广东科技
勘察与测试技术业界
浅谈欠固结土层的负摩阻力问题
□任伟灿
摘
要：通过分析负摩阻力产生的原因，浅谈、探讨预防、减少负摩阻力的方法。关键词：欠固结土层；负摩阻力
随着国家经济的高速发展，基础工程建设项目的投资不断
加大，特别是建筑工程界的建设浪潮一浪高过一浪。在建筑工程基础类型中，采用深基础已经成为必然，而桩基础是最常用的深基础形式之一。桩基础因其具有承载力高，施工工艺简单等优点在我国建筑基础中被普遍采用。
在我国沿海地区，大面积分布着淤泥、淤泥质土及松散砂层等，其工程性质差别较大，物理力学性质主要表现为土的压缩性大、孔隙比大、含水量高，松散、欠密实性等，对于这些地区，建筑物普遍使用桩基础（管桩），由于该类型土层在加载、失水、扰动和自重固结过程中可能产生对桩身下拉的负摩阻力，该负摩阻力由桩端土承担。负摩阻力产生的后果主要反映在桩基下沉量的增加或发生基础不均匀沉降而影响结构物的使用，给工程带来安全隐患。因此，研究欠固结土层的负摩阻力对桩的承载性状是十分必要的。本文以东莞市１０７国道以南一带，包括中堂、麻涌、望牛墩、万江、洪梅、道滘、沙田、虎门等广大地区，其地质情况复杂，基岩之上基本上全为饱和软土，包括新填土、淤泥、淤泥质土、松散砂、软塑土等，总厚度达２０～３０ｍ左右，这一带广泛使用预应力管桩，但却普遍忽视了负摩阻力问题。
负摩阻力产生的后果主要反映在桩基下沉量的增加或发生基础不均匀沉降而影响结构物的使用。负摩阻力的危害主要是增加了桩的负荷。作用于一根桩上的负摩阻力之和称为下拉荷载，它将引起基础和上部结构的附加沉降以及可能产生的破坏，其破坏主要表现为桩端下土层以压缩为主的渐进破坏。
２．３产生负摩阻力的条件
（１）桩穿过欠固结压密的软粘土或新填土，而支承于坚硬土层（硬粘性土、中密以上砂土、卵石层或岩层）时；
（２）在桩周地面有大面积堆载或超厚填土引起地面沉降；（３）由于抽取地下水或桩周地下水位下降，使桩周土自重固结下陷时；
（４）挤土桩群施工结束后，孔隙水消散隆起的或扰动的土体逐渐固结下沉时；
（５）自重湿陷性黄土浸水下沉或冻土融化下沉时。
２．４桩侧负摩阻力的形成过程
（１）负摩阻力的产生：桩基负摩擦力能否产生，关键取决于
桩和桩侧土层的相对位移发展情况。对于建筑物桩基工程，当桩穿过欠固结饱和软土层而支承在坚硬的持力层上时，且桩周土相对桩有向下的位移时，桩侧就可能产生负摩阻力，随着桩周土进一步固结下陷，桩周土相对于桩的向下位移很快就超过了桩相对于土的向下位移，负摩阻力随之产生，并不断加大。
（２）负摩阻力的发展规律：负摩阻力的发展要经历一个缓慢的时间过程，即时间效应。它与桩周土在受各种因素重新固结后强度增大和桩土相对位移的发展有关。随着负摩阻力的产生和增大，桩身的压缩和桩端处轴力增大，桩的沉降随之增大，这就使桩土相对位移减小和负摩阻力的降低，而逐渐趋于稳定。桩基负摩擦力的发生深度一般说来，负摩擦力并不发生于整个软弱土层中。当桩基成桩后，随着荷载的不断增大，桩侧软弱土层逐渐压缩，桩身表面从上而下的正摩擦力慢慢减少，随即产生负摩擦力，变成桩基上部为负摩擦力，桩基下部为正摩擦力。摩擦力为零的位置称为中性点，此点为桩基在该处的位移量与其周围土的下沉量相等之点，它是土与桩之间不产生相对位移之点。中性点以上土的下沉量大于桩的下沉量，桩承受负摩擦力；中性点以下桩的下沉量大于土的下沉量，桩承受正摩擦力作用。中性点在土层固结过程中发生由浅到深的变化，最后稳定在一个深度上，稳定后中性点的位置受诸多因素的影响，如欠固结饱和软土层的厚度、桩端持力层的性质及桩顶荷载等。
（３）负摩阻力的消失：当固结下陷稳定后继续加载时，由于桩身相对于桩周土向下位移，负摩阻力将逐渐降低，中性点位置逐渐上移，桩身从原中性点向上将重新产生正摩阻力。随着桩顶荷载继续增加，整个桩长范围的负摩阻力将会完全消失。当负摩阻力完全消失后，桩侧正摩阻力将承担一大部分桩顶荷载，桩顶沉降量趋于平缓。对欠固结饱和软土中的桩，在桩身强度满足要求的前提下，负摩阻力的产生主要是附加沉降问题，其次才是承载力问题。因此，在欠固结饱和软土中的桩，应着重考虑由负摩阻力引起的沉降量及差异沉降对建筑物的影响。
１地质条件概述
１．１土层的分布特征
欠固结土层主要包括新填土、淤泥、淤泥质土及松散砂层等，其物理力学性质主要表现为土的压缩性大、孔隙比大、含水量高，松散、欠密实性、抗剪强度低等，其地基承载力低。
１．２地下水水位高
该地区主要为沿海（江）三角洲相沉积地貌，其地下水位普遍较高。
１．３外部环境因素
该地区经济发达，各类大中型工厂、仓库林立，存在较多大型机械重荷载、地面大面积堆载等；邻近建筑施工场地多，由于抬高地平面等而进行大量的深厚填土、邻近施工场地施工引起土层的振动、扰动以及建筑物基坑施工降水与地下水滥取造成水位下降等引起的环境变化因素较多，造成发生地面下陷的例子已经不为鲜见，这些因素均可能诱发产生负摩阻力。
２负摩阻力形成机理
２．１有关负摩阻力概念
所谓负摩阻力，是指桩身周围土由于自重固结、自重湿陷、地面附加荷载等原因而产生大于桩身的沉降时，土对桩侧表面所产生的向下摩阻力。
２．２负摩阻力的破坏模式
桩的负摩阻力对基础是一种附加荷载，它的影响主要表现在以下两个方面：
（１）当桩端持力层刚硬时，它将使桩身轴力增大，严重时甚至导致桩身压曲、断裂；
（２）当桩端持力层为可压缩性土时，它将使沉降增大。
２１５
广东科技２００７．０３．
总第１６５期
业界广东科技
勘察与测试技术
防雷设施接地电阻的测量原理及方法
□黎国杰１邓春林２
摘
要：本文针对目前防雷设施检测工作中出现的问题，从接地电阻测量的原理入手，提出几种测试方法和注意事项，以指导检测人员正确测量接地电阻，提高防雷检测机构的检测能力，增强检测人员的技术水平。关键词：防雷；接地电阻；检测方法；注意事项
１接地电阻的构成与原理
接地装置的接地电阻等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。按通过接地体流入地中冲击电流（如雷电流）求得的接地电阻称为冲击电阻；按通过接地体流入地中工频电流求得的接地电阻称为工频接地电阻。
接地电阻由下面４部分组成：（１）接地体与接闪器的连接电阻；（２）接地体本身的电阻；
（３）接地体与土壤的接触电阻；（４）接地体周围土壤的体积电阻。其中（３）、（４）两部分之和称为散流电阻，它们占接地电阻的绝大部分。
接地电阻还与接地网的方法、接地体的形状大小、土壤的结构成分及湿度有关。当不同频率的电流通过地线时，地线的接地电阻是不同的。当直流电流通过时，接地体与土壤接触处的接触电阻由于电化作用而变大，进而使接地电阻变大；当低频电流通过时，接地电阻的数值比较稳定，所以测量接地电阻的仪表大多采用低频交流电源是适宜的。
２．１接地网的接地电阻测量
见图１，接地电阻测量仪的Ｅ端应接在地网的边缘上，ＥＣ的延长线要通过地网的中心Ｇ点。当地网的最大外径为Ｄ时，取Ｅ点到电流探针Ｃ点的距离Ｄｅｃ为２．５～５Ｄ时，才有可能
得到较明显的水平段接地电阻测试曲线。当受到测量现场各种因素的限制，如建筑物、街道等障碍物，Ｅ点到电流探针的距离Ｄｅｃ达不到２．５～５Ｄ时，就测不出具有水平段的接地电阻曲线，只能得到有转折点Ｒｏ的接地电阻曲线。当Ｒｏ点很难确定
Ｃ点适时，可以从ＥＣ连线的中点引ＥＣ的垂线，在此垂线距Ｅ、
当的地方作为Ｐ点进行测量，也可得到较为明确的Ｒｏ值。在日常测量中，很少遇到独立接地体的接地电阻测量，绝大部分是接地网的测量。
２检测技术与方法
测量防雷设施的接地电阻时，经常会发现一个现象，接地测试钎布置的位置不同会得到不同的地阻值。对此，我们以“４１０２”型接地电阻测试仪做了详细的实验，对同一接地装置进行不同测量方式的对比。
图１接地网接地电阻测量原理
２．２接地电阻测量方法
目前，我国规定的方法有三种，①远离法；②补偿法；③三
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
３预防负摩阻力措施及建议
在分布有大面积欠固结土层地区，使用预应力管桩时应考虑桩侧负摩阻力对桩承载力及沉降的影响，建议将负摩阻力作为附加下拉荷载进行桩的承载力设计。当持力层刚硬时，这时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。当桩持力层为可压缩性土时，这时应计算负摩阻力引起的下拉荷载，并验算桩的承载力（桩身和土）。
为预防对可能出现负摩阻力的桩基，宜按下列原则设计：（１）对于填土建筑场地，先填土并保证填土的密实度，待填土地面沉降基本稳定后成桩；
（２）对于地面大面积堆载的建筑物，采取预压等处理措施，减少堆载引起的地面沉降；
（３）对位于中性点以上的桩身进行处理，以减少负摩阻力；（４）对于自重湿陷性软弱土地基，采用强夯、挤密土桩或高压喷射注浆法、水泥搅拌桩等先行处理，消除上部或全部土层的自重湿陷性；
（５）采用其他有效而合理的措施。如对桩身涂以处理后的沥青、油漆等措施，可以改变桩土接触表面摩阻性能而减少负
摩阻力；或者适当加强承台间地梁的强度、刚度及上部结构的
整体刚度等。
４结束语
综上所述，在欠固结土层发育的地区，均存在产生负摩阻力的可能，对于选用摩擦桩型的基础建筑，在岩土勘察及设计时，应重视负摩阻力的影响，预防消除安全隐患。负摩擦力的确定是一个比较复杂的问题，目前对于负摩擦力的确定仍处于探索阶段，有许多问题还有待进一步探索研究。■参考文献
［１］土力学与基础工程．２００１（８）．［２］工程地质手册（第三版）．
［３］建筑桩基技术规范（ＪＧＪ９４－９４）．
［４］岩土工程勘察规范（ＧＢ５００２１－２００１）．
［５］建筑地基基础设计规范（ＤＢＪ１５－３１－２００３）．
（作者单位：广东省工程勘察院）
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广东科技２００７．０３．
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勘察与测试技术业界
浅谈欠固结土层的负摩阻力问题
□任伟灿
摘
要：通过分析负摩阻力产生的原因，浅谈、探讨预防、减少负摩阻力的方法。关键词：欠固结土层；负摩阻力
随着国家经济的高速发展，基础工程建设项目的投资不断
加大，特别是建筑工程界的建设浪潮一浪高过一浪。在建筑工程基础类型中，采用深基础已经成为必然，而桩基础是最常用的深基础形式之一。桩基础因其具有承载力高，施工工艺简单等优点在我国建筑基础中被普遍采用。
在我国沿海地区，大面积分布着淤泥、淤泥质土及松散砂层等，其工程性质差别较大，物理力学性质主要表现为土的压缩性大、孔隙比大、含水量高，松散、欠密实性等，对于这些地区，建筑物普遍使用桩基础（管桩），由于该类型土层在加载、失水、扰动和自重固结过程中可能产生对桩身下拉的负摩阻力，该负摩阻力由桩端土承担。负摩阻力产生的后果主要反映在桩基下沉量的增加或发生基础不均匀沉降而影响结构物的使用，给工程带来安全隐患。因此，研究欠固结土层的负摩阻力对桩的承载性状是十分必要的。本文以东莞市１０７国道以南一带，包括中堂、麻涌、望牛墩、万江、洪梅、道滘、沙田、虎门等广大地区，其地质情况复杂，基岩之上基本上全为饱和软土，包括新填土、淤泥、淤泥质土、松散砂、软塑土等，总厚度达２０～３０ｍ左右，这一带广泛使用预应力管桩，但却普遍忽视了负摩阻力问题。
负摩阻力产生的后果主要反映在桩基下沉量的增加或发生基础不均匀沉降而影响结构物的使用。负摩阻力的危害主要是增加了桩的负荷。作用于一根桩上的负摩阻力之和称为下拉荷载，它将引起基础和上部结构的附加沉降以及可能产生的破坏，其破坏主要表现为桩端下土层以压缩为主的渐进破坏。
２．３产生负摩阻力的条件
（１）桩穿过欠固结压密的软粘土或新填土，而支承于坚硬土层（硬粘性土、中密以上砂土、卵石层或岩层）时；
（２）在桩周地面有大面积堆载或超厚填土引起地面沉降；（３）由于抽取地下水或桩周地下水位下降，使桩周土自重固结下陷时；
（４）挤土桩群施工结束后，孔隙水消散隆起的或扰动的土体逐渐固结下沉时；
（５）自重湿陷性黄土浸水下沉或冻土融化下沉时。
２．４桩侧负摩阻力的形成过程
（１）负摩阻力的产生：桩基负摩擦力能否产生，关键取决于
桩和桩侧土层的相对位移发展情况。对于建筑物桩基工程，当桩穿过欠固结饱和软土层而支承在坚硬的持力层上时，且桩周土相对桩有向下的位移时，桩侧就可能产生负摩阻力，随着桩周土进一步固结下陷，桩周土相对于桩的向下位移很快就超过了桩相对于土的向下位移，负摩阻力随之产生，并不断加大。
（２）负摩阻力的发展规律：负摩阻力的发展要经历一个缓慢的时间过程，即时间效应。它与桩周土在受各种因素重新固结后强度增大和桩土相对位移的发展有关。随着负摩阻力的产生和增大，桩身的压缩和桩端处轴力增大，桩的沉降随之增大，这就使桩土相对位移减小和负摩阻力的降低，而逐渐趋于稳定。桩基负摩擦力的发生深度一般说来，负摩擦力并不发生于整个软弱土层中。当桩基成桩后，随着荷载的不断增大，桩侧软弱土层逐渐压缩，桩身表面从上而下的正摩擦力慢慢减少，随即产生负摩擦力，变成桩基上部为负摩擦力，桩基下部为正摩擦力。摩擦力为零的位置称为中性点，此点为桩基在该处的位移量与其周围土的下沉量相等之点，它是土与桩之间不产生相对位移之点。中性点以上土的下沉量大于桩的下沉量，桩承受负摩擦力；中性点以下桩的下沉量大于土的下沉量，桩承受正摩擦力作用。中性点在土层固结过程中发生由浅到深的变化，最后稳定在一个深度上，稳定后中性点的位置受诸多因素的影响，如欠固结饱和软土层的厚度、桩端持力层的性质及桩顶荷载等。
（３）负摩阻力的消失：当固结下陷稳定后继续加载时，由于桩身相对于桩周土向下位移，负摩阻力将逐渐降低，中性点位置逐渐上移，桩身从原中性点向上将重新产生正摩阻力。随着桩顶荷载继续增加，整个桩长范围的负摩阻力将会完全消失。当负摩阻力完全消失后，桩侧正摩阻力将承担一大部分桩顶荷载，桩顶沉降量趋于平缓。对欠固结饱和软土中的桩，在桩身强度满足要求的前提下，负摩阻力的产生主要是附加沉降问题，其次才是承载力问题。因此，在欠固结饱和软土中的桩，应着重考虑由负摩阻力引起的沉降量及差异沉降对建筑物的影响。
１地质条件概述
１．１土层的分布特征
欠固结土层主要包括新填土、淤泥、淤泥质土及松散砂层等，其物理力学性质主要表现为土的压缩性大、孔隙比大、含水量高，松散、欠密实性、抗剪强度低等，其地基承载力低。
１．２地下水水位高
该地区主要为沿海（江）三角洲相沉积地貌，其地下水位普遍较高。
１．３外部环境因素
该地区经济发达，各类大中型工厂、仓库林立，存在较多大型机械重荷载、地面大面积堆载等；邻近建筑施工场地多，由于抬高地平面等而进行大量的深厚填土、邻近施工场地施工引起土层的振动、扰动以及建筑物基坑施工降水与地下水滥取造成水位下降等引起的环境变化因素较多，造成发生地面下陷的例子已经不为鲜见，这些因素均可能诱发产生负摩阻力。
２负摩阻力形成机理
２．１有关负摩阻力概念
所谓负摩阻力，是指桩身周围土由于自重固结、自重湿陷、地面附加荷载等原因而产生大于桩身的沉降时，土对桩侧表面所产生的向下摩阻力。
２．２负摩阻力的破坏模式
桩的负摩阻力对基础是一种附加荷载，它的影响主要表现在以下两个方面：
（１）当桩端持力层刚硬时，它将使桩身轴力增大，严重时甚至导致桩身压曲、断裂；
（２）当桩端持力层为可压缩性土时，它将使沉降增大。
２１５
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业界广东科技
勘察与测试技术
防雷设施接地电阻的测量原理及方法
□黎国杰１邓春林２
摘
要：本文针对目前防雷设施检测工作中出现的问题，从接地电阻测量的原理入手，提出几种测试方法和注意事项，以指导检测人员正确测量接地电阻，提高防雷检测机构的检测能力，增强检测人员的技术水平。关键词：防雷；接地电阻；检测方法；注意事项
１接地电阻的构成与原理
接地装置的接地电阻等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。按通过接地体流入地中冲击电流（如雷电流）求得的接地电阻称为冲击电阻；按通过接地体流入地中工频电流求得的接地电阻称为工频接地电阻。
接地电阻由下面４部分组成：（１）接地体与接闪器的连接电阻；（２）接地体本身的电阻；
（３）接地体与土壤的接触电阻；（４）接地体周围土壤的体积电阻。其中（３）、（４）两部分之和称为散流电阻，它们占接地电阻的绝大部分。
接地电阻还与接地网的方法、接地体的形状大小、土壤的结构成分及湿度有关。当不同频率的电流通过地线时，地线的接地电阻是不同的。当直流电流通过时，接地体与土壤接触处的接触电阻由于电化作用而变大，进而使接地电阻变大；当低频电流通过时，接地电阻的数值比较稳定，所以测量接地电阻的仪表大多采用低频交流电源是适宜的。
２．１接地网的接地电阻测量
见图１，接地电阻测量仪的Ｅ端应接在地网的边缘上，ＥＣ的延长线要通过地网的中心Ｇ点。当地网的最大外径为Ｄ时，取Ｅ点到电流探针Ｃ点的距离Ｄｅｃ为２．５～５Ｄ时，才有可能
得到较明显的水平段接地电阻测试曲线。当受到测量现场各种因素的限制，如建筑物、街道等障碍物，Ｅ点到电流探针的距离Ｄｅｃ达不到２．５～５Ｄ时，就测不出具有水平段的接地电阻曲线，只能得到有转折点Ｒｏ的接地电阻曲线。当Ｒｏ点很难确定
Ｃ点适时，可以从ＥＣ连线的中点引ＥＣ的垂线，在此垂线距Ｅ、
当的地方作为Ｐ点进行测量，也可得到较为明确的Ｒｏ值。在日常测量中，很少遇到独立接地体的接地电阻测量，绝大部分是接地网的测量。
２检测技术与方法
测量防雷设施的接地电阻时，经常会发现一个现象，接地测试钎布置的位置不同会得到不同的地阻值。对此，我们以“４１０２”型接地电阻测试仪做了详细的实验，对同一接地装置进行不同测量方式的对比。
图１接地网接地电阻测量原理
２．２接地电阻测量方法
目前，我国规定的方法有三种，①远离法；②补偿法；③三
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
３预防负摩阻力措施及建议
在分布有大面积欠固结土层地区，使用预应力管桩时应考虑桩侧负摩阻力对桩承载力及沉降的影响，建议将负摩阻力作为附加下拉荷载进行桩的承载力设计。当持力层刚硬时，这时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。当桩持力层为可压缩性土时，这时应计算负摩阻力引起的下拉荷载，并验算桩的承载力（桩身和土）。
为预防对可能出现负摩阻力的桩基，宜按下列原则设计：（１）对于填土建筑场地，先填土并保证填土的密实度，待填土地面沉降基本稳定后成桩；
（２）对于地面大面积堆载的建筑物，采取预压等处理措施，减少堆载引起的地面沉降；
（３）对位于中性点以上的桩身进行处理，以减少负摩阻力；（４）对于自重湿陷性软弱土地基，采用强夯、挤密土桩或高压喷射注浆法、水泥搅拌桩等先行处理，消除上部或全部土层的自重湿陷性；
（５）采用其他有效而合理的措施。如对桩身涂以处理后的沥青、油漆等措施，可以改变桩土接触表面摩阻性能而减少负
摩阻力；或者适当加强承台间地梁的强度、刚度及上部结构的
整体刚度等。
４结束语
综上所述，在欠固结土层发育的地区，均存在产生负摩阻力的可能，对于选用摩擦桩型的基础建筑，在岩土勘察及设计时，应重视负摩阻力的影响，预防消除安全隐患。负摩擦力的确定是一个比较复杂的问题，目前对于负摩擦力的确定仍处于探索阶段，有许多问题还有待进一步探索研究。■参考文献
［１］土力学与基础工程．２００１（８）．［２］工程地质手册（第三版）．
［３］建筑桩基技术规范（ＪＧＪ９４－９４）．
［４］岩土工程勘察规范（ＧＢ５００２１－２００１）．
［５］建筑地基基础设计规范（ＤＢＪ１５－３１－２００３）．
（作者单位：广东省工程勘察院）
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