用下的桩顶沉降值，作为最后的结果，荷载与沉降是不协调的，这样得到的中性点位置不是基桩在桩顶荷载和桩周土体沉降条件下最终的、稳定的中性点。

第二，中性点以上部分的桩身轴力分布与桩顶恒载值之间的曲线只能反映在桩顶恒载作用下的桩身轴力分布，而不能反映在一定的荷载作用下的基桩极限承载力。这也许与Fullenius认为负摩阻力不能影响承载力有关。

桩顶荷载的作用对于负摩阻力基桩的影响主要表现在中性点上升，桩的沉降增加上。在负摩阻力基桩承载力确定的过程中，确定中性点位置是主要的工作，而负摩阻力的分布不必要与桩顶恒载发生直接关系。

第三，在单一土层中，既然正负摩阻力的分布遵从有效应力原理，那么在不考虑地下水的前提下，桩身摩阻力的分布以及桩身轴力的分布都应该呈直线分布，而不应该是在摩阻力分布曲线中的非线性分布。

我国基桩承载力设计计算，长期以来是按照土层摩阻力为定值的方式计算的，计算结果桩身摩阻力和轴力也是呈直线分布。尽管与基桩的桩身摩阻力和轴力实际分布有一定的差距，不过多年以来的工程实践证明了这种基桩承载力计算方式的合理性和安全性。

4  承载力计算的修正Fullenius方法

在进行负摩阻力基桩的承载力分析之前，为了简化计算，作以下基本假定：

(1) 采用现有的桩基础设计规范中土层摩阻力为定值的计算方法，计算时桩侧摩阻力和桩端反力均按充分发挥考虑。

(2) 桩身的压缩变形包括弹性变形和塑性变形。为简化计算，桩身压缩变形只计算弹性压缩变形，忽略桩身塑性变形。

(3) 不同桩顶荷载作用下，桩端提供的荷载反力不会发生变化。

图3  逐步逼近得负摩阻力基桩承载力计算图解法示意图

Fig.3  Calculation chart of negative skin friction pile bearing capacity with a method of successive approximation

在以上基本假定的基础上完成两项工作。一是完成试验桩桩的静载试压，得到桩的荷载-沉降曲线，见图3；二是绘制出在正常条件下桩身轴力沿着深度的分布以及桩端反力的分布图。这个图可以根据静载试验测试的数据绘制出来，也可以按照现行规范的计算方法利用工程地质勘察资料计算得出。

在有了上述两个基本曲线之后，就可以按照下面的步骤分析负摩阻力的影响了。

第一步，按照作用于桩顶的恒载标准值，在试桩的荷载-沉降曲线上找出对应的桩顶沉降值，并按恒载值计算桩身的压缩变形沿着桩深的分布。将在桩顶恒载作用下的桩身竖向位移曲线绘制出来（如图3 中的直线）。

如果桩端承担的荷载Pb与桩顶外加荷载P之比Pb/P＝α，则桩侧摩阻力分担的荷载为（1－α）P，此时的桩身压缩量Ss可以按下式计算:

桩侧摩阻力呈三角形分布时，；桩侧摩阻力呈矩形分布时，，这两种条件下对应的桩身压缩分别为St和Sr。由于桩端土分担的荷载比例不是一个确定的值，而且很难事先确定，为简化计算，假设α为零。

从有限元分析结果与现场实测结果的对比分析可以看出，在各种桩端土条件下，这两种方法的桩身沉降沿着深度的分布都接近实测的桩身沉降分布。其中，桩侧摩阻力按照三角形分布比按照矩形分布的结果更接近实测值。

而在负摩阻力基桩中，由于负摩阻力的存在，改变了基桩轴力沿着桩身分布的形态，使得桩身轴力的分布有别于常规基桩。而且，负摩阻力沿着桩身的分布常常是变动和不易确定的。因此，对于负摩阻力基桩的桩身压缩计算时，将所有摩阻力的分布（无论是正摩阻力还是负摩阻力）按照矩形分布计算也是一种简便合理的方法。

第二步，按照土力学方法计算桩周土体沉降沿着深度的分布曲线，并与第一步得到的在桩顶恒载作用的桩身竖向位移绘制在同一张图上。在图3中，桩周土体沿着深度的分布曲线与桩身的竖向位移曲线相交点就是桩土位移相同的位置，这样就得到了仅仅考虑桩顶荷载，而不考虑负摩阻力影响的中性点位置，这是第一个中性点的具体位置。

第三步，将中性点位置体现在桩身轴力沿着深度的分布上，通过中性点绘制一条Y轴的平行线。以这条线为对称轴，将中性点以上部分的桩身轴力的分布线镜像到另一边。这样就得到了上部恒载作用于桩顶时的负摩阻力基桩承载力极限值、桩身最大轴力和负摩阻力引起的下拉力的第一个值。这个下拉力及其对应的其他承载力值都是在不考虑负摩阻力影响的中性点位置前提下得到的。这本身就是不协调的。

这样得到的是第一个值，而不是最终的值。因为此时桩顶的沉降值是按照桩顶恒载值在荷载-沉降曲线中选取的对应值，而得到中性点之后，我们可以发现，作用于桩身的荷载已经不是桩顶恒载，而是桩顶恒载与负摩阻力引起的下拉力的组合值。对于摩擦桩，这意味着桩的沉降必然加大，而桩的沉降的增加，又会引起中性点位置的上移。因此，最终的中性点位置的确定依靠一次的图解是不够的。应该按照逐次逼近的方式求出。

第四步，按照桩顶恒载与负摩阻力引起的下拉力第一个值的组合值在基桩的荷载-沉降曲线中选取对应的沉降值。并按恒载与负摩阻力引起的下拉力的组合值计算桩身的压缩变形沿着桩深的分布。将在这个荷载组合值作用下的桩身竖向位移曲线绘制出来。

必须要求，在恒载与负摩阻力引起的下拉力的组合值作用下桩顶沉降值本身不大于40mm，这是规范确定桩的极限承载力的沉降要求。若沉降大于40mm，说明桩的沉降不能满足规范要求。

第五步，将第四步重新得到的桩身竖向位移曲线绘制与第二步中得到的桩周土体沉降沿着深度的分布曲线绘制在同一张图上。桩周土体沿着深度的分布曲线与桩身的竖向位移曲线相交点就是桩土位移相同的位置，这样得到第二个中性点的具体位置。

第六步，将中性点位置体现在桩身轴力沿着深度的分布上，通过中性点绘制一条Y轴的平行线。以这条线为对称轴，将中性点以上部分的桩身轴力的分布线镜像到另一边。这样就得到在桩顶恒载作用下的桩身轴力分布曲线的第二个值。

第二个中性点位置也不是最终的中性点位置。因为此时桩顶的沉降值是按照桩顶恒载值加最大下拉力的组合值在荷载-沉降曲线中选取的对应值，而得到中性点之后，我们可以发现，作用于桩身的荷载已经不是桩顶恒载加最大下拉力的组合值了，而是桩顶恒载与一个比较小的下拉力的组合值。这意味着在计算得到的荷载组合作用下桩的沉降必然小于初值，而桩的沉降的减小，又会引起中性点位置的下移。

第一个中性点位置对应的是在桩顶恒载作用下最深的中性点位置和最大的下拉力，这是因为第一个中性点位置是在没有考虑负摩阻力的前提下得到的，是在作用在桩顶的荷载最小前提下得到的。此时，基桩的沉降是最小的，因此其中性点位置是最深的，而负摩阻力引起的下拉力就是最大的。而第二个中性点位置对应的是在最浅的中性点位置和最小的下拉力。这是因为第二个中性点是在第一个中性点的基础上得到的。此时，作用于桩身的下拉力最大，也就是实际作用于桩身的荷载是最大的，桩身沉降也是最大的。而其对应的中性点位置就是最浅的，下拉力也是最小的。

实际的中性点位置将介于第一个中性点与第二个中性点之间；实际上的下拉力也是介于第一个下拉力和第二个下拉力之间。当第一个中性点位置与第二个中性点位置相距不大的时候，基本上就可以取第二个中性点位置作为最终的中性点位置。若是第一个与第二个中性点位置相差过大，可以重复第五、六步，这样可以得到更为精确的中性点位置以及负摩阻力基桩的其他设计指标。

在得到最终的中性点位置和下拉力之后，就要按照计算值来确定负摩阻力基桩的实际承载力。这是一个控制了桩顶沉降的，考虑了负摩阻力引起的下拉力的负摩阻力基桩承载力计算方法—逐次逼近图解法。

在得到稳定的中性点位置之后，负摩阻力基桩的极限承载力值、中性点位置、负摩阻力引起的下拉力及对桩身强度的影响和在负摩阻力引起的下拉力与上部结构传递下来的恒载共同作用下的桩身沉降等重要的设计参数都可以在图中找到答案。在图上可以直接得到稳定的中性点条件下基桩的桩身最大轴力值，这是用于桩身强度计算和控制的重要指标。必须依据这个数值对桩身强度进行验算，以保证基桩不会因为桩身强度不够而产生破坏。

这种逐次逼近图解法沿用了现有的桩基础设计规范中土层摩阻力为定值的计算方法，这种方法得到长期使用，证明是可靠的。这样也使得本文提出的负摩阻力基桩承载力的确定方法概念清晰，简单明了。这样计算得到的基桩承载力值完全可以保证基桩在控制沉降条件下满足桩基础承担上部结构荷载的要求。

5工程实例

5.1负摩阻力基桩承载力计算算例

我们通过以下的工程实例来说明负摩阻力基桩的竖向承载力取值中的有关概念和计算问题。一根直径为300mm的桩，桩身穿过的土层为，表层2m厚的回填土，回填土下为18m厚的软粘土，软粘土下为厚度较大的密实砂土层。通过静载试验，确定基桩的极限承载力为1400kN，如图4所示。按照规范的规定，取安全系数2.0，得到基桩的承载力特征值为700kN。然而，由于回填土的作用以及地下水位下降，预计在施工完成之后将出现约200mm的地面沉陷。在这样的情况下，评价基桩的承载能力。

对于此工程实例，我们将桩顶的设计荷载标准值减小150kN到550kN（包括475kN的恒载和75kN的活载），下拉力的标准值就不再是300kN了，而是400kN。如果再将桩顶的设计荷载标准值减小到400kN（包括325kN的恒载和75kN的活载），下拉力的标准值将会增加到500kN。

对于三个恒载标准值600kN，475kN和325kN（根据国外的试验研究，作用在桩顶的活载不会对桩的负摩阻力产生影响），桩的中性点位置分别为17m，18m，和19.5m。对于负摩阻力基桩而言，中性点位置的桩身轴力是最大的。在上述三种不同的荷载值作用下，桩的中性点位置的桩身轴力变化很小，与桩顶荷载的变化基本上没有直接的联系。

在控制桩顶沉降的前提下，按照本文的图解法，在作用于桩顶的恒载标准值为600kN、475kN和325kN时的基桩极限承载力的求解结果如下：

(1) 当作用于桩顶的恒载标准值为600kN时，逐次逼近得到第一个中性点位置为距离桩顶10.2m，对应的桩顶沉降为10.5mm，对应的下拉力Q1为257.5kN；第二个中性点位置为距离桩顶9.1m，对应的桩顶沉降为16.8mm，对应的下拉力Q2为212.8kN；第三个中性点位置为距离桩顶9.3m，对应的桩顶沉降为15.8mm，对应的下拉力Q3为237.5kN。此时的计算精度可以满足工程建设的要求。

图4  荷载-沉降曲线

Fig.4   Load-settlement curve

(2) 当作用于桩顶的恒载标准值为475kN时，逐次逼近得到第一个中性点位置为距离桩顶10.70m，对应的桩顶沉降为7.78mm，对应的下拉力Q1为270kN；第二个中性点位置为距离桩顶9.82m，对应的桩顶沉降为14.0mm，对应的下拉力Q2为233kN；第三个中性点位置为距离桩顶9.72m，对应的桩顶沉降为12.58mm，对应的下拉力Q3为256kN。此时的计算精度可以满足工程建设的要求。

(3) 当作用于桩顶的恒载标准值为325kN时，逐次逼近得到第一个中性点位置为距离桩顶10.9m，对应的桩顶沉降为4.mm，对应的下拉力Q1为275kN；第二个中性点位置为距离桩顶10.2m，对应的桩顶沉降为10.5mm，对应的下拉力Q2为254kN；第三个中性点位置为距离桩顶10.3m，对应的桩顶沉降为10.0mm，对应的下拉力Q3为2kN。此时的计算精度可以满足工程建设的要求。

图解法的计算结果与有限元分析的负摩阻力发展变化趋势是相同的，较大的桩顶荷载会使得中性点上升，下拉力下降[1]。这进一步说明了图解法的合理性，图解法可以直接运用到工程实践中。

6  结论与讨论

本文针对目前基桩负摩阻力计算方法中存在的不足，做了比较深入的研究和探讨，得到了以下几个结论：

(1)针对负摩阻力基桩在承载力检测过程与长期使用阶段桩土相互作用的明显差异，提出了负摩阻力基桩承载力检测和评价应当与其桩土相互作用条件相适应的观点。

(2)提出了在控制沉降的前提下，考虑桩顶荷载作用的负摩阻力基桩承载力计算的逐次逼近图解法。逐次逼近的过程与负摩阻力基桩的桩土相互作用的过程十分接近，图解法概念清晰，结果合理。

(3)与常规基桩承载力检测不同，对于负摩阻力基桩的承载力评价，应当取两个适应不同使用条件的承载力值。一个是与承载力检测过程相适应的值。此时不考虑负摩阻力的作用，与常规基桩承载力检测评价相同。这个值是负摩阻力基桩承载力分析的基础，也是对岩土参数的再一次检验。另一个值是在第一次承载力值基础上，考虑桩顶荷载和负摩阻力的作用，通过图解法分析得到的承载力。这个值作为桩基础设计中负摩阻力基桩的设计承载力值。

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