CN105178310A - 一种摩擦桩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种摩擦桩及其施工方法，具体涉及一种能充分发挥基桩上、下部侧摩阻力与端阻力的大直径超长摩擦桩。本发明提供的一种摩擦桩，该摩擦桩包括上桩、下桩及设于上桩和下桩之间的隔断模板；上桩底部为环状斜截体；下桩包括由上至下依次连接的传力结构段、变截面结构段及承载结构段；上桩套设于传力结构段的外侧，上桩钢筋笼的底部与变截面结构段配合，且上桩与传力结构段间设有隔断模板。在桩顶沉降量满足上部结构变形要求的前提下，能充分发挥全桩长侧摩阻力与桩端阻力的承载性能，从而提高摩擦桩的整体承载力，且在相同上部载荷下，所需桩长或桩径更小且能有效地控制桩顶的沉降变形，进而降低工程造价。

Description

一种摩擦桩及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种摩擦桩及其施工方法，具体涉及一种能充分发挥基桩上、下部侧摩阻力与端阻力的大直径超长摩擦桩。

背景技术

随着高层、超高层与大跨桥梁等大型工程的建设，大直径超长基桩因其具有承载力高、变形小等优点而被广泛用作该类工程的基础。根据《建筑基桩技术规范》(JGJ94-2008)，大直径超长基桩需满足以下条件：D≥800mm，L≥50m，L/D≥50，D为基桩直径，L为基桩总长。当前，现有大量的理论研究与工程实践均表明，超长基桩的承载变形机理、桩侧阻力和桩端阻力的发挥性状均与普通基桩存在很大的差别，根据常规分析方法设计得到的大直径超长基桩，在实际工程应用中通常不能有效发挥其承载性能，从而对建设成本造成了一定程度的浪费。因此，有必要在传统基桩设计计算方法基础上，提出大直径超长桩新的结构形式及其设计计算、施工与质量控制等方法，使其能充分发挥大直径超长桩的承载性能。

目前，建筑工程基桩一般主要承受上部结构施加的载荷，即基桩顶部施加的竖直向下的载荷，由于大直径超长桩上部土层与下部土层的桩土相对位移差别较大，当基桩上部的侧摩阻力达到峰值时，基桩下部的侧摩阻力可能还没有充分发挥，造成基桩上、下部侧摩阻力的发挥不具有同步性。究其原因主要为：基桩上部承受的载荷较大，桩土相对位移大，基桩上部的侧摩阻力发挥充分；而基桩下部受到的载荷相对较小，桩土相对位移小，基桩下部的侧摩阻力不能充分发挥或尚未发挥。此外，桩端阻力充分发挥所需桩端沉降一般为基桩直径的5％左右，对于大直径超长桩，该值远大于桩侧摩阻力充分发挥所需要的桩土相对位移量，因此，基桩侧摩阻力与端阻力的发挥也不是同步的。另外，当基桩的长度超过一定范围时，在基桩顶部载荷作用下，基桩上部由于桩土相对位移较大，基桩侧摩阻力会出现软化现象，造成基桩上部承载力逐渐降低，而伴随基桩顶部沉降量的增加，基桩上部的侧摩阻力软化区域将逐渐向基桩下部发展，使基桩下部的侧摩阻力发挥程度增加，基桩下部的承载力增加，而基桩顶部的沉降量在不断持续增大，在基桩整体承载力满足要求的前提下因其顶部沉降量过大而使其失效，此时，基桩上部承载力达到极限值或进入软化承载阶段，基桩下部承载力尚未完全发挥。针对大直径超长桩存在的上述承载变形特性，有必要提出大直径超长桩新的结构形式及其设计计算与施工等方法，使桩顶沉降量在满足上部结构变形要求的前提下，能够充分发挥基桩上、下部的承载特性，进而降低工程造价，节约社会资源。

因此，针对以上不足，本发明提供了一种摩擦桩及其施工方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决通过现有的分析方法设计得到的大直径超长桩基不能完全发挥其承载性能而造成建筑成本浪费，且现有桩基为一体式的设计方法造成的桩基自身上、下部侧摩阻力之间及侧摩阻力与端阻力之间发挥不同步，从而引起桩基上部达到承力极限而下部承力未完全发挥的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种摩擦桩，该摩擦桩包括上桩、下桩及设于上桩和下桩之间的隔断模板，所述上桩为钢筋笼混凝土结构的管桩，所述隔断模板包括外层隔断模板和内层隔断模板；

所述上桩的钢筋笼包括上桩主筋，所述上桩的顶部通过向上延伸的上桩主筋与承台或梁、柱浇筑连接，所述上桩底部为环状斜截体；所述下桩包括由上至下依次连接的传力结构段、变截面结构段及承载结构段，所述下桩的顶部通过向上延伸的下桩主筋与所述承台或梁、柱浇筑连接；所述上桩套设于所述传力结构段的外侧，所述上桩钢筋笼的底部与所述变截面结构段配合，且所述上桩与所述传力结构段间设有外层隔断模板和内层隔断模板。

其中，所述外层隔断模板与内层隔断模板设有向外弯折的折弯部，所述折弯部位于所述上桩底部的环状斜截体和变截面结构段之间。

其中，所述上桩底部环状斜截体、所述外层隔断模板与内层隔断模板的折弯部及所述变截面结构段的斜度一致。

其中，所述内层隔断模板绕设于所述传力结构段和变截面结构段的外侧；所述外层隔断模板绕设于所述上桩的内侧。

其中，所述外层隔断模板和内层隔断模板间涂有润滑材料或贴有光滑材料。

其中，所述上桩的钢筋笼内设置有箍筋和加强筋；下桩的钢筋笼内设置有箍筋和加强筋。

其中，所述上桩的顶部向上延伸的上桩主筋和下桩的顶部向上延伸的下桩主筋均设置有箍筋。

其中，所述上桩顶部向上延伸的上桩主筋和下桩顶部向上延伸的下桩主筋均为向外或向内的喇叭口形；所述承载结构段的直径与所述上桩的外径相同。

本发明另一方面还提供了一种摩擦桩的施工方法，包括如下操作步骤：

S1、根据传力结构段、变截面结构段及承载结构段的结构形式制作下桩钢筋笼；

S2、将多块条状板依次绑扎在下桩的传力结构段、变截面结构段的钢筋笼上以围成内层隔断模板；

S3、根据上桩的结构形式制作上桩钢筋笼，在上桩钢筋笼的底部设置环状斜截体，且使环状斜截体的斜度与所述变截面结构段的斜度相一致；

S4、将多块条状板依次绑扎在上桩钢筋笼的内侧以围成外层隔断模板；

S5、通过基桩施工方法对地基土层进行摩擦桩成孔及清孔作业得到桩孔；

S6、首先将带有内层隔断模板的下桩钢筋笼固定安放在步骤S5中的桩孔中，其次将带有外层隔断模板的上桩钢筋笼套设于下桩钢筋笼的传力结构段和变截面结构段上，且使内层隔断模板与外层隔断模板相配合；

S7、通过基桩混凝土浇筑方法对摩擦桩进行浇筑作业，首先浇筑下桩的承载结构段及变截面结构段的混凝土，其次浇筑上桩的混凝土和下桩传力结构段的混凝土，最后使上桩、下桩混凝土的顶端保持相同的速度进行浇筑。

其中，在步骤S7中，所述基桩混凝土浇筑方法为干孔浇筑或水下浇筑；保持上桩的顶端高于下桩混凝土的顶端进行浇筑；上桩和下桩混凝土的顶端同时浇筑的速度应根据上、下桩的截面尺寸与输送混凝土的导管尺寸进行确定。

其中，摩擦桩的施工方法还包括步骤S8，破除步骤S7中浇筑的上桩顶面和下桩顶面中的混凝土残渣。

其中，摩擦桩的施工方法还包括步骤S9，将所述上桩的顶部通过向上延伸的上桩主筋和下桩的顶部通过向上延伸的下桩主筋弯折成喇叭口形，以便与承台或梁、柱浇筑连接。

其中，采用基桩质量控制方法对所述摩擦桩进行施工质量控制，所述上桩的成桩质量控制方法为钻芯法、低应变法和高应变法；所述下桩的成桩质量控制方法为钻芯法、低应变法、高应变法和声波透射法。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的一种摩擦桩，该摩擦桩包括上桩、下桩及设于上桩和下桩之间的隔断模板，上桩底部为环状斜截体；下桩包括由上至下依次连接的传力结构段、变截面结构段及承载结构段；上桩套设于传力结构段的外侧，上桩钢筋笼的底部与变截面结构段配合，且上桩与传力结构段间设有隔断模板。这种上、下桩的分体式设计使得基桩顶部沉降量在满足工程要求时，能充分调动摩擦桩上、下部的桩土相对位移，发挥全桩长侧摩阻力与端阻力的承载性能，从而提高摩擦桩的整体承载力，且在相同上部载荷作用下，通过上桩和下桩的传力结构段、变截面结构段及承载结构段，使得所需桩长或桩径更小且能有效地控制其顶部的沉降变形，进而降低了摩擦桩的工程造价，节约了社会资源。

附图说明

图1是本发明实施例摩擦桩的结构示意图；

图2为图1中Ⅰ-Ⅰ的剖面图；

图3为图1中Ⅱ-Ⅱ的剖面图；

图4为本发明实施例摩擦桩的下桩钢筋笼和内层隔断模板的结构分布示意图；

图5为本发明实施例摩擦桩的上桩钢筋笼和外层隔断模板的结构分布示意图；

图6为本发明实施例摩擦桩的固定安装示意图；

图7为本发明实施例摩擦桩的浇筑步骤示意图；

图8为试桩Z1和试桩Z2的侧摩阻力分布曲线；

图9为试桩Z1和试桩Z2的桩顶载荷—沉降的实测与计算曲线。

图中：1：上桩；2：上桩主筋；3：传力结构段；4：变截面结构段；5：下桩主筋；6：箍筋；7：承载结构段；8：加强筋9：外层隔断模板；10：内层隔断模板；15：桩孔；16：上层粘土；17：下层粘土；18：传统结构形式试桩Z1的桩侧摩阻力分布曲线；19：新结构形式试桩Z2的桩侧摩阻力分布曲线；20：试桩Z2的桩顶载荷—沉降计算曲线；21：试桩Z2的桩顶载荷—沉降实测曲线；22：试桩Z1的桩顶载荷—沉降实测曲线；23：试桩Z1的桩顶载荷—沉降计算曲线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本实施例中，以某工程桩基为例对摩擦桩的施工方法加以说明。某工程桩的主要参数为：原基础设计采用钻孔灌注桩，设计要求单桩竖向承载力为4000kN，试桩Z1桩径1.5m，桩长50m；地基土体分为两层，上层粘土16为淤泥质粘土，厚15m，粘聚力为16.8kPa，摩擦角为8.6°，压缩模量为6.1MPa，侧摩阻力特征值为20kPa；下层粘土17为粉质粘土，厚75m，粘聚力为44.8kPa，摩擦角为12.6°，压缩模量为8.8MPa，侧摩阻力特征值为48kPa，端阻力特征值为1000kPa；桩侧土体泊松比为0.35，桩身混凝土强度等级为C40，桩身混凝土初始弹性模量E₀为30GPa，根据本发明的设计方法计算可得桩身几何参数为：上桩l的桩长为17.5m，下桩承载结构段7的长度为24.5m，上桩外径D_外为1.5m，内径D_内为1.0m，下桩传力结构段3的直径D为0.9m。

具体的设计方法如下：其主要特征在于根据不同工程地质条件下桩侧摩阻力与端阻力的性状，确定上、下桩桩土间侧摩阻力传递函数，根据上、下桩共同承载与变形协调的原理建立方程组，通过优化分析确定桩径、桩长、壁厚与配筋等工程设计参数。

(1)确定上、下桩的共同承载关系

上、下桩与承台或梁、柱浇筑或梁、柱刚性连接，共同承担上部结构产生的竖向载荷F，根据力的平衡关系可知：

F＝F_上+F_下

式中，F_上为上桩1分担的竖向载荷；F_下为下桩分担的竖向载荷。

F_上与上桩桩侧摩阻力传递函数τ₁(z)有关，其应与l_上的内桩侧摩阻力之和相等，即：

式中，l_上为上桩桩长，计入了上桩底部环状斜截体的长度；u_上为上桩的外径周长，u_上＝πD_外，D_外为上桩的外径；计入了上桩底部环状斜截体承受的桩侧摩阻力。

F_下与下桩承载结构桩侧摩阻力传递函数τ₂(z)及桩端土体承载变形特性有关，其应与l_下范围内桩侧摩阻力以及桩端阻力P下之和相等，即：

式中，l_下为下桩承载结构段7的长度；u_下为下桩承载结构段7的外径周长，下桩中承载结构段7的外径与D_外相同；l为整根摩擦桩的长度且忽略隔断模板的厚度；P_下为下桩桩端阻力，满足：

P_下＝απ(D_外/2)²f_a(s_下端)

式中，α为下桩端阻力修正系数，考虑摩擦桩清底程度、桩端阻力的发挥程度等因素综合确定；f_a(s_下端)为下桩桩端阻力传递函数，其与下桩桩端沉降量s_下端有关，可根据勘察报告综合确定；D_外为上桩的外径，下桩承载结构的直径与此相同。

桩侧摩阻力传递函数τ₁(z)、τ₂(z)与桩端阻力传递函数f_a(s_下端)应根据桩侧与桩端土体的物理力学性质进行综合确定，获得各自对应的函数分布形式以及关键参数的取值，以便进行计算分析。

(2)确定上、下桩的变形协调关系

若已知摩擦桩桩侧土体与桩端土体的力学特性参数：桩侧摩阻力传递函数τ(z)与桩端阻力传递函数f_a(s)、桩体刚度EI等物理量，则摩擦桩的桩顶沉降变形S可表示成桩顶竖向载荷F、桩长l、桩径D等参数的函数，即：

S＝f(F，l，D，EI，τ(z)，f_a(s)，…)

对于上、下桩共同承载的大直径超长摩擦桩，在载荷F的作用下，上桩1的桩顶沉降变形S_上为桩长l_上范围内桩土相对位移的累计值与上桩弹性压缩变形之和，即：

S_上＝f(F_上，l_上，D_内，D_外，EI，τ₁(z)，…)

上桩桩土相对位移与桩体弹性压缩量的具体计算公式可参考现有大直径摩擦桩承载力与变形计算方法。

在载荷F_下作用下，下桩桩顶沉降变形S_下为下桩承载结构l_下范围内桩土相对位移的累计值与下桩l_下范围内桩体弹性压缩变形以及桩端沉降变形之和，即：

S_下＝f(F_下，l_下，l_上，l_变，D_外，D_传力，EI，τ₂(z)，f_a(s_下端)，…)

式中，l_变为下桩中变截面结构段4的长度；D_传力为下桩中传力结构段3的直径。

下桩承载结构桩土相对位移、下桩弹性压缩量以及桩端沉降量的具体计算公式同样可参考现有大直径摩擦基桩承载力与变形计算方法。

对于上、下桩共同承载的大直径超长摩擦桩，在上部竖向载荷作用下，上、下桩的变形协调关系为：

S_上＝S_下

根据大直径超长摩擦桩上、下桩共同承载与变形协调建立的关系式进行摩擦桩设计计算，在通过工程勘察获得土体物理力学参数基础上尚需确定上桩外径D_外、内径D_内、上桩的桩长l_上、下桩变截面结构段的长度l_变、下桩承载结构段7的长度l_下、下桩传力结构段3的直径D_传力等摩擦桩几何参数，在保证摩擦桩承载变形特性满足要求的前提下，应使建设成本最低，其对应的优化求解函数为：

minCost(D_外,D_内,D_传力,l_上,l_下,…)

S_上＝S_下

l＝l_上+l_下

D_外-D_内＝40cm～80cm

D_内-D_传力＝4cm

根据上述公式进行优化求解可得摩擦桩的几何参数，包括l_上、l_下、D_内、D_外、D_传力及上、下桩承担的载荷F_上与F_下；然后，基于钢筋混凝土设计基本理论可确定上、下桩的配筋。

根据上述分析可知，若采用本发明中的新结构形式试桩Z2，其具体设计参数为：

上桩1为现浇钢筋混凝土厚壁空心管桩，桩长为17.5m，其外径为1.5m，内径为1.0m，壁厚25cm；上桩底部为高50cm的环状斜截体，与内、外层厚均为1cm的双层隔断模板接触，进而与下桩接触，其顶部进入承台浇筑10cm，并通过向外扩展15°的长100cm的喇叭口形上桩主筋2与承台浇筑相连。

下桩为变截面结构，其由传力结构段3、变截面结构段4与承载结构段7组成，其中，传力结构段3的直径为0.9m，长17m，置于上桩1内部，与上桩1通过内、外层厚均为1cm的双层模板隔断，其顶部通过向外扩展15°的长100cm的喇叭口形下桩主筋5与承台浇筑相连，其底部通过50cm高的变截面结构4与承载结构段7相连；下桩的变截面结构段4为从传力结构段3底部向外按45°扩展的高50cm的钢筋混凝土圆台；下桩承载结构段7的直径为1.5m，长度为24.5m。

上、下桩之间的隔断模板为单层厚1cm的内、外套筒形式的双层光面竹胶板。

传统结构形式试桩Z1采用传统方法进行施工，采用16根Φ25mm的主筋和Φ8@200mm的螺旋箍筋，每间隔2m交错布设Φ25mm的三角形加强筋。

如图1-图9所示，本发明实施例提供的一种摩擦桩，该摩擦桩包括上桩1、下桩及设于上桩1和下桩之间的隔断模板，分为上桩1和下桩的目的主要是为了充分发挥基桩上、下部桩的侧摩阻力与桩端阻力，上桩1为钢筋混凝土管桩，且管桩为混凝土浇筑的厚壁空心桩，隔断模板为双层模板，即包括外层隔断模板9和内层隔断模板10；

上桩1的钢筋笼包括上桩主筋2，上桩1的顶部通过向上延伸的上桩主筋2与承台浇筑连接，上桩1钢筋笼的底部为环状斜截体；下桩包括由上至下依次连接的传力结构段3、变截面结构段4及承载结构段7，下桩的顶部通过向上延伸的下桩主筋5与承台浇筑连接；上桩1套设于传力结构段3的外侧，上桩1钢筋笼的底部与变截面结构段4配合，且上桩1与传力结构段3间设有外层隔断模板9和内层隔断模板10。其中，下桩的传力结构段3位于变截面结构段4的上部(即图1中A-A截面的以上部分)，置于上桩1即现浇钢筋混凝土厚壁空心管桩的内部，并与上桩1通过外层隔断模板9套设连接，其顶部通过下桩主筋5与承台或梁、柱浇筑相连接。

通过上桩1底部的环状斜截体与变截面结构段4配合，且上桩1与传力结构段3间设有外层隔断模板9和内层隔断模板10。在摩擦桩顶部的沉降量满足上部结构要求的前提下，能充分调动摩擦桩上、下部的桩土相对位移，发挥全桩长的侧摩阻力与桩端阻力承载性能，从而提高摩擦桩的整体承载力，且在相同上部载荷作用下，所需桩长或桩径更小且能有效地控制其桩顶部的沉降变形，进而降低摩擦桩的工程造价，节约了社会资源。

进一步地，外层隔断模板9与内层隔断模板10设有向外弯折的折弯部，折弯部位于上桩1底部的环状斜截体和变截面结构段4之间，优选地，本实施例中外层隔断模板9与内层隔断模板10的厚度均为1cm。

上桩1底部环状斜截体的斜度、外层隔断模板9与内层隔断模板10的折弯部及变截面结构段4的斜度一致，即上桩1钢筋笼的底部依次与外层隔断模板9和内层隔断模板10的折弯部配合连接。

内层隔断模板10连接于传力结构段3和变截面结构段4的外侧；外层隔断模板9连接于上桩1的内部，即上桩1套设在下桩上，且上桩1通过外层隔断模板9和内层隔断模板10与下桩配合连接。

优选地，外层隔断模板9和内层隔断模板10间贴有光滑材料，即外层隔断模板9和内层隔断模板10的接触面为光面，以减小其摩擦阻力。

上桩1钢筋笼内设置有箍筋6，且上桩1的钢筋笼中设置有加强筋8，通过设有加强筋8增强上桩1钢筋笼的强度性能。

下桩钢筋笼中的传力结构段3内设置有箍筋6，且传力结构段3内设置有加强筋8；变截面结构段4内设置有箍筋6，设于变截面结构段4内部的下桩主筋5按预设角度向外弯折，且变截面结构段4内还设置有加强筋8，变截面结构段4为自传力结构段3的底部向外按预设角度扩展的钢筋混凝土圆台，预设角度为45°向外扩展，变截面结构段4的底部与承载结构段7相连，其内部的下桩主筋5按45°弯折；承载结构段7内设置有箍筋6，通过设置箍筋6和加强筋8提高了下桩钢筋笼的强度性能。

上桩1的顶部通过向上延伸(即基线之上的部分)的上桩主筋2和下桩的顶部通过向上延伸(即基线之上的部分)的下桩主筋5设置有箍筋6，通过设置箍筋6加强了上桩主筋2和下桩主筋5与承台浇筑的连接，增大了桩基使用过程中的安全性能。

上桩1顶部向上延伸的上桩主筋2和下桩顶部向上延伸的下桩主筋5均为喇叭口形，且喇叭口形的开口方向为向外，设置喇叭口形有利于承台向基桩传递载荷；承载结构段7的底部为摩擦桩的桩端持力层，且承载结构段7的直径与上桩1的外径相同，这样有利于基桩的开挖施工，且有利于下桩能通过传力结构段3传递部分上部载荷，使下桩的承载结构段7发生桩土相对位移，进而使其侧摩阻力达到极限状态，如此达到充分发挥桩端阻力的目的。

本发明另一方面还提供了一种摩擦桩的施工方法，包括如下操作步骤：

S1、根据传力结构段3、变截面结构段4及承载结构段7的结构形式制作下桩钢筋笼；下桩钢筋笼中的传力结构段3、变截面结构段4及承载结构段7的主筋数量应相同，且在圆周内均匀布置，主筋在变截面结构部位应按30°至45°角向外侧弯折，间隔一定距离布设加强筋(间距一般为2～3m)与箍筋，变截面结构部位的加强筋间距应加密(一般可取0.3～0.5m)，下桩主筋保护层厚度可取6cm，钢筋笼采用现有方法进行绑扎，具体如图4所示。

优选地，在本实施例中，传力结构段3、变截面结构段4及承载结构段7的钢筋笼均采用10根Φ25的主筋，且在圆周内均匀布置，下桩主筋5在高50cm的变截面结构段4部位应按45°向外侧弯折，传力结构段3与承载结构段7均间隔2m交错布设Φ25的三角形加强筋8，变截面结构段4部位间隔0.3m布置环状加强筋8，螺旋箍筋直径均为8mm，间距为200mm，下桩主筋5的保护层厚度为6cm，钢筋笼采用现有方法进行绑扎。

S2、将多块条状板依次绑扎在下桩的传力结构段3、变截面结构段4的钢筋笼上以围成内层隔断模板10；隔断模板为内外双层结构形式，根据传力结构段3和变截面结构段4的设计尺寸确定内层隔断模板的尺寸，隔断模板可采用1～2cm厚的压胶板或竹胶板，将其切割成条后采用Φ6的钢筋固定于下桩钢筋笼上，并按一定间距在隔断模板与下桩主筋5间设置垫块，内层隔断模板10的外侧涂抹润滑材料或粘贴光滑材料，以减小内外层隔断模板间的摩擦力。

优选地，在本实施例中，隔断模板采用1cm厚的光面竹胶板，将其切割成宽30cm、高2m的条带，采用间距为1m的Φ6钢筋固定于下桩钢筋笼上，并按2m间距在隔断模板与下桩主筋5间设置6cm厚的砂浆垫块。

S3、根据上桩1的结构形式制作上桩钢筋笼，在上桩钢筋笼的底部设置环状斜截体，且使环状斜截体的斜度与所述变截面结构段4的斜度相一致；上桩钢筋笼应在圆周内均匀布置，并间隔一定距离设置有加强筋8(间距一般为2～3m)与箍筋6，环状斜截体部位的加强筋间距应加密(一般可取0.3～0.5m)；上桩主筋2保护层厚度为6～10cm，上桩主筋2的底部主筋应按135°角向内侧弯折，并延伸至A-A截面以上100～200cm或直至桩顶，如图5所示。

优选地，在本实施例中，上桩钢筋笼为12根Φ25mm的上桩主筋2在圆周内均匀布置，间隔2m布设Φ25mm的环状加强筋8，环状斜截体部位的加强筋间距为0.3m；上桩主筋2设置在外侧以内8cm壁厚处，即保护层厚度为8cm，上桩主筋2的底部主筋应按135°角向内侧弯折，并延伸至A-A截面以上100cm，其内侧保护层厚15cm，螺旋箍筋直径为8mm。

S4、将多块条状板依次绑扎在上桩1的钢筋笼的内侧以围成外层隔断模板9；隔断模板可采用1～2cm厚的压胶板或竹胶板，将其切割成条后采用Φ6mm的钢筋固定于上桩钢筋笼上，并按一定间距在隔断模板与上桩主筋2间设置垫块。

优选地，在本实施例中，隔断模板采用1cm厚的光面竹胶板，将其切割成宽30cm、高2m的条带，采用间距为1m的Φ6mm钢筋固定于上桩钢筋笼上，并按2m间距在隔断模板与上桩主筋2间设置6cm厚的砂浆垫块。

S5、通过基桩施工方法对地基土层进行摩擦桩成孔及清孔作业得到桩孔15；本实施例中，采用旋钻钻机进行基桩成孔、清孔作业。

S6、首先将带有内层隔断模板10的下桩钢筋笼固定安放在步骤S5中的桩孔15中，其次将带有外层隔断模板9的上桩钢筋笼套设于下桩钢筋笼的传力结构段3和变截面结构段4上，且使内层隔断模板10与外层隔断模板9相配合，如图6所示；在本实施例中，采用现有钢筋笼安放方法首先放置上部绑扎内层隔断模板10的下桩钢筋笼；然后，放置绑扎外层隔断模板9的上桩钢筋笼；最后，固定上、下桩的钢筋笼，钢筋笼的具体施工方法与控制标准与常规基桩相同。

S7、通过基桩混凝土浇筑方法对摩擦桩进行浇筑作业，首先浇筑下桩的变截面结构段4及承载结构段7的混凝土，其次浇筑上桩1的混凝土和下桩传力结构段3的混凝土，最后对上桩1、下桩混凝土的顶端保持相同的速度进行浇筑；浇筑过程中为保证均匀性应采用2至4个直径10cm导管进行上桩1的浇筑。

其中，在步骤S7中，所述基桩混凝土浇筑方法为干孔浇筑或水下浇筑；具体的浇筑方式如图7所示，上桩1和下桩混凝土的顶端同时浇筑的速度应根据上、下桩的截面尺寸与输送混凝土的导管尺寸进行确定，即在最后同时浇筑上、下桩混凝土时，应保持相同的增速，且混凝土浇筑速度应根据上、下桩截面尺寸与导管尺寸进行计算确定。

本实施例中，采用水下混凝土浇筑方法首先浇筑承载结构段7及变截面结构段4的粗骨料混凝土，并使混凝土顶面达到A-A截面之上1m；然后，浇筑上桩1的细骨料混凝土，使其达到下桩混凝土顶面以上1m，浇筑过程中为保证均匀性选用3个直径10cm导管进行上桩1的浇筑；最后，使上、下桩混凝土顶面保持相同的增速进行浇筑，直至基桩顶面。

其中，摩擦桩的施工方法还包括步骤S8，破除步骤S7中浇筑的上桩1顶面和下桩顶面中的混凝土残渣，以保准施工质量。

其中，摩擦桩的施工方法还包括步骤S9，将所述上桩1的顶部通过向上延伸的上桩主筋2和下桩的顶部通过向上延伸的下桩主筋5弯折成喇叭口形，以便与承台或梁、柱浇筑连接，即将设于桩基顶部与承台或梁、柱浇筑间的上桩主筋2和下桩主筋5向外或向内弯折成喇叭口形，以便与承台或梁、柱浇筑连接。在本实施例中，设于桩基顶部与承台浇筑连接的上桩主筋2和下桩主筋5长为100cm，将100cm的上桩主筋2和下桩主筋5分别向外弯折15°成喇叭口形，并与承台浇筑连接。

其中，采用基桩质量控制方法对所述摩擦桩进行施工质量控制，所述上桩的成桩质量控制方法为钻芯法、低应变法和高应变法；所述下桩的成桩质量控制方法为钻芯法、低应变法、高应变法和声波透射法，需要注意的是：对摩擦桩的成桩质量进行检测时应分别对上桩1、下桩进行测试，且均可采用钻芯法、低应变法与高应变法，而声波透射法仅适用于下桩的成桩质量检测，且仅能对传力结构段3直径范围内的混凝土质量进行检测，上述检测方法的操作规程可参考现有相关规范。

基桩施工完成后分别对Z1试桩、Z2试桩进行静载试验，根据静载试验与计算分析结果可知，传统摩擦桩的桩侧摩阻力分布曲线18与上、下部分共同承载的大直径超长摩擦桩侧摩阻力分布曲线19如图8所示，图8中X轴指代侧摩阻力τ(单位为kPa)，Y轴指代摩擦桩的长度l(单位为m)。l_上指代上桩1的桩长，当Z1试桩的上部侧摩阻力达到极限值τ_su时，下部土层的侧摩阻力因桩土相对位移较小而发挥滞后，侧摩阻力随深度递减，基桩端部的侧摩阻力τ_r较小；而Z2试桩由于桩身上、下部共同承载，可充分发挥桩身下部的侧摩阻力，使桩身上、下部侧阻力近乎同时达到极限侧摩阻力，同时提高了基桩端部的侧摩阻力τ′_r，有效地提高了桩基整体承载能力，避免了资源的浪费。

Z1试桩、Z2试桩的桩顶载荷—沉降的实测与计算曲线如图9所示，图9中的X轴指代桩顶载荷(单位为kN)，Y轴指代桩顶沉降量(单位为mm)，图9中分别为试桩Z2的桩顶载荷—沉降计算曲线20、试桩Z2的桩顶载荷—沉降实测曲线21、试桩Z1的桩顶载荷—沉降实测曲线22、试桩Z1的桩顶载荷—沉降计算曲线23，通过对曲线的分析，可知上、下部共同承载的大直径超长摩擦桩的基桩承载力明显高于普通桩。

本发明的一种摩擦桩及其施工方法的具体工作过程，即摩擦桩的施工方法的作业步骤为：根据传力结构段3、变截面结构段4及承载结构段7的结构形式及设计计算结果制作下桩钢筋笼，包括下桩主筋5、箍筋6和加强筋8；根据传力结构段3和变截面结构段4的设计尺寸确定并制作内层隔断模板10的尺寸；根据上桩1管桩的结构形式及设计计算结果制作上桩钢筋笼，包括上桩主筋2、箍筋6和加强筋8；根据上桩内径的设计尺寸确定并制作外层隔断模板9的尺寸；通过基桩施工方法对地基土层进行摩擦桩成孔及清孔作业得到桩孔15；摩擦桩安放步骤，首先放置安装带有内层隔断模板10的下桩钢筋笼，其次放置安装带有外层隔断模板9的上桩钢筋笼，最后同时安装固定下桩钢筋笼和上桩钢筋笼；摩擦桩浇筑步骤，首先浇筑下桩的承载结构段7及变截面结构段4的混凝土，其次浇筑上桩1的混凝土，最后同时浇筑上桩1和下桩的混凝土并保持相同的增速进行；破除上桩桩顶混凝土残渣与最先浇筑的传力结构段7顶部的混凝土残渣；处理位于摩擦桩顶部的上桩主筋2和下桩主筋5，即将上桩主筋2和下桩主筋5向外或向内弯折成喇叭口形，以便与承台浇筑连接。

上述实施例中，上桩主筋2和下桩主筋5也可以根据实际情况与梁或柱进行浇筑连接。

综上所述，本发明提供了一种摩擦桩，该摩擦桩包括上桩、下桩及设于上桩和下桩之间的隔断模板，上桩钢筋笼的底部为环状斜截体；下桩包括由上至下依次连接的传力结构段、变截面结构段及承载结构段；上桩套设于传力结构段的外侧，上桩钢筋笼的底部与变截面结构段配合，且上桩与传力结构段间设有隔断模板。这种上、下桩的分体式设计使得在桩顶部的沉降量满足要求时，能充分调动摩擦桩上、下部的桩土相对位移，发挥全桩长的侧摩阻力与桩端阻力承载性能，从而提高摩擦桩的整体承载力，且在相同上部载荷作用下，通过传力结构段、变截面结构段及承载结构段，使得所需桩长或桩径更小且能有效地控制其桩顶部的沉降变形，进而降低了摩擦桩的工程造价，节约了社会资源。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种摩擦桩，其特征在于：包括上桩(1)、下桩及设于上桩(1)和下桩之间的隔断模板，所述上桩(1)为钢筋笼混凝土结构的管桩，所述隔断模板包括外层隔断模板(9)和内层隔断模板(10)；

所述上桩(1)的钢筋笼包括上桩主筋(2)，所述上桩(1)的顶部通过向上延伸的上桩主筋(2)与承台或梁、柱浇筑连接，所述上桩(1)底部为环状斜截体；所述下桩包括由上至下依次连接的传力结构段(3)、变截面结构段(4)及承载结构段(7)，所述下桩的顶部通过向上延伸的下桩主筋(5)与所述承台或梁、柱浇筑连接；所述上桩(1)套设于所述传力结构段(3)的外侧，所述上桩(1)钢筋笼的底部与所述变截面结构段(4)配合，且所述上桩(1)与所述传力结构段(3)及所述变截面结构段(4)间设有外层隔断模板(9)和内层隔断模板(10)。

2.根据权利要求1所述的摩擦桩，其特征在于：所述外层隔断模板(9)与内层隔断模板(10)设有向外弯折的折弯部，所述折弯部位于所述上桩(1)底部的环状斜截体和变截面结构段(4)之间。

3.根据权利要求2所述的摩擦桩，其特征在于：所述上桩(1)底部环状斜截体、所述外层隔断模板(9)与内层隔断模板(10)的折弯部及所述变截面结构段(4)的斜度一致。

4.根据权利要求3所述的摩擦桩，其特征在于：所述内层隔断模板(10)绕设于所述传力结构段(3)和变截面结构段(4)的外侧；所述外层隔断模板(9)绕设于所述上桩(1)的内侧。

5.根据权利要求4所述的摩擦桩，其特征在于：所述外层隔断模板(9)和内层隔断模板(10)间涂有润滑材料或贴有光滑材料。

6.根据权利要求1所述的摩擦桩，其特征在于：所述上桩(1)的钢筋笼内设置有箍筋(6)和加强筋(8)；所述下桩的钢筋笼内设置有箍筋(6)和加强筋(8)。

7.根据权利要求1所述的摩擦桩，其特征在于：所述上桩(1)的顶部向上延伸的上桩主筋(2)和下桩的顶部向上延伸的下桩主筋(5)均设置有箍筋(6)。

8.根据权利要求1所述的摩擦桩，其特征在于：所述上桩(1)顶部向上延伸的上桩主筋(2)和下桩顶部向上延伸的下桩主筋(5)均为向外或向内的喇叭口形；所述承载结构段(7)的直径与所述上桩(1)的外径相同。

9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的摩擦桩的施工方法，其特征在于：包括如下操作步骤：

S1、根据传力结构段(3)、变截面结构段(4)及承载结构段(7)的结构形式制作下桩钢筋笼；

S2、将多块条状板依次绑扎在下桩的传力结构段(3)、变截面结构段(4)的钢筋笼上以围成内层隔断模板(10)；

S3、根据上桩(1)的结构形式制作上桩钢筋笼，在上桩钢筋笼的底部设置环状斜截体，且使环状斜截体的斜度与所述变截面结构段(4)的斜度相一致；

S4、将多块条状板依次绑扎在上桩(1)钢筋笼的内侧以围成外层隔断模板(9)；

S5、通过基桩施工方法对地基土层进行摩擦桩成孔及清孔作业得到桩孔(15)；

S6、首先将带有内层隔断模板(10)的下桩钢筋笼固定安放在步骤S5中的桩孔(15)中，其次将带有外层隔断模板(9)的上桩钢筋笼套设于下桩钢筋笼的传力结构段(3)和变截面结构段(4)上，且使内层隔断模板(10)与外层隔断模板(9)相配合；

S7、通过基桩混凝土浇筑方法对摩擦桩进行浇筑作业，首先浇筑下桩的承载结构段(7)及变截面结构段(4)的混凝土，其次浇筑上桩(1)的混凝土和下桩传力结构段(3)的混凝土，最后使上桩(1)、下桩混凝土的顶端保持相同的速度进行浇筑。

10.根据权利要求9所述的摩擦桩的施工方法，其特征在于：在步骤S7中，所述基桩混凝土浇筑方法为干孔浇筑或水下浇筑；保持上桩(1)的顶端高于下桩混凝土的顶端进行浇筑；上桩(1)和下桩混凝土的顶端同时浇筑的速度应根据上、下桩的截面尺寸与输送混凝土的导管尺寸进行确定。

11.根据权利要求10所述的摩擦桩的施工方法，其特征在于：还包括步骤S8，破除步骤S7中浇筑的上桩(1)顶面和下桩顶面中的混凝土残渣。

12.根据权利要求11所述的摩擦桩的施工方法，其特征在于：还包括步骤S9，将所述上桩(1)的顶部向上延伸的上桩主筋(2)和下桩的顶部向上延伸的下桩主筋(5)弯折成喇叭口形，以与承台或梁、柱浇筑连接。

13.根据权利要求12所述的摩擦桩的施工方法，其特征在于：采用基桩质量控制方法对所述摩擦桩进行施工质量控制，所述上桩的成桩质量控制方法为钻芯法、低应变法和高应变法；所述下桩的成桩质量控制方法为钻芯法、低应变法、高应变法和声波透射法。