CN205077482U

CN205077482U - 一种摩擦桩的钢筋笼结构

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Publication number: CN205077482U
Application number: CN201520782612.0U
Authority: CN
Inventors: 张永杰; 杨兴山; 夏旖琪; 王桂尧; 李志强; 全鹏; 胡圣辉
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2015-10-10
Filing date: 2015-10-10
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2025-10-10

Abstract

本实用新型涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种摩擦桩的钢筋笼结构。本实用新型提供了一种摩擦桩的钢筋笼结构，包括上桩钢筋笼、下桩钢筋笼及设于上、下桩钢筋笼之间的隔断模板；下桩钢筋笼包括传力结构段、变截面结构段及承载结构段；上桩钢筋笼套设于传力结构段的外侧，基于这种上、下桩钢筋笼的分体式设计，经混凝土浇筑得到的上、下桩使得基桩顶部沉降量在满足要求时，能充分发挥全桩长桩侧摩阻力与桩端阻力的承载性能，且在相同上部载荷下，根据本实用新型的摩擦桩钢筋笼结构浇筑而成的摩擦桩，所需桩长更短或桩径更小且能有效地控制基桩顶部的沉降变形，进而降低了摩擦桩的工程造价，节约了社会资源。

Description

一种摩擦桩的钢筋笼结构

技术领域

本实用新型涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种摩擦桩的钢筋笼结构，具体涉及一种能充分发挥基桩上、下部的桩侧摩阻力与桩端阻力的大直径超长摩擦桩的钢筋笼结构。

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有很大的差别，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上的浪费。

当前应用在建筑工程领域的基桩主要承受上部结构施加的载荷，即在基桩顶部施加竖直向下的载荷，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。

针对现有的大直径超长桩存在上述承载变形特性，有必要提出大直径超长桩新的钢筋笼结构形式及其相应的基桩结构形式，使得基桩桩顶的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。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型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不能充分发挥其承载性能而造成的建筑成本浪费，且现有桩基一体式的结构形式造成摩擦桩桩身上、下部的桩侧摩阻力与桩端阻力发挥不同步，从而导致桩基上部达到承载力极限值而下部承力尚未充分发挥的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种摩擦桩的钢筋笼结构，该摩擦桩的钢筋笼结构包括上桩钢筋笼、下桩钢筋笼及设于上桩钢筋笼和下桩钢筋笼之间的隔断模板，所述上桩钢筋笼为管状结构，所述隔断模板包括外层隔断模板和内层隔断模板；

所述上桩钢筋笼包括上桩主筋，所述上桩钢筋笼的顶部设有向上延伸的上桩主筋以与承台或梁、柱浇筑连接，所述上桩钢筋笼的底部为环状斜截体；所述下桩钢筋笼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，所述下桩钢筋笼的顶部设有向上延伸的下桩主筋以与所述承台或梁、柱浇筑连接；所述上桩钢筋笼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，且所述上桩钢筋笼与所述传力结构段及所述变截面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钢筋笼底部的环状斜截体和所述变截面结构段之间。

其中，所述上桩钢筋笼底部环状斜截体的斜度、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。

其中，所述外层隔断模板绕设于所述上桩钢筋笼的内侧。

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，所述上桩钢筋笼内设置有箍筋和加强筋；所述下桩钢筋笼内设置有箍筋和加强筋。

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

其中，所述上桩钢筋笼顶部向上延伸的上桩主筋和下桩钢筋笼顶部向上延伸的下桩主筋均为向外或向内的喇叭口形。

其中，所述承载结构段的直径与所述上桩钢筋笼的外径相同。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供了一种摩擦桩的钢筋笼结构，该摩擦桩的钢筋笼结构包括上桩钢筋笼、下桩钢筋笼及设于上桩钢筋笼和下桩钢筋笼之间的隔断模板；下桩钢筋笼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；上桩钢筋笼套设于下桩钢筋笼中传力结构段的外侧，基于这种上、下桩钢筋笼的分体式设计，经混凝土浇筑得到的上、下桩可使得整个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，发挥全桩长桩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，且在相同上部载荷作用下，根据本实用新型的摩擦桩钢筋笼结构浇筑而成的摩擦桩，所需桩长更短或桩径更小且能有效地控制基桩顶部的沉降变形，进而降低了摩擦桩的工程造价，节约了社会资源。

附图说明

图1是本实用新型实施例摩擦桩钢筋笼的结构示意图；

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为本实用新型实施例中下桩钢筋笼和内层隔断模板的结构分布示意图；

图5为本实用新型实施例中上桩钢筋笼和外层隔断模板的结构分布示意图。

图中：1：上桩钢筋笼；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。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实施例中，摩擦桩的钢筋笼结构的具体设计方法为：先确定摩擦桩的钢筋笼结构形式，即该摩擦桩的钢筋笼结构为上桩和下桩的分体式，再根据相应的摩擦桩的结构形式及不同工程地质条件，分析桩侧摩阻力与桩端阻力的性状并确定上、下桩桩土间的侧摩阻力传递函数，基于上、下桩共同承载与变形协调原理建立方程组，通过优化分析确定钢筋笼主筋直径、根数，箍筋直径、间距等设计参数。

(1)确定上、下桩的共同承载关系

上、下桩与承台连接，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_下为下桩中承载结构段的外径周长，下桩中承载结构段的外径与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：

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τ(z)与f_a(s)、桩体刚度EI等物理量，则摩擦桩的桩顶沉降变形量S可表示为桩顶竖向载荷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的桩顶沉降变形量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、下桩变形协调，即：

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、下桩的变截面结构段4的长度l_变、下桩承载结构段7的长度l_下、下桩中传力结构段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桩身几何参数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。

基于上述摩擦桩的设计方法，如图1至图5所示，本实用新型实施例提供了一种摩擦桩的钢筋笼结构，该摩擦桩的钢筋笼结构包括上桩钢筋笼1、下桩钢筋笼及设于上桩钢筋笼1和下桩钢筋笼之间的隔断模板，上桩钢筋笼1和下桩钢筋笼经过混凝土浇筑后得到的上、下桩的分体式结构能充分发挥基桩上、下部桩的桩侧摩阻力与桩端阻力。

具体地，上桩钢筋笼1为管状结构，上桩钢筋笼1经过混凝土浇筑后得到上桩，上桩为厚壁空心桩，隔断模板包括外层隔断模板9和内层隔断模板10。

上桩钢筋笼1包括上桩主筋2，上桩钢筋笼1的顶部设有向上延伸的上桩主筋2以与承台浇筑连接，上桩钢筋笼1的底部为环状斜截体。

下桩钢筋笼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，下桩钢筋笼的顶部设有向上延伸的下桩主筋5以与承台浇筑连接；上桩钢筋笼1套设于下桩钢筋笼中的传力结构段3的外侧，上桩钢筋笼1的底部与下桩钢筋笼中的变截面结构段4配合，且上桩钢筋笼1与下桩钢筋笼中的传力结构段3及变截面结构段4间设有外层隔断模板9和内层隔断模板10。其中，下桩钢筋笼中的传力结构段3为图1中A-A截面的以上部分。

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，外层隔断模板9的折弯部与内层隔断模板10的折弯部相对应，且均位于上桩钢筋笼1底部的环状斜截体和下桩钢筋笼中的变截面结构段4之间。通过上桩钢筋笼1底部的环状斜截体与下桩钢筋笼中的变截面结构段4配合，且上桩钢筋笼1与下桩钢筋笼中的传力结构段3之间还设有外层隔断模板9和内层隔断模板10。

通过混凝土浇筑步骤得到上、下桩的分体式结构，在摩擦桩顶部的沉降量满足上部结构要求的前提下，能充分调动摩擦桩的上、下部的桩土相对位移，发挥全桩长桩侧摩阻力与桩端阻力的承载性能，从而提高了摩擦桩的整体承载力，且在相同上部载荷作用下，所需桩长更短或桩径更小且能有效地控制基桩顶部的沉降变形，进而降低摩擦桩的工程造价，节约了社会资源。

进一步地，上桩钢筋笼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，其中，上桩钢筋笼1钢筋笼的底部与外层隔断模板9的折弯部配合连接，内层隔断模板10的折弯部位于外层隔断模板9的折弯部的下方。

内层隔断模板10绕设于传力结构段3和变截面结构段4的外侧，其中，内层隔断模板10的折弯部绕设于变截面结构段4的外侧。外层隔断模板9绕设于上桩钢筋笼1的内侧，上桩钢筋笼1套设在下桩钢筋笼上，从而上桩钢筋笼1通过外层隔断模板9和内层隔断模板10与下桩钢筋笼配合连接。

优选地，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，在本实施例中，外层隔断模板9和内层隔断模板10的接触面为光面，且在两层套筒模板之间涂抹润滑材料，以减小其摩擦阻力。

上桩钢筋笼1和下桩钢筋笼均包括主筋、箍筋6和加强筋8，通过设有箍筋6和加强筋8增强上桩钢筋笼1和下桩钢筋笼的强度性能，变截面结构段4自传力结构段3的底部向外按预设角度扩展，经混凝土浇筑后形成一个预设角度为30°至45°向外扩展的圆台，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30°至45°弯折。

上桩钢筋笼1的顶部向上延伸的上桩主筋2和下桩钢筋笼的顶部向上延伸的下桩主筋5均设置有箍筋6；在本实施例中，优选地，自上桩钢筋笼1的顶部向上延伸(即0.0基线之上的部分)的上桩主筋2和自下桩钢筋笼的顶部向上延伸(即0.0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与承台浇筑连接，增大了桩基使用过程中的安全性能。

上桩钢筋笼1顶部向上延伸的上桩主筋2和下桩钢筋笼顶部向上延伸的下桩主筋5均为向外或向内的喇叭口形，设置可选的喇叭口形有利于在下一步桩基的施工作业。

下桩的底部为摩擦桩的桩端持力层，承载结构段7的直径与上桩钢筋笼1的外径相同，如此经过混凝土浇筑后得到的上桩和下桩结构，使得下桩可通过经混凝土浇筑后的传力结构段3桩体传递部分上部载荷，使得下桩中经混凝土浇筑后的承载结构段7桩体发生桩土相对位移，进而使其桩侧摩阻力达到极限状态，且充分发挥了桩端阻力。

本发明一种摩擦桩的钢筋笼结构的具体施工及安装过程为：确定上、下桩的分体式结构形式，根据下桩的结构形式及设计结果制作下桩钢筋笼，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；根据上桩的结构形式及设计计算结果制作上桩钢筋笼1，上桩钢筋笼1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；进行摩擦桩的安放作业，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1，最后固定下桩钢筋笼和上桩钢筋笼1；进行摩擦桩的浇筑作业，首先浇筑下桩钢筋笼的承载结构段7及变截面结构段4的混凝土，其次浇筑上桩钢筋笼1和传力结构段3的混凝土，并使上桩钢筋笼1和下桩钢筋笼顶部保持相同的增速进行混凝土浇注，经过浇筑作业后得到能发挥全桩长桩侧摩阻力与桩端阻力承载性能的摩擦桩。

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，本实用新型提供了一种摩擦桩的钢筋笼结构，该摩擦桩的钢筋笼结构包括上桩钢筋笼、下桩钢筋笼及设于上桩钢筋笼和下桩钢筋笼之间的隔断模板；下桩钢筋笼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；上桩钢筋笼套设于下桩钢筋笼中传力结构段的外侧，基于这种上、下桩钢筋笼的分体式设计，经混凝土浇筑得到的上、下桩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，发挥全桩长桩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，且在相同上部载荷作用下，根据本实用新型的摩擦桩钢筋笼结构浇筑而成的摩擦桩，所需桩长更短或桩径更小且能有效地控制基桩顶部的沉降变形，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实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种摩擦桩的钢筋笼结构，其特征在于：包括上桩钢筋笼(1)、下桩钢筋笼及设于上桩钢筋笼(1)和下桩钢筋笼之间的隔断模板，所述上桩钢筋笼(1)为管状结构，所述隔断模板包括外层隔断模板(9)和内层隔断模板(10)；

所述上桩钢筋笼(1)包括上桩主筋(2)，所述上桩钢筋笼(1)的顶部设有向上延伸的上桩主筋(2)以与承台或梁、柱浇筑连接，所述上桩钢筋笼(1)的底部为环状斜截体；所述下桩钢筋笼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)，所述下桩钢筋笼的顶部设有向上延伸的下桩主筋(5)以与所述承台或梁、柱浇筑连接；所述上桩钢筋笼(1)套设于所述传力结构段(3)的外侧，所述上桩钢筋笼(1)的底部与所述变截面结构段(4)配合，且所述上桩钢筋笼(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)；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。

2.根据权利要求1所述的摩擦桩的钢筋笼结构，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钢筋笼(1)底部的环状斜截体和所述变截面结构段(4)之间。

3.根据权利要求2所述的摩擦桩的钢筋笼结构，其特征在于：所述上桩钢筋笼(1)底部环状斜截体的斜度、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1所述的摩擦桩的钢筋笼结构，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。

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

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

7.根据权利要求1所述的摩擦桩的钢筋笼结构，其特征在于：所述上桩钢筋笼(1)顶部向上延伸的上桩主筋(2)和下桩钢筋笼顶部向上延伸的下桩主筋(5)均为向外或向内的喇叭口形。

8.根据权利要求1所述的摩擦桩的钢筋笼结构，其特征在于：所述承载结构段(7)的直径与所述上桩钢筋笼(1)的外径相同。