CN101161946A - 桩 - Google Patents

Abstract

桩包括桩身和侧方突出的凸环部，桩身包括直径不同的多个节段，它们的等效直径从上往下减小，第i节段上形成凸环部，形成有凸环部的第i节段的等效半径按照在凸环部的等效直径大于等于第1节段的情况下，满足下述关系式，以便利用节段的垂直投影面积的不同，将土体的承载力转化为凸环部承载力的方式确定，该关系式为：ΔF_i＝P_i(πr₁ ²－πr_i ²)×β_i，ΔF_i指第i节段上的凸环部的承载力的增量值；P_i指第i节段的单位面积的凸环部周土的承载力；r₁指第1节段的等效半径；r_i指形成凸环部的第i节段的等效半径；β_i指在第i节段，当凸环部为非连续环形的凸起时，凸起的垂直投影面积与相应的连续纯环形凸环部的垂直投影面积的比。

Description

桩

技术领域

本发明涉及建筑、桥梁等的土木工程领域中用的桩。

背景技术

目前，传统桩包括有在桩身侧臂上带有侧向突出的凸环部和/或凸起(下面简称为凸环部)，通过该凸部，可使这样的桩的承载力提高。但是，由于桩身直径相同，故在凸环部直径相同的情况下，其垂直投影面积是相同的，这样，每个凸环部所提供的承载力有限。另外，伴随地层的深度的加大，其地基强度逐渐增加，但是，在桩身直径相同的情况下，则不能更有效利用该特点，不能够使土体对桩产生更好的承载作用。从桩身整体受力来说，其上部受力大，其下部受力小，即使设置了凸环部，桩的承载力仍往往受到桩身直径的制约，即桩身的上部强度不够，经常人们通过加大桩身直径的方式，而不是通过进一步调动地基土体对桩的支撑作用同时合理地设置桩身强度，来满足桩承载力的要求，其结果是，成本高，桩与土体之间未实现良好的协同作用，更不能够有效提高桩承载能力。

发明的内容

本发明的目的在于提供一种新的桩结构形式，其可更加充分地利用地基土体的强度的变化规律特点，从而桩与土体能够产生良好的协同作用，将地基的高强度转化为桩的承载力的增加。

本发明的目的是通过下述的桩而实现的，该方式为：该桩包括桩身和形成于该桩身上，从该桩身向侧方突出的凸环部，上述桩身沿桩纵向，包括直径不同的多个桩节段，其中，该多个桩节段的等效直径从上往下减小，在最上方的第1桩节段下方的任意的第i桩节段上形成上述凸环部，该凸环部的等效半径是按照在凸环部的等效直径大于等于第1桩节段的等效直径的情况下，满足下述关系式，以便利用桩节段的垂直投影面积的不同，将地基土体的承载力更多地转化为桩的凸环部的承载力的方式确定的，该关系式为：

ΔF_i＝P_i(πr₁ ²-πr_i ²)×β_i

在该式中，

ΔF_i表示第i桩节段上的凸环部的承载力的增量值；

P_i表示第i桩节段处的凸环部周围土的单位面积承载力；

r₁表示桩最上方的第1桩节段的等效半径；

r_i表示形成有该凸环部的第i桩节段的等效半径；

β_i表示在第i桩节段，当凸环部为非连续环形的凸起时，该凸起的垂直投影面积与其等效半径和该凸环部的等效半径r_i相同的连续纯环形凸环部的垂直投影面积的比，当凸环部为连续纯环形凸环部时，该比值为1。

按照上述方案，由于凸环部形成于较细的桩身节段处，故与等径桩身的场合相比较，在凸环部直径相同的情况下，凸环部的垂直投影面积增加，该垂直投影面积的增加量为最上桩节段与凸环部所在桩节段的垂直投影面积之差，凸环部与周围接触的土体的受力面积增加，凸环部的承载力增加，也就是说，通过将凸环部设置于较细的桩节段上的方式，更加充分地调动了桩周土的地基承载力作用的发挥，将其更多地转化为桩的凸环部的承载力，即，桩的承载力；并且凸环部垂直投影面积随桩身向下在不同桩身节段逐渐增加可更好的调动和利用地基土强度向下逐渐提高的特性。实现了桩与地基土的良好的协同作用。

按照本发明，使上述变径结构的多个桩组合在一起而形成的群桩产生了桩与土，桩与桩，凸环部与凸环部之间的空间利用更加合理，桩土空间布置更加灵活，使得很多问题和矛盾得以优化。

在上述本发明的桩中，最好，上述桩为钢筋混凝土桩，上述凸环部中也配有钢筋。

在上述本发明的桩中，最好，上述桩为混凝土桩，在上述桩的桩身中配有钢筋，或预应力钢筋。

在上述本发明的桩中，最好，在一个桩节段中设置有多个凸环部。

按照该方案，由于在一个桩节段设置多个凸环部，这样可将ΔFi在该节段成倍地增加，即可更充分地调动该节段地基土体的承载力，来提高桩的承载力。

在本发明的桩中，最好，上述凸环部尽可能形成于靠近桩底端的桩节段上。

按照该方案，由于伴随地基深度的增加，地基强度，即地基承载力也增加，根据该特性，将凸环部更加靠近桩底端设置，从而可更加充分地调动地基土体参与受力，将更多的地基承载力转化为桩的承载力。

在本发明的桩中，上述桩中的桩身和凸环部均是混凝土的。

在本发明的桩中，最好，从桩身自上而下的方向，形成于各桩节段上的凸环部的等效直径逐渐增加。

按照该方案，由于伴随地基深度的增加，地基强度，即地基承载力也增加，根据该特性，使凸环部的等效直径伴随深度的增加而加大，这样可更加充分地调动地基土体参与受力。

在本发明的桩中，最好，在上述桩的最上方的桩节段上也形成有凸环部。

在本发明的桩中，最好，在桩身上形成的凸环部等效直径是根据其所处的地基土体的物理力学性能而确定的。

按照该方案，由于凸环部是桩的承载力的重要因素，故在凸环部的大小根据地基土的性能确定时，可使桩的受力更加合理，桩土之间的作用更加协调。

在本发明的桩中，最好，在于在桩身上形成的凸环部的大小是根据地基土体强度的增加而增大的。

按照该方案，可使凸环部的尺寸更加符合地基土伴随深度的变化，更加充分地调动地基土体参与受力。

在本发明的桩中，最好，桩身强度是根据桩所承受的荷载的大小而确定的。

在本发明的桩中，最好，在桩身各节段中，配置不同强度的桩身材料。

按照该方案，可根据各地基土层的物理性能，在各桩节段，设置不同的材料，使桩身强度和刚度设置更合理。

在本发明的桩中，最好，在桩身中，配置不同截面面积的钢构件。

在本发明的桩中，最好，在桩身中，配置不同强度的预应力钢筋混凝土材料。

在本发明的桩中，最好，在桩身中，配置钢管混凝土材料。

在本发明的桩中，最好，在桩身中，配置钢管混凝土叠合材料。

在本发明的桩中，最好，该桩为斜桩。

在本发明的桩中，最好，上述凸环部为纯环部。

在本发明的桩中，最好，上述凸环部为纯环部中的一部分。

在这里应说明，凸环部在为非连续环形的异形突起时，为比如，支状，扇状，半环状等。上述等效半径和等效直径在相应的桩身和凸环部为圆形的场合，指该圆形的半径和直径，在为其它的形状时，指换算为圆形时的半径和直径。

具体实施方式

图1为作为本发明的一个实施例的混凝土桩的纵向立面图，在本实施例中，凸环部指纯环部；

图2为作为本发明的另一实施例的混凝土桩的纵向立面图，在本实施例中，凸环部在不同桩节段，有不同的含义，包括有从平面看的纯环部和从平面看的矩形凸片部的两种含义。

如图1所示，作为本发明的一个实施例的桩为混凝土桩1，该混凝土桩1包括三个桩节段a，b，c，最上方的桩节段，即，第1桩节段a的半径为r_a，第2桩节段b的半径为r_b，第3桩节段c的半径为r_c，而第1桩节段a上形成的凸环部2的外径为R_a，第2桩节段b上形成的凸环部3的外径为R_b，第3桩节段c上形成的凸环部4的外径为R_c。

在这里，在R_b大于r_a的情况下，由于凸环部3形成于第2桩节段b上，而第2桩节段b的半径为r_b小于r_a，故凸环部3的垂直投影面积增加，即土体对凸环部3的支承接触面积增加，这样，便获得凸环部3的承载力的增量ΔF_b：

ΔF_b＝P_b×ΔS_b×β_b＝P_b×(πr_a ²-πr_b ²)×β_b

其中，

P_b表示第2桩节段b处的地基土体的强度，或单位面积的承载力；

ΔS_b表示桩身的第1桩节段a与第2桩节段b的垂直投影面积差；

β_b表示在第2桩节段b，连续纯环形凸环部4的垂直投影面积与其等效半径和该凸环部的等效半径r_b相同的连续纯环形凸环部的垂直投影面积的比，在这里，该比值为1。

同样，在第3桩节段c，在R_c大于r_a的情况下，由于凸环部4形成于第3桩节段b上，而第3桩节段c的半径为r_c小于r_a，故凸环部4的垂直投影面积增加，即土体对凸环部4的支承接触面积增加，这样，便获得凸环部4的承载力的增量ΔF_c：

ΔF_c＝P_c×ΔS_c×β_c＝P_c×(πr_a ²-πr_c ²)×β_c

其中，

P_c表示第3桩节段c处的地基土体的强度，或单位面积的承载力；

ΔS_c表示桩身的第1桩节段a与第3桩节段c的垂直投影面积差；

β_c表示在第3桩节段c，当凸环部3为非连续环形的凸起时，该凸起的垂直投影面积与其等效半径和该凸环部的等效半径r_c相同的连续纯环形凸环部的垂直投影面积的比，在这里，该比为1。

从图1和上面分析知道，在上述第2桩节段b中，r_b与ΔF_b之间具有函数关系，r_b越小，ΔF_b越大，伴随桩深的增加，P_b与ΔS_b都增加，导致ΔF_b成倍地增加，最终，第2桩节段b上的凸环部3的承载力大幅度地增加(特别是与等径桩相比较)，上述第2桩节段b的半径r_b正是按照上述机理而确定的。

同样，从图1和上面分析知道，在上述第3桩节段c中，r_c与ΔF_c之间具有函数关系，r_c越小，ΔF_c越大，伴随桩深的增加，P_c与ΔS_c都增加，导致ΔF_c成倍地增加，最终，第3桩节段c上的凸环部4的承载力大幅度地增加(特别是与等径桩相比较)，上述第3桩节段c的半径r_c正是按照上述机理而确定的。

另外，如图2所示，作为本发明的一个实施例的桩为混凝土桩1，该混凝土桩1包多个桩节段，即，桩节段a，b，c，…n，最上方的桩节段，即，第1桩节段a的半径为r_a，第2桩节段b的半径为r_b，第3桩节段c的半径为r_c，…第n桩节段n的半径为r_n。在第1桩节段a的上方形成有2个作为凸环部的凸部2₁，从平面看呈矩形状，在该节段a的下方，形成有2个作为凸环部的凸部2₂，上方和下方的凸部2₁和2₂的外径均为R，第2桩节段b上形成的凸环部3包括位于上方的4个从平面看呈矩形状的凸部3₁，以及位于下方的一个环部3₂，凸部3₁和环部3₂的外径均为R，在第3桩节段c上形成的凸环部在图中未示出，在第n桩节段n上形成的凸环部X包括上下两个环部X₁，X₂，其半径为R。在这里，为了便于说明和图示，假定各节段的凸环部的外径均为R，实际上也可以不同。

在这里，在R大于r_a的情况下，由于作为凸环部的凸部3₁形成于第2桩节段b上，而第2桩节段b的半径为r_b小于r_a，故凸环部3₁的垂直投影面积增加，即土体对凸环部3₁的支承接触面积增加，这样，便获得每个凸环部3₁的承载力的增量ΔF_b1：

ΔF_b1＝P_b×ΔS_b×β_b1＝P_b×(πr_a ²-πr_b ²)×β_b1

其中，

P_b表示第2桩节段b处的地基土体的强度，或单位面积的承载力；

ΔS_b表示桩身的第1桩节段a与第2桩节段b的垂直投影面积差；

β_b1表示在第2桩节段b，凸部3₁的垂直投影面积与其等效半径和该凸环部的等效半径r_b相同的连续纯环形凸环部的垂直投影面积的比；

而所有凸环部3₁的承载力的总增量为m×ΔF_b1

m表示本桩节段上的凸环部的数量，在这里为4。

作为凸环部的环部3₂的承载力的增量ΔF_b2：

ΔF_b2＝P_b×ΔS_b×β_b2＝P_b×(πr_a ²-πr_b ²)×β_b2

其中，

P_b表示第2桩节段b处的地基土体的强度，或单位面积的承载力；

ΔS_b表示桩身的第1桩节段a与第2桩节段b的垂直投影面积差；

β_b2表示在第2桩节段b，凸部3₂的垂直投影面积与其等效半径和该凸环部的等效半径r_b相同的连续纯环形凸环部的垂直投影面积的比；在这里，为1。

由此，第2桩节段b的总承载力的增量＝m×ΔF_b1+ΔF_b2。

同样，在第n桩节段n，在R大于r_n的情况下，由于作为凸环部的环部X₁，X₂形成于第n桩节段n上，而第n桩节段n的半径为r_n小于r_a，故环部X₁，X₂的垂直投影面积增加，即土体对环部X₁，X₂的支承接触面积增加，这样，便获得X₁，X₂的相应承载力的增量ΔF_n1，ΔF_n2：

ΔF_n1＝P_n×ΔS_n×β_n1＝P_n×(πr_a ²-πr_n ²)×β_n1

ΔF_n2＝P_n×ΔS_n×β_n2＝P_n×(πr_a ²-πr_n ²)×β_n2

其中，

P_n表示第n桩节段n处的地基土体的强度，或单位面积的承载力；

ΔS_n表示桩身的第1桩节段a与第n桩节段n的垂直投影面积差；

β_n1，β_n2表示作为凸环部的环部X₁，X₂垂直投影面积与其等效半径和该凸环部的等效半径rn相同的纯环部的垂直投影面积的比，在这里，均为1。

由此知道，第n桩节段n的环部X₁，X₂的总承载力的增量＝ΔF_n1+ΔF_n2。

从图2和上面分析知道，在上述第2桩节段b中，r_b与ΔF_b之间具有函数关系，r_b越小，ΔF_b越大，伴随桩深的增加，P_b与ΔS_b都增加，导致ΔF_b成倍地增加，最终，第2桩节段b上的凸环部3的承载力大幅度地增加(特别是与等径桩相比较)，上述第2桩节段b的半径r_b正是按照上述机理而确定的。

同样，从图2和上面分析知道，在上述第n桩节段n中，r_n与ΔF_n之间具有函数关系，r_n越小，ΔF_n越大，伴随桩深的增加，P_n与ΔS_n都增加，导致ΔF_n成倍地增加，最终，第n桩节段n上的作为凸环部的环部X₁，X₂的承载力大幅度地增加(特别是与等径桩相比较)，上述第n桩节段n的半径r_n正是按照上述机理而确定的。

Claims (19)

1.一种桩，该桩包括桩身和形成于该桩身上，从该桩身向侧方突出的凸环部，上述桩身沿桩纵向，包括直径不同的多个桩节段，其中，该多个桩节段的等效直径从上往下减小，在最上方的第1桩节段下方的任意的第i桩节段上形成上述凸环部，形成有该凸环部的第i桩节段的等效半径是按照在凸环部的等效直径大于等于第1桩节段的等效直径的情况下，满足下述关系式，以便利用桩节段的垂直投影面积的不同，将地基土体的承载力转化为桩的凸环部的承载力的方式确定的，该关系式为：

ΔF_i＝P_i(πr₁ ²-πr_i ²)×β_i

在该式中，

ΔF_i表示第i桩节段上的凸环部的承载力的增量值；

P_i表示第i桩节段处的凸环部周围土的单位面积承载力；

r₁表示最上方的第1桩节段的等效半径；

r_i表示形成有该凸环部的第i桩节段的等效半径；

β_i表示在第i桩节段，当凸环部为非连续环形的凸起时，该凸起的垂直投影面积与其等效半径和该凸环部的等效半径r_i相同的连续纯环形凸环部的垂直投影面积的比，当凸环部为连续纯环形凸环部时，该比值为1。

2.根据权利要求1所述的桩，其特征在于上述桩为钢筋混凝土桩，上述凸环部中也配有钢筋。

3.根据权利要求1所述的桩，其特征在于上述桩为混凝土桩，在上述桩的桩身中配有钢筋，或预应力钢筋。

4.根据权利要求1所述的桩，其特征在于在一个桩节段中设置有多个凸环部。

5.根据权利要求1所述的桩，其特征在于上述凸环部尽可能形成于靠近桩底端的桩节段上。

6.根据权利要求1所述的桩，其特征在于上述桩中的桩身和凸环部均是混凝土的。

7.根据权利要求1所述的桩，其特征在于从桩身自上而下的方向，形成于各桩节段上的凸环部的等效直径逐渐增加。

8.根据权利要求1所述的桩，其特征在于在上述桩的最上方的桩节段上也形成有凸环部。

9.根据权利要求1所述的桩，其特征在于在桩身上形成的凸环部等效直径是根据其所处的地基土体的物理力学性能而确定的。

10.根据权利要求1所述的桩，其特征在于在桩身上形成的凸环部的大小是根据地基土体强度的增加而增大的。

11.根据权利要求1所述的桩，其特征在于桩身强度是根据桩所承受的荷载的大小而确定的。

12.根据权利要求1所述的桩，其特征在于在桩身各节段中，配置不同强度的桩身材料。

13.根据权利要求1所述的桩，其特征在于在桩身中，配置不同截面面积的钢构件。

14.根据权利要求1所述的桩，其特征在于在桩身中，配置不同强度的预应力钢筋混凝土材料。

15.根据权利要求1所述的桩，其特征在于在桩身中，配置钢管混凝土材料。

16.根据权利要求1所述的桩，其特征在于在桩身中，配置钢管混凝土叠合材料。

17.根据权利要求1所述的桩，其特征在于该桩为斜桩。

18.根据权利要求1所述的桩，其特征在于上述凸环部为纯环部。

19.根据权利要求1所述的桩，其特征在于上述凸环部为纯环部中的一部分。

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