CN107386271B - 一种多瓣梅花形桩的横截面构建方法、异形桩及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多瓣梅花形桩的横截面构建方法，包括：设梅花形的瓣数为n，取半径各异且同心的三个圆；由圆心引出4n条射线，所述4n条射线与所述外圆的4n个交点为O_外4n，所述4n条射线与所述中圆的4n个交点为O_中4n，所述4n条射线与所述内圆的4n个交点为O_内4n，且O_{内4(k‑1)+i}、O_{中4(k‑1)+i}和O_{外4(k‑1)+i}位于同一条射线上；采用三点共圆原理，以交点O_{中4(k‑1)+1}、O_{外4(k‑1)+2}、O_{中4(k‑1)+3}为基准点画凸弧；以交点O_中4k‑1、O_内4k、O_中4k+1为基准点画凹弧；通过n个所述凸弧与N个所述凸弧呈流线型连接，能有效的防止应力集中，极大的提高了桩的承载力和桩身强度。

Description

一种多瓣梅花形桩的横截面构建方法、异形桩及制作方法

技术领域

本发明涉及基桩技术领域，尤其涉及一种多瓣梅花形桩的横截面构建方法、异形桩及制作方法。

背景技术

由于桩基础施工速度快、加固深度大、适宜多种地质条件、可显著提高地基承载力和减小变形，被广泛应用于建筑、交通、输变线电塔以及海洋基础等工程实践中。增加桩径或桩长可以提高桩基整体承载特性，但是一味的靠增加材料以提高承载力的做法既不经济又增大施工难度，因此寻求单位材料利用率高，实现高承载力、低造价，且地基的稳定性可以明显增加的新型桩型，比如说异形桩，成为岩土工程界广泛关注的热点和难点问题之一。

根据桩基理论可知，预制钢筋混凝土桩的承载力与桩周围土体和桩身侧面接触面积有关，在其它条件都相同的情况下，桩周围土体和桩身侧面接触面积越大，桩的承载力越高。桩身侧面的面积很大程度取决于桩身横截面形式类型。经过调研，目前市场上预制钢筋混凝土桩的横截面主要形式为圆形，当横截面积一定时，圆形的周长相对较小，材料利用率相对较低，没有充分发挥材料的性能，所以通过改变桩横截面形状来提高桩基承载力很重要。

目前岩土工程界改变桩型常用常用的方法有两种，一种是通过改变桩基横截面形式来提高桩侧比表面积，从而提高桩侧摩阻力，比如壁板桩、PCC桩、X形桩、Y形桩、梅花形桩等异桩型，另一种是通过改变桩基纵截面形式来提高桩侧摩阻力或桩端阻力，比如扩底桩、楔形桩等桩型。

以上两种方法中，第一类方法用的比较多，由此可见，提出一种桩截面的确定方法变得尤为重要。但是目前在该第一类方法的指导下制成的异形桩中相邻的二异形部之间的连接为非流线型连接，该连接方式在桩承受较大作用力时容易出现应力集中现象，从而易使桩因局部应力过大而受损。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种能够提高桩的承载力、桩身强度、防止应力集中的多瓣梅花形桩的横截面构建方法、异形桩及制作方法。

本发明的实施例提供一种多瓣梅花形桩的横截面构建方法，包括以下步骤：步骤101：取半径各异且同心的三个圆，所述三个圆由外至内分别为外圆、中圆和内圆，由圆心引出4n条射线，其中n为大于1的整数，所述4n条射线与所述外圆的4n个交点分别为O_外1、O_外2、O_外3、…、O_外4n，所述4n条射线与所述中圆的4n个交点分别为O_中1、O_中2、O_中3、…、O_中4n，所述4N条射线与所述内圆的4n 个交点分别为O_内1、O_内2、O_内3、…、O_内4n，且O_内4(k-1)+i、O_中4(k-1)+i和O_外4(k-1)+i等角标数字相同的点位于同一条射线，其中，k依次取1、2、…、n，i依次取1、2、3、4；步骤102：采用三点共圆原理，依次以交点O _中4(k-1)+1、O _外4(k-1)+2、O _中4(k-1)+3为基准点画凸弧，其中k依次取1、2、…、n，共n个所述凸弧；

步骤103：采用三点共圆原理，依次以交点O _中4k-1、O _内4k、O _中4k+1为基准点画凹弧，其中k依次取1、2、…、n，共n个所述凹弧，其中，O_中1与O _中4k+1为两个点重合；

步骤104：n个所述凸弧与n个所述凸弧交错连接，组成桩的横截面的多瓣梅花形。

进一步地，相邻的所述凸弧和所述凹弧相互流线型连接以提高桩的承载力和桩身强度，防止应力集中。

进一步地，相邻的所述凸弧和所述凹弧之间的夹角为360°/n。

进一步地，所述外圆的半径与所述中圆的半径之差等于所述中圆的半径与所述内圆的半径之差。

本发明的实施例提供一种钢筋混凝土异形桩，其横截面采用上述的多瓣梅花形桩的横截面构建方法构建，其包括钢筋骨架和填充于所述钢筋骨架间的混凝土，所述钢筋骨架包括顶点钢筋骨架和中点钢筋骨架，所述顶点钢筋骨架、所述中点钢筋骨架和所述横截面的所述凸弧的数量均为n，所述顶点钢筋骨架和所述中点钢筋骨架分别位于所述凸弧的对称轴上和所述凹弧的对称轴上，且一所述中点钢筋骨架位于与之相邻的二所述顶点钢筋骨架之间的中点处。

本发明的实施例提供一种钢筋混凝土异形桩的制作方法，包括以下步骤：

步骤601：将钢筋模板的横截面按照上述的多瓣梅花形桩的横截面构建方法进行构建；

步骤602：将钢筋骨架按照规定放置于所述钢筋模板内；

步骤603：将所述钢筋骨架和所述钢筋模板竖直放置，然后竖直浇筑混凝土，形成异形桩。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明中，相邻的所述凸弧和所述凹弧相互流线型连接，可以极大的提高桩的承载力和桩身强度，有效的防止了应力集中现象，有助于延长桩的使用寿命。

附图说明

图1是本发明多瓣梅花形桩的横截面构建方法中的三瓣梅花形桩横截面的设计过程图；

图2是本发明多瓣梅花形桩的横截面构建方法中的四瓣梅花形桩横截面的设计过程图；

图3是本发明多瓣梅花形桩的横截面构建方法中的五瓣梅花形桩横截面的设计过程图；

图4是本发明多瓣梅花形桩的横截面构建方法中的六瓣梅花形桩横截面的设计过程图；

图5是采用本发明多瓣梅花形桩的横截面构建方法构建出的桩的横截面图；

图6是图1中外圆与中圆的半径之差和中圆与内圆的半径之差不同的对比图；

图7是图2中外圆与中圆的半径之差和中圆与内圆的半径之差不同的对比图；

图8是图3中外圆与中圆的半径之差和中圆与内圆的半径之差不同的对比图；

图9是图4中外圆与中圆的半径之差和中圆与内圆的半径之差不同的对比图；

图10是本发明钢筋混凝土异形桩的横截面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1至图4，本发明的实施例提供了一种多瓣梅花形桩的横截面构建方法，包括以下步骤：

步骤101：取半径各异且同心的三个圆1、2、3，所述三个圆1、2、3由外至内分别为外圆1、中圆2和内圆3，由圆心均匀的引出4n条射线4，使任一相邻两条所述射线4之间的夹角相等，其中n为大于1的整数，所述4n条射线4与所述外圆1的4n个交点分别为O_外1、O_外2、O_外3、…、O_外4n，所述4n条射线4与所述中圆2的4n个交点分别为O_中1、O_中2、O_中3、…、O_中4n，所述4n条射线4与所述内圆3的4n个交点分别为O_内1、O_内2、O_内3、…、O_内4n，且O_内4(k-1)+i、O_中4(k-1)+i和O_外4(k-1)+i等角标数字相同的点位于同一条射线，其中k依次取1、2、…、N，i依次取1、2、 3、4。

步骤102：采用三点共圆原理，以交点O _中4(k-1)+1、O _外4(k-1)+2、O _中4(k-1)+3为基准点画凸弧5，其中k依次取1、2、…、n，共n个所述凸弧5。即将所述外圆1和所述中圆2上的点总共分为N组，这n组分别为：O_中1、O_外2、O_中3，O_中4、 O_外5、O_中6，……，O _中4(k-1)+1、O _外4(k-1)+2、O _中4(k-1)+3。用三点画圆的原理，连接每组中的三个点，使同一组的三个点落入同一凸弧5中。

步骤103：采用三点共圆原理，以交点O _中4k-1、O _内4k、O _中4k+1为基准点画凹弧6，其中k依次取1、2、…、n，共n个所述凹弧6。即将所述中圆2和所述内圆3上的点总共分为n组，这n组分别为：O_中3、O_外4、O_中5，O_中6、O_外7、O_中8，……，O _中4k-1、O _内4k、O _中4k+1，其中，点O _中4k+1与点O_中1重合。用三点画圆的原理，连接每组中的三个点，使同一组的三个点落入同一凹弧6中。

步骤104：n个所述凸弧5与n个所述凸弧6交叉连接，组成桩的横截面的多瓣梅花形，且相邻的所述凸弧5和所述凹弧6相互流线型连接以提高桩的承载力和桩身强度，防止应力集中。由于任一相邻两条所述射线4之间的夹角相等，故相邻的所述凸弧5和所述凹弧6之间的夹角为360°/n，即梅花形结构均匀且对称，有利于使桩受力均匀、进一步防止应力集中、进一步提高桩的承载力和桩身强度。所述外圆1的半径与所述中圆2的半径之差ΔH₁等于所述中圆2 的半径与所述内圆3的半径之差ΔH₂，但是不以此为限。

请参照图5，根据n＝3、4、5、……、K时，所述桩的梅花花瓣的瓣数则是 3、4、5、……、K，K为大于或等于3的整数。根据工程对桩的比表面积的需要，设计所述桩的梅花花瓣数量，以使所述桩的桩身对周围土层的包裹性更大，从而使桩身的抗扭承载力、抗弯承载力得到显著提高。请参照图6至图9，根据工程需要，设计ΔH₁和ΔH₂的大小，也可以改变所述桩的梅花花瓣的形状，即改变梅花花瓣的周长，从而能够进一步改变桩的周长面积比，进一步提高所述桩的性能。

请参照图10，本发明的实施例提供一种钢筋混凝土异形桩，其横截面采用上述的多瓣梅花形桩的横截面构建方法构建，包括钢筋骨架7、8和填充于所述钢筋骨架7、8间的混凝土10，所述钢筋骨架7、8包括顶点钢筋骨架8和中点钢筋骨架7，所述顶点钢筋骨架8、所述中点钢筋骨架7和所述横截面的所述凸弧5的数量均为N，所述顶点钢筋骨架8和所述中点钢筋骨架7分别位于所述凸弧5的对称轴上和所述凹弧6的对称轴上，且一所述中点钢筋骨架7位于与之相邻的二所述顶点钢筋骨架8之间的中点处，且所述所述中点钢筋骨架7和所述顶点钢筋骨架8通过捆筋10捆绑连接。本发明的实施例提供的所述钢筋混凝土异形桩的周长面积比较大，所用材料较少，充分发挥了桩身混凝土与钢筋的作用；桩截面整体呈现流线型，没有应力集中现象，提高了桩身的强度。

所述的钢筋混凝土异形桩的制作方法，包括以下步骤：

步骤601：将钢筋模板的横截面按照上述的多瓣梅花形桩的横截面的构建方法进行构建；

步骤602：将钢筋骨架7、8按照规定放置于所述钢筋模板内；

步骤603：将所述钢筋骨架7、8和所述钢筋模板竖直放置，然后竖直浇筑混凝土，形成异形桩。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明中，相邻的所述凸弧5和所述凹弧6相互流线型连接，可以极大的提高桩的承载力和桩身强度，有效的防止了应力集中现象，有助于延长桩的使用寿命。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多瓣梅花形桩的横截面构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤101：取半径各异且同心的三个圆，所述三个圆由外至内分别为外圆、中圆和内圆，由圆心引出4n条射线，其中n为大于1的整数，所述4n条射线与所述外圆的4n个交点分别为O_外1、O_外2、O_外3、…、O_外4n，所述4n条射线与所述中圆的4n个交点分别为O_中1、O_中2、O_中3、…、O_中4n，所述4n条射线与所述内圆的4n个交点分别为O_内1、O_内2、O_内3、…、O_内4n，且O_内4(k-1)+i、O_中4(k-1)+i和O_外4(k-1)+i位于同一条射线上，其中，k依次取1、2、…、n，i依次取1、2、3、4；

步骤102：采用三点共圆原理，依次以交点O _中4(k-1)+1、O _外4(k-1)+2、O _中4(k-1)+3为基准点画凸弧，其中k依次取1、2、…、n，共n个所述凸弧；

步骤103：采用三点共圆原理，依次以交点O _中4k-1、O _内4k、O _中4k+1为基准点画凹弧，其中k依次取1、2、…、n，共n个所述凹弧，其中，O_中1与O _中4k+1为两个点重合；

步骤104：n个所述凸弧与n个所述凸弧交错连接，组成桩的横截面的多瓣梅花形。

2.如权利要求1所述的多瓣梅花形桩的横截面构建方法，其特征在于：相邻的所述凸弧和所述凹弧相互流线型连接以提高桩的承载力和桩身强度，防止应力集中。

3.如权利要求1所述的多瓣梅花形桩的横截面构建方法，其特征在于：相邻的所述凸弧和所述凹弧之间的夹角为360°/n。

4.如权利要求1所述的多瓣梅花形桩的横截面构建方法，其特征在于：所述外圆的半径与所述中圆的半径之差等于所述中圆的半径与所述内圆的半径之差。

5.一种钢筋混凝土异形桩，其特征在于：其横截面采用权利要求1至4任一项所述的多瓣梅花形桩的横截面构建方法构建，其包括钢筋骨架和填充于所述钢筋骨架间的混凝土，所述钢筋骨架包括顶点钢筋骨架和中点钢筋骨架，所述顶点钢筋骨架、所述中点钢筋骨架和所述横截面的所述凸弧的数量均为n，所述顶点钢筋骨架和所述中点钢筋骨架分别位于所述凸弧的对称轴上和所述凹弧的对称轴上，且一所述中点钢筋骨架位于与之相邻的二所述顶点钢筋骨架之间的中点处。

6.一种钢筋混凝土异形桩的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤601：将钢筋模板的横截面按照权利要求1至4任一项所述的多瓣梅花形桩的横截面构建方法进行构建；

步骤602：将钢筋骨架按照规定放置于所述钢筋模板内；

步骤603：将所述钢筋骨架和所述钢筋模板竖直放置，然后竖直浇筑混凝土，形成异形桩。