專利名稱：樁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑、橋梁等的土木工程領(lǐng)域中用的樁。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)樁包括有在樁身側(cè)臂上帶有側(cè)向突出的凸環(huán)部和/或凸起 (下面簡稱為凸環(huán)部)，通過該凸部，可使這樣的樁的承載力提高。但 是，由于樁身直徑相同，故在凸環(huán)部直徑相同的情況下，其垂直投影面積 是相同的，這樣，每個(gè)凸環(huán)部所提供的承載力有限。另外，伴隨地層的深 度的加大，其地基強(qiáng)度逐漸增加，但是，在樁身直徑相同的情況下，則不 能更有效利用該特點(diǎn)，不能夠使土體對(duì)樁產(chǎn)生更好的承載作用。從樁身整 體受力來說，其上部受力大，其下部受力小，即使設(shè)置了凸環(huán)部，樁的承 載力仍往往受到樁身直徑的制約，即樁身的上部強(qiáng)度不夠，經(jīng)常人們通過 加大樁身直徑的方式，而不是通過進(jìn)一步調(diào)動(dòng)地基土體對(duì)樁的支撐作用同 時(shí)合理地設(shè)置樁身強(qiáng)度，來滿足樁承載力的要求，其結(jié)果是，成本高，樁 與土體之間未實(shí)現(xiàn)良好的協(xié)同作用，更不能夠有效提高樁承載能力。 發(fā)明的內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的樁結(jié)構(gòu)形式，其可更加充分地利用地 基土體的強(qiáng)度的變化規(guī)律特點(diǎn)，從而樁與土體能夠產(chǎn)生良好的協(xié)同作用， 將地基的高強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為樁的承載力的增加。
本發(fā)明的目的是通過下述的樁而實(shí)現(xiàn)的，該方式為該樁包括樁身和 形成于該樁身上，從該樁身向側(cè)方突出的凸環(huán)部，上述樁身沿樁縱向，包 括直徑不同的多個(gè)樁節(jié)段，其中，該多個(gè)樁節(jié)段的等效直徑從上往下減 小，在最上方的第l樁節(jié)段下方的任意的第i樁節(jié)段上形成上述凸環(huán)部，該 凸環(huán)部的等效半徑是按照在凸環(huán)部的等效直徑大于等于第l樁節(jié)段的等效 直徑的情況下，滿足下述關(guān)系式，以便利用樁節(jié)段的垂直投影面積的不 同，將地基土體的承載力更多地轉(zhuǎn)化為樁的凸環(huán)部的承載力的方式確定 的，該關(guān)系式為.-△ Fi=Pi ( Ji r卩一Jir卩)X ^ 在該式中，
AF,表示第i樁節(jié)段上的凸環(huán)部的承載力的增量值； Pi表示第i樁節(jié)段處的凸環(huán)部周圍土的單位面積承載力； ri表示樁最上方的第l樁節(jié)段的等效半徑； r,表示形成有該凸環(huán)部的第i樁節(jié)段的等效半徑；
^表示在第i樁節(jié)段，當(dāng)凸環(huán)部為非連續(xù)環(huán)形的凸起時(shí)，該凸起的垂直 投影面積與其等效半徑和該凸環(huán)部的等效半徑irf目同的連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部 的垂直投影面積的比，當(dāng)凸環(huán)部為連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部時(shí)，該比值為l。
按照上述方案，由于凸環(huán)部形成于較細(xì)的樁身節(jié)段處，故與等徑樁身 的場合相比較，在凸環(huán)部直徑相同的情況下，凸環(huán)部的垂直投影面積增 加，該垂直投影面積的增加量為最上樁節(jié)段與凸環(huán)部所在樁節(jié)段的垂直投 影面積之差，凸環(huán)部與周圍接觸的土體的受力面積增加，凸環(huán)部的承載力 增加，也就是說，通過將凸環(huán)部設(shè)置于較細(xì)的樁節(jié)段上的方式，更加充分 地調(diào)動(dòng)了樁周土的地基承載力作用的發(fā)揮，將其更多地轉(zhuǎn)化為樁的凸環(huán)部 的承載力，即，樁的承載力；并且凸環(huán)部垂直投影面積隨樁身向下在不同 樁身節(jié)段逐漸增加可更好的調(diào)動(dòng)和利用地基土強(qiáng)度向下逐漸提高的特性。 實(shí)現(xiàn)了樁與地基土的良好的協(xié)同作用。
按照本發(fā)明，使上述變徑結(jié)構(gòu)的多個(gè)樁組合在一起而形成的群樁產(chǎn)生 了樁與土，樁與樁，凸環(huán)部與凸環(huán)部之間的空間利用更加合理，樁土空間 布置更加靈活，使得很多問題和矛盾得以優(yōu)化。
在上述本發(fā)明的樁中，最好，上述樁為鋼筋混凝土樁，上述凸環(huán)部中 也配有鋼筋。
在上述本發(fā)明的樁中，最好，上述樁為混凝土樁，在上述樁的樁身中
配有鋼筋，或預(yù)應(yīng)力鋼筋。
在上述本發(fā)明的樁中，最好，在一個(gè)樁節(jié)段中設(shè)置有多個(gè)凸環(huán)部。 按照該方案，由于在一個(gè)樁節(jié)段設(shè)置多個(gè)凸環(huán)部，這樣可將AF,在該
節(jié)段成倍地增加，即可更充分地調(diào)動(dòng)該節(jié)段地基土體的承載力，來提高樁
的承載力。
在本發(fā)明的樁中，最好，上述凸環(huán)部盡可能形成于靠近樁底端的樁節(jié)
5段上。
按照該方案，由于伴隨地基深度的增加，地基強(qiáng)度，即地基承載力也 增加，根據(jù)該特性，將凸環(huán)部更加靠近樁底端設(shè)置，從而可更加充分地調(diào) 動(dòng)地基土體參與受力，將更多的地基承載力轉(zhuǎn)化為樁的承載力。
在本發(fā)明的樁中，上述樁中的樁身和凸環(huán)部均是混凝土的。
在本發(fā)明的樁中，最好，從樁身自上而下的方向，形成于各樁節(jié)段上 的凸環(huán)部的等效直徑逐漸增加。
按照該方案，由于伴隨地基深度的增加，地基強(qiáng)度，即地基承載力也 增加，根據(jù)該特性，使凸環(huán)部的等效直徑伴隨深度的增加而加大，這樣可 更加充分地調(diào)動(dòng)地基土體參與受力。
在本發(fā)明的樁中，最好，在上述樁的最上方的樁節(jié)段上也形成有凸環(huán)部。
在本發(fā)明的樁中，最好，在樁身上形成的凸環(huán)部等效直徑是根據(jù)其所 處的地基土體的物理力學(xué)性能而確定的。
按照該方案，由于凸環(huán)部是樁的承載力的重要因素，故在凸環(huán)部的大 小根據(jù)地基土的性能確定時(shí)，可使樁的受力更加合理，樁土之間的作用更 加協(xié)調(diào)。
在本發(fā)明的樁中，最好，在于在樁身上形成的凸環(huán)部的大小是根據(jù)地 基土體強(qiáng)度的增加而增大的。
按照該方案，可使凸環(huán)部的尺寸更加符合地基土伴隨深度的變化，更 加充分地調(diào)動(dòng)地基土體參與受力。
在本發(fā)明的樁中，最好，樁身強(qiáng)度是根據(jù)樁所承受的荷載的大小而確 定的。
在本發(fā)明的樁中，最好，在樁身各節(jié)段中，配置不同強(qiáng)度的樁身材料。
按照該方案，可根據(jù)各地基土層的物理性能，在各樁節(jié)段，設(shè)置不同
的材料，使樁身強(qiáng)度和剛度設(shè)置更合理。
在本發(fā)明的樁中，最好，在樁身中，配置不同截面面積的鋼構(gòu)件。 在本發(fā)明的樁中，最好，在樁身中，配置不同強(qiáng)度的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝
土材料。在本發(fā)明的樁中，最好，在樁身中，配置鋼管混凝土材料。 在本發(fā)明的樁中，最好，在樁身中，配置鋼管混凝土疊合材料。 在本發(fā)明的樁中，最好，該樁為斜樁。 在本發(fā)明的樁中，最好，上述凸環(huán)部為純環(huán)部。 在本發(fā)明的樁中，最好，上述凸環(huán)部為純環(huán)部中的一部分。 在這里應(yīng)說明，凸環(huán)部在為非連續(xù)環(huán)形的異形突起時(shí)，為比如，支 狀，扇狀，半環(huán)狀等。上述等效半徑和等效直徑在相應(yīng)的樁身和凸環(huán)部為 圓形的場合，指該圓形的半徑和直徑，在為其它的形狀時(shí)，指換算為圓形 時(shí)的半徑和直徑。
-
圖l為作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的混凝土樁的縱向立面圖，在本實(shí)施例
中，凸環(huán)部指純環(huán)部；
圖2為作為本發(fā)明的另一實(shí)施例的混凝土樁的縱向立面圖，在本實(shí)施例 中，凸環(huán)部在不同樁節(jié)段，有不同的含義，包括有從平面看的純環(huán)部和從 平面看的矩形凸片部的兩種含義。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的樁為混凝土樁l，該混凝土樁l 包括三個(gè)樁節(jié)段a， b， c，最上方的樁節(jié)段，g卩，第l樁節(jié)段a的半徑為 ra，第2樁節(jié)段b的半徑為iv第3樁節(jié)段c的半徑為r。，而第l樁節(jié)段a上形 成的凸環(huán)部2的外徑為&，第2樁節(jié)段b上形成的凸環(huán)部3的外徑為Rb，第3樁 節(jié)段c上形成的凸環(huán)部4的外徑為Re。
在這里，在Rb大于r,的情況下，由于凸環(huán)部3形成于第2樁節(jié)段b上，而 第2樁節(jié)段b的半徑為rb小于r,，故凸環(huán)部3的垂直投影面積增加，即土體對(duì) 凸環(huán)部3的支承接觸面積增加，這樣，便獲得凸環(huán)部3的承載力的增量A
<formula>formula see original document page 7</formula> (兀ra2—XPb 其中，
Pb表示第2樁節(jié)段b處的地基土體的強(qiáng)度，或單位面積的承載力；
ASb表示樁身的第l樁節(jié)段a與第2樁節(jié)段b的垂直投影面積差；
P b表示在第2樁節(jié)段b，連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部4的垂直投影面積與其等效半徑和該凸環(huán)部的等效半徑rb相同的連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部的垂直投影面積的 比，在這里，該比值為l。
同樣，在第3樁節(jié)段c，在&大于&的情況下，由于凸環(huán)部4形成于第3 樁節(jié)段b上，而第3樁節(jié)段c的半徑為re小于iv故凸環(huán)部4的垂直投影面積 增加，即土體對(duì)凸環(huán)部4的支承接觸面積增加，這樣，便獲得凸環(huán)部4的承 載力的增量AF。
AFC =PCX ASCX PC = PCX ( nra2—Jirc2) XPC
其中，
Pc表示第3樁節(jié)段c處的地基土體的強(qiáng)度，或單位面積的承載力； ASe表示樁身的第l樁節(jié)段a與第3樁節(jié)段c的垂直投影面積差； 3c表示在第3樁節(jié)段c，當(dāng)凸環(huán)部3為非連續(xù)環(huán)形的凸起時(shí)，該凸起的 垂直投影面積與其等效半徑和該凸環(huán)部的等效半徑；相同的連續(xù)純環(huán)形凸 環(huán)部的垂直投影面積的比，在這里，該比為l。
從圖l和上面分析知道，在上述第2樁節(jié)段b中，rb與AFb之間具有函數(shù) 關(guān)系，&越小，AFb越大，伴隨樁深的增加，Pb與ASb都增加，導(dǎo)致AFb成 倍地增加，最終，第2樁節(jié)段b上的凸環(huán)部3的承載力大幅度地增加(特別 是與等徑樁相比較)，上述第2樁節(jié)段b的半徑rb正是按照上述機(jī)理而確定 的。
同樣，從圖l和上面分析知道，在上述第3樁節(jié)段c中，r。與AFe之間具
有函數(shù)關(guān)系，re越小，AFe越大，伴隨樁深的增加，Pe與ASe都增加，導(dǎo)致
AFc成倍地增加，最終，第3樁節(jié)段c上的凸環(huán)部4的承載力大幅度地增加 (特別是與等徑樁相比較)，上述第3樁節(jié)段c的半徑rJE是按照上述機(jī)理 而確定的。
另外，如圖2所示，作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的樁為混凝土樁l，該混 凝土樁l包多個(gè)樁節(jié)段，即，樁節(jié)段a， b， c，…n，最上方的樁節(jié)段， 即，第l樁節(jié)段a的半徑為iv第2樁節(jié)段b的半徑為rb，第3樁節(jié)段c的半徑 為r。，…第n樁節(jié)段n的半徑為iv在第l樁節(jié)段a的上方形成有2個(gè)作為凸環(huán) 部的凸部2p從平面看呈矩形狀，在該節(jié)段a的下方，形成有2個(gè)作為凸環(huán) 部的凸部22，上方和下方的凸部2,和2^勺外徑均為R，第2樁節(jié)段b上形成的 凸環(huán)部3包括位于上方的4個(gè)從平面看呈矩形狀的凸部3p以及位于下方的
8一個(gè)環(huán)部32，凸部3i和環(huán)部32的外徑均為R，在第3樁節(jié)段c上形成的凸環(huán)部 在圖中未示出，在第n樁節(jié)段n上形成的凸環(huán)部X包括上下兩個(gè)環(huán)部Xp X2， 其半徑為R。在這里，為了便于說明和圖示，假定各節(jié)段的凸環(huán)部的外徑 均為R，實(shí)際上也可以不同。
在這里，在R大于r,的情況下，由于作為凸環(huán)部的凸部3i形成于第2樁 節(jié)段b上，而第2樁節(jié)段b的半徑為rb小于^，故凸環(huán)部3,的垂直投影面積增 加，即土體對(duì)凸環(huán)部3i的支承接觸面積增加，這樣，便獲得每個(gè)凸環(huán)部3, 的承載力的增量AFb"
△ Fbl=PbX ASbX Pbl=PbX (nrX) X 0 bl
其中，
Pb表示第2樁節(jié)段b處的地基土體的強(qiáng)度，或單位面積的承載力； ASb表示樁身的第l樁節(jié)段a與第2樁節(jié)段b的垂直投影面積差； 3 w表示在第2樁節(jié)段b，凸部3,的垂直投影面積與其等效半徑和該凸環(huán) 部的等效半徑rb相同的連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部的垂直投影面積的比； 而所有凸環(huán)部3i的承載力的總增量為mX AFbl m表示本樁節(jié)段上的凸環(huán)部的數(shù)量，在這里為4。 作為凸環(huán)部的環(huán)部32的承載力的增量A Fb2: △Fb2 = PbX ASbX eb2 = PbX (:ira2—訂b2) X 0 b2
其中，
Pb表示第2樁節(jié)段b處的地基土體的強(qiáng)度，或單位面積的承載力；
ASb表示樁身的第l樁節(jié)段a與第2樁節(jié)段b的垂直投影面積差；
3 b2表示在第2樁節(jié)段b，凸部32的垂直投影面積與其等效半徑和該凸環(huán)
部的等效半徑rb相同的連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部的垂直投影面積的比；在這里，為l。
由此，第2樁節(jié)段b的總承載力的增量二mX AFbl+AFb2。 同樣，在第n樁節(jié)段n，在R大于^的情況下，由于作為凸環(huán)部的環(huán)部 Xn X2形成于第n樁節(jié)段n上，而第n樁節(jié)段n的半徑為rn小于^，故環(huán)部Xp &的垂直投影面積增加，即土體對(duì)環(huán)部X,， X2的支承接觸面積增加，這 樣，便獲得Xp X2的相應(yīng)承載力的增量AF^， AFn2: AFnl =PnX ASnXPnl = PnX ("a2—:nrn2) X 3 nl
9AFn2=PnXASnXpn2 = PnX (nra2—兀rn2) X 3 n2 其中，
Pn表示第n樁節(jié)段n處的地基土體的強(qiáng)度，或單位面積的承載力； A S。表示樁身的第l樁節(jié)段a與第n樁節(jié)段n的垂直投影面積差； 3nl， Pn2表示作為凸環(huán)部的環(huán)部Xp &垂直投影面積與其等效半徑和 該凸環(huán)部的等效半徑rn相同的純環(huán)部的垂直投影面積的比，在這里，均為
由此知道，第n樁節(jié)段n的環(huán)部Xp ^的總承載力的增量二 AFnl+A
Fn2。
從圖2和上面分析知道，在上述第2樁節(jié)段b中，rb與AFb之間具有函數(shù) 關(guān)系，rb越小，AFb越大，伴隨樁深的增加，Pb與ASb都增加，導(dǎo)致AFb成 倍地增加，最終，第2樁節(jié)段b上的凸環(huán)部3的承載力大幅度地增加(特別 是與等徑樁相比較)，上述第2樁節(jié)段b的半徑rb正是按照上述機(jī)理而確定 的。
同樣，從圖2和上面分析知道，在上述第n樁節(jié)段n中，！^與AFn之間具
有函數(shù)關(guān)系，r。越小，AFn越大，伴隨樁深的增加，Pn與ASn都增加，導(dǎo)
致AFn成倍地增加，最終，第n樁節(jié)段n上的作為凸環(huán)部的環(huán)部X" 乂2的承 載力大幅度地增加(特別是與等徑樁相比較)，上述第n樁節(jié)段n的半徑rn 正是按照上述機(jī)理而確定的。
權(quán)利要求
1.一種樁，該樁包括樁身和形成于該樁身上，從該樁身向側(cè)方突出的凸環(huán)部，上述樁身沿樁縱向，包括直徑不同的多個(gè)樁節(jié)段，其中，該多個(gè)樁節(jié)段的等效直徑從上往下減小，在最上方的第1樁節(jié)段下方的任意的第i樁節(jié)段上形成上述凸環(huán)部，形成有該凸環(huán)部的第i樁節(jié)段的等效半徑是按照在凸環(huán)部的等效直徑大于等于第1樁節(jié)段的等效直徑的情況下，滿足下述關(guān)系式，以便利用樁節(jié)段的垂直投影面積的不同，將地基土體的承載力轉(zhuǎn)化為樁的凸環(huán)部的承載力的方式確定的，該關(guān)系式為ΔFi＝Pi(πr12-πri2)×βi在該式中，ΔFi表示第i樁節(jié)段上的凸環(huán)部的承載力的增量值；Pi表示第i樁節(jié)段處的凸環(huán)部周圍土的單位面積承載力；r1表示最上方的第1樁節(jié)段的等效半徑；ri表示形成有該凸環(huán)部的第i樁節(jié)段的等效半徑；βi表示在第i樁節(jié)段，當(dāng)凸環(huán)部為非連續(xù)環(huán)形的凸起時(shí)，該凸起的垂直投影面積與其等效半徑和該凸環(huán)部的等效半徑ri相同的連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部的垂直投影面積的比，當(dāng)凸環(huán)部為連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部時(shí)，該比值為1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于上述樁為鋼筋混凝土樁，上述 凸環(huán)部中也配有鋼筋。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于上述樁為混凝土樁，在上述樁 的樁身中配有鋼筋，或預(yù)應(yīng)力鋼筋。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于在一個(gè)樁節(jié)段中設(shè)置有多個(gè)凸 環(huán)部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于上述凸環(huán)部盡可能形成于靠近 樁底端的樁節(jié)段上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于上述樁中的樁身和凸環(huán)部均是 混凝土的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于從樁身自上而下的方向，形成 于各樁節(jié)段上的凸環(huán)部的等效直徑逐漸增加。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于在上述樁的最上方的樁節(jié)段上也形成有凸環(huán)部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于在樁身上形成的凸環(huán)部等效直 徑是根據(jù)其所處的地基土體的物理力學(xué)性能而確定的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的樁，其特征在于在樁身上形成的凸環(huán)部的大小是根據(jù)地基土體強(qiáng)度的增加而增大的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的樁，其特征在于樁身強(qiáng)度是根據(jù)樁所承受的 荷載的大小而確定的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于在樁身各節(jié)段中，配置不同 強(qiáng)度的樁身材料。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于在樁身中，配置不同截面面 積的鋼構(gòu)件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于在樁身中，配置不同強(qiáng)度的 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土材料。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于在樁身中，配置鋼管混凝土 材料。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于在樁身中，配置鋼管混凝土 疊合材料。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于該樁為斜樁。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于上述凸環(huán)部為純環(huán)部。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁，其特征在于上述凸環(huán)部為純環(huán)部中的一 部分。
全文摘要
樁包括樁身和側(cè)方突出的凸環(huán)部，樁身包括直徑不同的多個(gè)節(jié)段，它們的等效直徑從上往下減小，第i節(jié)段上形成凸環(huán)部，形成有凸環(huán)部的第i節(jié)段的等效半徑按照在凸環(huán)部的等效直徑大于等于第1節(jié)段的情況下，滿足下述關(guān)系式，以便利用節(jié)段的垂直投影面積的不同，將土體的承載力轉(zhuǎn)化為凸環(huán)部承載力的方式確定，該關(guān)系式為ΔF<sub>i</sub>＝P<sub>i</sub>(πr<sub>1</sub><sup>2</sup>-πr<sub>i</sub><sup>2</sup>)×β<sub>i</sub>，ΔF<sub>i</sub>指第i節(jié)段上的凸環(huán)部的承載力的增量值；P<sub>i</sub>指第i節(jié)段的單位面積的凸環(huán)部周土的承載力；r<sub>1</sub>指第1節(jié)段的等效半徑；r<sub>i</sub>指形成凸環(huán)部的第i節(jié)段的等效半徑；β<sub>i</sub>指在第i節(jié)段，當(dāng)凸環(huán)部為非連續(xù)環(huán)形的凸起時(shí)，凸起的垂直投影面積與相應(yīng)的連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部的垂直投影面積的比。
文檔編號(hào)E02D5/22GK101492914SQ200810000559
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日
發(fā)明者張國梁 申請人:張國梁