CN107653873A - 雌雄同体桩 - Google Patents
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Abstract
本发明引入时间维度，尝试动态改变桩身形状的创新，提出一种雌雄同体桩及其施工方法，雌桩和雄桩分别称之为母桩和公桩，母桩桩身侧面带有销孔和/或凹槽，公桩桩身侧面带有销板，先将公桩的销板缩回母桩的销孔和/或进入母桩凹槽，置于公桩与母桩围合的桩身内部，再将公桩和母桩的组合体置于地基土中，然后对公桩、和/或母桩、和/或销板施加外力，使得销板穿过销孔伸出进入地基土中，和/或从凹槽进入地基土中，公桩和母桩的相对位移可归纳为三种形式：销板平移进出销孔；销板转动进出凹槽；销板平移进出凹槽。
Description
技术领域
本发明属于土木建筑与岩土工程领域，尤其涉及一种分别带有销板、销孔和/或凹槽的雌雄同体桩及其使用方法。
背景技术
通常情况下，桩的抗拔力或侧阻力来自于桩身与土之间的摩擦力，取决于桩土接触面的摩擦系数和不同深度的土对桩的压应力。为了提高桩的抗拔力或侧阻力，采取的常规措施一是增大桩长，二是改善桩土的接触状态，特别是应当尽量避免使用旋挖泥浆护壁的施工工艺、以及桩身极为光滑的预制桩。
更加有效的方法是改变桩身的纵断面，例如光滑的桩身改造为带有螺纹、支盘等凹凸不平的形状，桩身侧面的接触状态由桩-土摩擦的初级状态提升为土-土剪切的高级状态。
在改变桩身纵断面的既有技术中，以及改变桩身横断面等其他其他传统的基桩创新方式中，桩身纵横断面的形状都是静态的，例如，彭桂皎的发明专利复式挤扩桩成桩工法及复式挤扩成桩设备（201310515642.0）利用复式挤扩成桩设备的复式挤扩钻具钻进挤扩成孔，在上旋提升时复式挤扩钻具的扩大体张开挤扩，同时启动混凝土泵向桩孔内压灌桩材至桩顶标高为止，得到复式挤扩桩，通俗地说，就是“钻机去是小孔，拔出来是大桩”，甚至该发明的工艺还可以实现桩身形状的任意改变，即在上旋提升时复式挤扩钻具的扩大体张开挤扩不同的尺寸，从而在桩身形成类似支盘的糖葫芦状。
但是，任意改变之后的桩身仍然是静态的，也就是说，桩身形状一旦形成，就不再改变，用更精准的科学语言可以这样描述：传统基桩创新研究局限在长、宽、高的三维物理空间，缺乏第四个维度：时间。
发明内容
本专利申请引入时间维度，开始尝试动态改变桩身形状的创新。
本专利申请提出一种雌雄同体桩及其施工方法，所述雌雄同体桩至少包括一对雌桩和雄桩，所述雌桩和雄桩分别称之为母桩和公桩，所述母桩（即雌桩）和公桩（即雄桩）沿桩身纵向靠近和/或接触布置，母桩桩身侧面带有销孔和/或凹槽，公桩桩身侧面带有销板，销板的位置与销孔和/或凹槽的位置相对应，销孔或凹槽的截面尺寸大于销板，外力作用于公桩、和/或母桩、和/或销板产生运动，其中，公桩与销板为相互带动的牵连运动，所述外力包括竖向力、水平力、扭矩力矩及其组合，所述运动包括旋转和平移，所述平移包括竖向和水平移动，运动改变公桩、母桩的相对位置，带动销板伸出、缩回销孔和/或凹槽，所述雌雄同体桩的施工方法包括步骤：
S1，公桩的销板缩回母桩的销孔和/或进入母桩凹槽，置于公桩与母桩围合的桩身内部；
S2，施加外部作用、将销板缩回销孔和/或进入凹槽状态的公桩和母桩的组合体置于地基土中；
S3，对公桩、和/或母桩、和/或销板施加外力，使得销板穿过销孔伸出进入地基土中，和/或从凹槽进入地基土中。
其中，将公桩和母桩的组合体置于地基土中的方式包括锤击、静压、振冲等。
总的来说，公桩和母桩的相对位移可归纳为三种形式：销板平移进出销孔；销板转动进出凹槽；销板平移进出凹槽。
施加外力的方式包括固体、液体、气体的冲击、敲打、震动、挤压、提拔、旋转、晃动、摇摆及其组合，施加外力的位置包括桩头、和/或桩身和/或桩脚。
施加外力的来源包括地基土的挤压力，例如通过静力压桩将预制的公桩和母桩的组合体压入地基土中，会产生很大的挤入效应，地基土的压力挤压公桩和母桩，会将公桩和母桩的桩身贴近，并使得销板穿过销孔进入地基土中，这样一方面消减了挤入效应的弊端，又提高了静压桩的承载力。
另外，转动公桩的方法可采用在顶部设置水平加长杆，转动水平加长杆使得公桩转动，带动销板伸出、缩回销孔和/或凹槽。
优选的，雌雄同体桩使用完毕后，将其从地基土中取出，所述施工方法还包括步骤：
S4，对公桩、和/或母桩、和/或销板施加外力，使得销板从地基土中缩回销孔，和/或从地基土中进入凹槽，置于公桩和/或母桩围合的桩身内部；
S5，施加外部作用，将公桩和母桩的组合体从地基土中取出。
优选的，母桩内部中空，或者若干母桩和/或公桩围合的组合体内部中空，或者还带有挡板围合在公桩和/或母桩的侧面形成内部中空。
中空的目的是便于对销板施加较小的力进出销孔，或提供一个对销板施加外力、产生位移的空间，例如，母桩采用空心桩、公桩为竖板，同一横断面上的销板长度与公桩厚度之和等于母桩内径、母桩壁厚、公桩厚度三者之和，销板完全缩回销孔后、销板端部搭在母桩销孔孔壁上。
优选的，所述公桩的销板相对于桩身纵向带有设定的倾斜角度和/或弧度，母桩销孔和/或凹槽的位置、尺寸、角度和/或弧度相应调整。
通过带有倾斜角度和/或弧度，可以使用施工设备的竖向的拔力或压力对公桩施加外力，如果桩主要作为抗拔桩使用，则倾斜角度和/或弧度向上，如果桩主要作为受压桩使用，则倾斜角度和/或弧度向下。
优选的，销板与公桩的连接方法为铰接，公桩桩身侧面与销板之间带有铰接轴或铰接球，销板通过铰的转动进行折叠和展开，销板折叠缩回销孔和/或凹槽，销板展开伸出销孔和/或凹槽。
优选的，销板采用弹性材料制作，所述弹性材料包括弹簧钢，公桩带动弹性材料形变时销板缩回销孔和/或凹槽，公桩带动弹性材料完全或部分恢复原状时销板伸出销孔和/或凹槽。
销板铰接或弹性材料，都可以实现在较小的空间内预先放置较长的销板。
优选的，施工方法的设备中包括若干不同宽度和厚度的楔子板，楔子板一端平厚、一端扁锐，将楔子板的扁锐端插入公桩与母桩之间，敲击或挤压楔子板，使得公桩和母桩之间产生相对的水平位移，带动销板伸出、缩回销孔。
优选的，全部或部分销板用液压杆或气压杆代替，液压杆或气压杆伸缩带动公桩和母桩产生相对位移。
全部或部分销板用液压杆或气压杆代替，尤其适用于销板平移进出凹槽的形式，液压杆或气压杆收缩、公桩的销板与母桩的凹槽咬合贴近、从而以较小的外部桩径进入地基土中，然后液压杆或气压杆伸长，带动公桩和母桩分离，进而形成较大的外部桩径。
优选的，雌雄同体桩的组合体中，包括一公一母、一公多母、多公一母、多公多母、互为公母的组合形式，所述互为公母即：在一对雌桩和雄桩中，每个桩均既带有销孔和/或凹槽、又带有销板，各自销板的位置与对方销孔和/或凹槽的位置分别相互对应，各自的销板伸出、缩回对方的销孔和/或凹槽。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1-图19是本发明若干实施例的结构示意图，附图编号及说明如下：
100 公桩
101 销板
200 母桩
201 销孔
202 凹槽
300 挡板，或桩的外壁
400 倾斜角度和/或弧度
500 铰接轴或铰接球
601 弹性材料形变
602 弹性材料恢复
700 楔子板
701 插入楔子板带动销板伸出销孔的位置
702 插入楔子板带动销板缩回销孔的位置
800 同时带有销孔和销板的桩之一
900 同时带有销孔和销板的桩之二
图1-图3是公桩和母桩相对位移的三种状态示意图，图中公桩100及其销板101填充双螺旋的DNA图案，母桩200填充蜂巢的连续六边形图案。
图1为公桩100的销板101平移进出母桩200的销孔201的示意图；
图2为公桩100的销板101转动进出母桩200的凹槽202的示意图；
图3为公桩100的销板101平移进出母桩200的凹槽202的示意图。
图1左图为公桩100与母桩200适当分开的状态，公桩100的销板101进入到母桩200的销孔201大约一半的位置，为便于标注销孔201，图1左图中未将销板101的端部贴近销孔201的边缘；图1右图为公桩与母桩贴紧的状态，显示公桩100的销板101穿过母桩200的销孔201，箭头符号表示力和平移的方向。
图2左图为公桩100的的销板101进入母桩200的凹槽202的状态，为便于标注凹槽202，公桩100的销板101未完全进入母桩200的凹槽202；图2右图为公桩100的的销板101转出母桩200的凹槽202的状态，桩顶带箭头的弧形符号标识力矩和转动的方向。
图3左图为公桩100的的销板101进入母桩200的凹槽202的状态，为便于标注凹槽202，公桩100的销板101未完全进入母桩200的凹槽202；图3右图为公桩100的的销板101伸出母桩200的凹槽202的状态，箭头符号表示力和平移的方向。
图4为销板相对于桩身纵向带有设定的倾斜角度和/或弧度400的示意图，图4中公桩100及其销板101填充双螺旋的DNA图案，图4中倾斜角度和/或弧度400的方向为向上。
图4左图为公桩100与母桩200适当分开的状态，销板101的端部贴近销孔201的边缘，销板101完全进入并填充销孔201，因而无法明显地显示销孔201；图4右图为公桩与母桩逐渐贴近的状态，销板101已部分穿过销孔201，箭头符号表示力和平移的方向。
图5为销板带有铰接轴或铰接球500的示意图，图5中公桩100及其销板101填充双螺旋的DNA图案。
图5左图为公桩100与母桩200适当分开的状态，同时销板101围绕铰500转动、适当折叠，销板101的端部贴近销孔201的边缘，销孔201开孔尺寸较大；图5右图为公桩与母桩逐渐贴近的状态，销板101已部分穿过销孔201，同时销板101围绕铰500转动、展开。箭头符号表示力和平移的方向。
图6为销板销板采用弹性材料制作的示意图，图6中仅将销板101填充为黑色，由于销板101的端部贴近销孔201的边缘、销板101完全进入并填充销孔201，因而无法明显地显示销孔201。
图6左图为销板101的弹性材料产生形变601的状态；图6右图为为销板101的弹性材料形变恢复602的状态，同时销板101穿过销孔201，箭头符号表示力和平移的方向。
图7为销板销板采用弹性材料制作、且一公双母的示意图，图7左图为销板101的弹性材料产生形变601的状态；图7右图为为销板101的弹性材料形变恢复602的状态，同时销板101穿过销孔201，箭头符号表示力和平移的方向。
图8-图12为带有楔子板700的示意图，图中公桩100及其销板101填充为黑色，销板101完全进入并填充销孔201，因而无法明显地显示销孔201，其中图12的剖面图中销板101不填充，由于是剖面图，未显示并标识销孔201，母桩200填充蜂巢的连续六边形图案，土中箭头表示楔子板作用的方向。
图8为楔子板700准备插入；图9为较薄的楔子板700插入，使得销板101伸出销孔201；图10为较厚的楔子板700插入，销板101伸出销孔201的长度增加；图10为楔子板700插入使得销板101伸出缩回201；图12为带有楔子板700的剖面图。
图12上图为销板101缩回销孔101的状态，图12下图为销板101部分伸出销孔101的状态，图12上图中701标识楔子板插入带动销板伸出销孔的位置，图12上图中702标识楔子板插入带动销板缩回销孔的位置。
图13-图18为一组销板201转动进出凹槽的示意图，均为桩身横截面的剖面图，图13-图18中公桩100填充为黑色，母桩200未填充，销板101也未填充，由于是剖面图，未显示并标识凹槽202，图13-图18中带箭头的弧形符号标识力矩和转动的方向。
需要特别说明的是，母桩200未填充黑色或图案不代表母桩必然为空心桩，只是为了图示清晰而未填充黑色或图案，母桩200既可以是空心桩、也可以是实心桩。
图13为公桩100位于母桩200内部的示意图，图13上图销板101缩回凹槽202，图13下图销板101伸出凹槽202。
图14为公桩100位于母桩200外部的示意图，图14上图销板101缩回凹槽202，图14下图销板101伸出凹槽202。
图15、图16为一公双母的示意图，图15销板101缩回凹槽202，图16销板101伸出凹槽202。
图17、图18为一母双公的示意图，图17销板101缩回凹槽202，图18销板101伸出凹槽202。
图19为互为公母的示意图，图19中为一对各自同时带有销孔和销板的桩800和900，分别填充为45度斜线和负45度斜线。
图19左图中为一对各自既带有销孔、又带有销板的桩800和900适当分开的状态，各自的销板101进入对方的销孔201大约一半的位置，为便于标注销孔201，图19左图中未将销板101的端部贴近销孔201的边缘；图19右图为一对既带有销孔、又带有销板的桩800和900贴紧的示意图，显示各自的销板101分别穿过对方的销孔201，箭头符号表示力和平移的方向。
Claims (9)
1.一种雌雄同体桩及其施工方法，其特征在于：所述雌雄同体桩至少包括一对雌桩和雄桩，所述雌桩和雄桩分别称之为母桩和公桩，所述母桩（即雌桩）和公桩（即雄桩）沿桩身纵向靠近和/或接触布置，母桩桩身侧面带有销孔和/或凹槽，公桩桩身侧面带有销板，销板的位置与销孔和/或凹槽的位置相对应，销孔或凹槽的截面尺寸大于销板，外力作用于公桩、和/或母桩、和/或销板产生运动，其中，公桩与销板为相互带动的牵连运动，所述外力包括竖向力、水平力、扭矩力矩及其组合，所述运动包括旋转和平移，所述平移包括竖向和水平移动，运动改变公桩、母桩的相对位置，带动销板伸出、缩回销孔和/或凹槽，所述雌雄同体桩的施工方法包括步骤：
S1，公桩的销板缩回母桩的销孔和/或进入母桩凹槽，置于公桩与母桩围合的桩身内部；
S2，将销板缩回销孔和/或进入凹槽状态的公桩和母桩的组合体置于地基土中；
S3，对公桩、和/或母桩、和/或销板施加外力，使得销板穿过销孔伸出进入地基土中，和/或从凹槽进入地基土中。
2.如权利要求1所述的一种雌雄同体桩及其施工方法，其特征在于：雌雄同体桩使用完毕后，将其从地基土中取出，所述施工方法还包括步骤：
S4，对公桩、和/或母桩、和/或销板施加外力，使得销板从地基土中缩回销孔，和/或从地基土中进入凹槽，置于公桩和/或母桩围合的桩身内部；
S5，施加外部作用，将公桩和母桩的组合体从地基土中取出。
3.如权利要求1、权利要求2所述的一种雌雄同体桩及其施工方法，其特征在于：母桩内部中空，或者若干母桩和/或公桩围合的组合体内部中空，或者还带有挡板围合在公桩和/或母桩的侧面形成内部中空。
4.如权利要求1、权利要求2所述的一种雌雄同体桩及其施工方法，其特征在于：所述公桩的销板相对于桩身纵向带有设定的倾斜角度和/或弧度，母桩销孔和/或凹槽的位置、尺寸、角度和/或弧度相应调整。
5.如权利要求1、权利要求2所述的一种雌雄同体桩及其施工方法，其特征在于：销板与公桩的连接方法为铰接，公桩桩身侧面与销板之间带有铰接轴或铰接球，销板通过铰的转动进行折叠和展开，销板折叠缩回销孔和/或凹槽，销板展开伸出销孔和/或凹槽。
6.如权利要求1、权利要求2所述的一种雌雄同体桩及其施工方法，其特征在于：销板采用弹性材料制作，所述弹性材料包括弹簧钢，公桩带动弹性材料形变时销板缩回销孔和/或凹槽，公桩带动弹性材料完全或部分恢复原状时销板伸出销孔和/或凹槽。
7.如权利要求1、权利要求2所述的一种雌雄同体桩及其施工方法，其特征在于：所述施工方法的设备中包括若干不同宽度和厚度的楔子板，楔子板一端平厚、一端扁锐，将楔子板的扁锐端插入公桩与母桩之间，敲击或挤压楔子板，使得公桩和母桩之间产生相对的水平位移，带动销板伸出、缩回销孔。
8.如权利要求1、权利要求2所述的一种雌雄同体桩及其施工方法，其特征在于：全部或部分销板用液压杆或气压杆代替，液压杆或气压杆伸缩带动公桩和母桩产生相对位移。
9.如权利要求1、权利要求2所述的一种雌雄同体桩及其施工方法，其特征在于：雌雄同体桩的组合体中，包括一公一母、一公多母、多公一母、多公多母、互为公母的组合形式，所述互为公母即：在一对雌桩和雄桩中，每个桩均既带有销孔和/或凹槽、又带有销板，各自销板的位置与对方销孔和/或凹槽的位置分别相互对应，各自的销板伸出、缩回对方的销孔和/或凹槽。
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