CN111733807A - 一种用于砼桩的锥筒及砼桩 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于砼桩的锥筒，所述锥筒由筒壁合围形成，与砼桩的桩体适配，用于连接砼桩的桩体，所述锥筒的底部外径小于锥筒的顶部外径，锥筒的外壁面为与锥筒的中心轴线呈＜45°夹角的锥面。本发明还提供了一种砼桩，包括砼桩的桩体及所述的用于砼桩的锥筒，所述用于砼桩的锥筒与砼桩的桩体连接，锥筒的锥面朝向桩孔底部。本发明提供的锥筒，安装后该锥筒中心与砼桩的中心轴线重合，利用锥面与砼桩中心轴线的夹角和锥面朝下的倾向，当砼桩向下沉降时，锥筒在环绕砼桩轴线360°的全方位使桩孔孔壁与锥面之间的砼产生直接的、强烈的挤压，砼与桩孔孔壁产生巨大的正压力，正压力产生巨大的摩阻力，阻挡砼桩的下沉，使砼桩承载力提高，沉降减小。

Description

一种用于砼桩的锥筒及砼桩

技术领域

本发明涉及砼桩技术领域，尤其涉及一种用于砼桩的锥筒及具有该锥筒的砼桩。

背景技术

砼桩广泛应用于房屋建设中。承载力是桩的一个非常重要的性能指标。砼桩与桩孔孔壁岩土的摩阻力是砼桩承载力的主要来源。摩阻力一般较小，为了提高承载力，只有加大桩的直径和长度，这样很不经济。另一方面，砼桩施工工艺大多是先钻孔，再放入钢筋笼，最后浇注砼。由于桩孔孔底一般都有沉渣，沉渣对砼桩的承载力和沉降有较大的负面影响，如何消除沉渣的影响一直是一个难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明首先提供了一种用于砼桩的锥筒，可提高砼桩与桩孔孔壁的摩阻力，消除或减小桩底沉渣的影响。

本发明首先提供了一种用于砼桩的锥筒，所述锥筒由筒壁合围形成，与砼桩的桩体适配，用于连接所述砼桩的桩体，所述锥筒的底部外径小于所述锥筒的顶部外径，所述锥筒的外壁面为锥面，所述锥面与所述锥筒的中心轴线的夹角＜45°。

进一步地，所述锥面与所述锥筒的中心轴线的夹角＜22°。

进一步地，所述筒壁内腔设有可让混凝土浇筑时透过的支承部。

具体地，所述支承部为沿所述筒壁内腔交叉设置的十字形支承筋；或者，所述支承部为沿所述筒壁内腔交叉设置的米字形支承筋；或者，所述支承部为沿所述筒壁内腔交叉设置且带有支承环的米字形支承筋；或者，所述支承部为沿所述筒壁内腔横向设置的支撑条或支撑板。

具体地，所述锥面上还覆设有减阻层。

进一步地，所述减阻层为喷涂层、油膜层、塑料薄膜层或纸质层。

本发明还提供了一种砼桩，其包括砼桩的桩体及上述所述的用于砼桩的锥筒，所述砼桩的桩体包括钢筋笼，所述用于砼桩的锥筒与所述钢筋笼连接，所述锥筒的锥面朝向桩孔底部。

具体地，所述锥筒连接在所述钢筋笼的底部或/和所述钢筋笼的中部，当所述锥筒连接在所述钢筋笼的底部时，所述用于砼桩的锥筒的顶部与所述钢筋笼的底部对接；当所述锥筒连接在所述钢筋笼的中部时，所述用于砼桩的锥筒套设在所述钢筋笼的纵筋的外壁。

本发明具有下列技术效果：

本发明提供的锥筒，安装后该锥筒中心与砼桩的中心轴线重合，利用锥面与砼桩中心轴线的夹角和锥面朝下的倾向，当砼桩向下沉降时，锥筒在环绕砼桩轴线360°的全方位使桩孔孔壁与锥面之间的砼产生直接的、强烈的挤压，砼与桩孔孔壁产生巨大的正压力，正压力产生巨大的摩阻力，阻挡砼桩的下沉，使砼桩承载力提高，沉降减小。

本发明提供的锥筒，由于其中心是通透结构，浇筑混凝土时，混凝土可以从锥筒底部向上流动，或者从锥筒顶部向下流动，以保证混凝土浇筑不留空洞或蜂窝麻面，确保砼桩质量。

本发明提供的砼桩，桩体采用钢筋笼，通过在钢筋笼底部或/和中部安装上述所述的锥筒，当砼桩受力时，力可以通过钢筋笼更多地传递到锥筒，使锥筒的挤压作用较早得到充分发挥。

本发明提供的砼桩，利用锥筒的挤压效果，可提高砼桩的承载力，减少桩基沉降，克服了桩底沉渣带来的沉降大的缺点，还可以减小砼桩的直径和长度，节省砼桩成本。

附图说明

图1A-1B为本发明锥筒实施例一结构示意图；

图2A-2B为本发明锥筒实施例二结构示意图；

图3为本发明锥筒实施例三结构示意图；

图4为本发明锥筒实施例四结构示意图；

图5为本发明锥筒实施例五结构示意图；

图6为本发明锥筒实施例六结构示意图；

图7为本发明锥筒实施例一连接在桩体底部的示意图；

图8为本发明锥筒实施例一连接在在桩体底部后置于桩孔内的示意图(含受力状态)；

图9为本发明锥筒实施例一连接在桩体中部后置于桩孔内的示意图。

其中：

1—锥筒； 11—筒壁； 111—底部；

112—顶部； 113—锥面； 114—中心孔；

115—支承部； 116—支承环； 117—减阻层；

2—桩体； 21—钢筋笼； 211—纵筋；

212—箍筋； 22—砼； 221—锥面外侧的砼。

23—桩体上端； 24—桩体下端；

3—桩孔； 31—桩孔孔口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”“位于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本发明实施例中的“上端”、“下端”、“内壁”、“外壁”、“顶部”、“底部”、“侧向”、“侧面”、“外侧”、“轴线”、“轴向”、“横向”等用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，或者是基于附图展示的位置而参考的，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不应该认为是具有限制性的。

参见图1-图6，本发明首先提供了一种用于砼桩的锥筒1，所述锥筒1由筒壁11合围形成，与砼桩的桩体2适配，用于连接砼桩的桩体2，所述锥筒1包括顶部112、底部111以及由顶部112和底部111之间形成的外壁面，所述的筒壁11合围后其内腔为中心孔114，所述底部111外径小于顶部112的外径，使外壁面形成与锥筒11的中心轴线C-C(亦为中心孔111的中心线)呈夹角α的锥面113。所述顶部112的截面为空心的圆形、三角形、四边形或多边形，底部111的截面可为空心的圆形、三角形、四边形或多边形，锥面113为环绕锥筒11的中心轴线C-C的圆锥面、三角形锥面、四边形锥面或多边形锥面，筒壁11为圆锥筒、三棱锥筒、四棱锥筒或多边形锥筒结构。参见图7-图9，所述锥筒1与砼桩的桩体2连接，置于桩孔3内后，锥筒1的顶部112朝向砼桩的桩体上端23(位于桩孔孔口31位置的一端)，锥筒1的底部111朝向桩孔3的底部，锥面113朝向桩孔3的底部且亦朝向桩孔3的孔壁。当砼桩受压时，桩体2的力传递给锥筒1，锥筒1向下位移，锥面113作为承载面，在环绕砼桩的桩体2呈360°的全方位沿锥面113法线向桩孔3的孔壁对环绕该锥面外侧的砼221(图8、图9所示的环绕锥面113外侧的砼acbd)直接径向挤压，将力传递给桩孔3孔壁的岩土体，使锥面外侧的砼221(即图8、图9所示的环绕锥面113外侧的砼acbd)与桩孔3孔壁之间产生正压力P0，正压力所产生的摩阻力阻挡桩体2下沉，使砼桩的承载力得到大幅度提高，沉降减小。

本发明锥筒1连接在桩体2上置于桩孔3内，注于桩孔3内的砼22在锥面113外侧凝固形成契形的锥面外侧的砼221(固体砼)，与锥面113契形配合，可以达到独特的受力效果和自锁机制。

图8展示了本发明锥筒1在桩孔3内的受力状态。锥筒1连接在桩体2上，锥筒1中心轴线C-C与桩体2中心轴线重合，也与砼桩的中心轴线重合，锥面113与锥体11中心轴线C-C的夹角α等于锥面113与桩体2中心轴线的夹角。图中：

T—桩体2对锥筒1的压力，

P—压力T在锥面113的法向分力，P＝Tsinα；

Q—压力T在锥面113的切向分力，Q＝Tcosα；

f—锥面113与锥面外侧的砼221之间的摩擦系数，一般f＜1；

F—由力P产生的锥面113与锥面外侧的砼221之间的摩擦力，F＝Pf。

当锥面113与锥体11的中心轴线C-C的夹角α＜45°时，Q＞P＞F，即锥面113上的切向分力Q大于摩擦力F，在压力T的作用下，随着压力T的逐渐增大，Q-F(Q和F之间的差值)逐渐增大，当克服初始阻力之后，锥筒1相对于锥面外侧的砼221(图8、图9所示的砼acbd)将沿锥面113产生向下的相对位移，锥面113与锥面外侧的砼221(亦即图8、图9所示的砼acbd)呈契形配合，锥筒1对锥面外侧的砼221将产生强烈的挤压效果，并且会越挤越紧，直至自锁。

由于锥面113与锥筒1中心轴线的夹角小于45°，锥面113相对于锥面外侧的砼221(图8、图9中的砼acbd)可以产生向下的相对位移，锥面113与桩孔3孔壁之间的锥面外侧的砼221(亦即图8、图9中的砼acbd)受到锥面113和桩孔3孔壁的包夹和挤压，其效果之一是该部分锥面外侧的砼221密实度和多向受力的强度得到提高，又反过来阻止锥筒1继续位移，阻止桩体2下沉；之二是这部分锥面外侧的砼221与桩孔3孔壁之间的正压力大幅度增大，砼桩的摩擦力大幅度增大，砼桩的承载力大幅度提高，尤其是当桩孔3孔壁为岩石或坚硬土质时，包夹和挤压效果强烈，砼桩的承载力可以得到极大的提高，还可以实现自锁，即随着砼桩的载荷增加，挤压效应同步提高，砼桩的承载力同步提高，使砼桩的承载力总是大于砼桩的荷载。

作为本发明的锥筒1设计结构的优选，锥面113与锥体11的中心轴线C-C夹角α＜22°。锥面外侧的砼221与桩孔3的孔壁的摩阻力也是影响锥筒1能否沿锥面113产生相对位移的一个重要因素。桩孔3孔壁可以是土和岩石，土和岩石与锥面外侧的砼221的摩阻力变化范围很大。申请人进行理论研究和大量的模拟计算，发现夹角α＜22°时，在较小的力T的作用下，锥面113就可以相对于锥面外侧的砼221发生相对位移。

为提高锥筒1的强度和刚度，在锥筒筒壁11内腔，还设有支承部115，所述支承部115与筒壁11的内壁连接，可与筒壁11一体成型。图2A-2B、图3、图4和图5提供了四个具有上述支承部115的锥筒1结构实施例，具体地，所述的支承部115可以是图2A-2B所示的十字形支承筋，在筒壁11的中心孔114内交叉形成；或者，所述的支承部115也可以是图3所示的米字形支承筋，在筒壁11的中心孔114内交叉形成；或者，所述的支承部115也可以是图4所示的带有支承环116的米字形支承筋，在筒壁11的中心孔114内交叉形成，所述支承环116位于中心孔114的中心，与米字形支承筋连为一体；或者，所述的支承部115还可以是图5所示的在筒壁11的中心孔114中间横向设置的支撑条或支撑板。可以理解地，所述的支承部115还可以是其他结构，只要能够有利于加强锥筒1的强度和刚度，皆是本发明的保护范围。

参见图6，本发明锥筒1具体的结构设计中，所述的锥面113上还覆设有减阻层117，可减轻锥筒1位移时的阻力。优先地，所述减阻层117的厚度≤1mm，可以使锥筒1以较小的位移能够获得较大的挤压力和挤压效果。

具体地，所述减阻层117为喷涂层、油膜层、塑料薄膜层或纸质层。其中喷涂层可以采用喷嘴将油漆或塑胶或环氧树脂喷涂在锥面113表面，形成喷涂层，油膜层、塑料薄膜层或纸质层可直接将油膜纸、塑料薄膜或薄纸贴在锥面113的表面。

参见图7、图8、和图9，本发明还提供了一种砼桩，包括砼桩的桩体2及锥筒1，所述砼桩的桩体2包括钢筋笼21，锥筒1与钢筋笼21连接，锥筒1与钢筋笼21连接后置于桩孔3内，锥筒1的锥面113朝向桩孔3的底部及桩孔3孔壁，通过浇注，钢筋笼21周围和锥筒1周围充填砼22，其中锥筒1的锥面113外侧acbd充填锥面外侧的砼221。

具体地，锥筒1与钢筋笼21的连接可以有三种不同的方式。如图7、图8和图9所示，所述的钢筋笼21包括交叉连接的箍筋212和纵筋211，钢筋笼21可作为砼22浇注时砼桩的骨架。锥筒1可如图7、图8所示连接在钢筋笼21的底部，也可以是如图9所示连接在钢筋笼21中部位置，也可以设置两个，同时连接在钢筋笼21的底部和中部。当锥筒1连接在钢筋笼21的底部时，锥筒1为空心的圆锥台结构，或者是底部111有衬底的空心碗状圆锥台结构，锥筒顶部112的外径等于或略大于钢筋笼21的外径，锥筒1的顶部112与钢筋笼21的底部对接固定，连接后，锥筒1的底部111及锥面113朝向桩孔3的底部及桩孔3的孔壁；当锥筒1连接在钢筋笼21的中部时，锥筒1为空心的圆锥台结构，筒壁11的中心孔111的内径等于或略大于钢筋笼21的外径，锥筒1套接在钢筋笼21外壁，焊接在纵筋211上固定，锥筒1与钢筋笼21连接后置于桩孔3内，锥面113朝向桩体下端24及桩孔3的孔壁。

锥筒1与钢筋笼21连接时，通过焊接方式连接在钢筋笼21上，也可以嵌固于砼桩的桩体2的混凝土。

现有砼桩结构中，承载一般都是通过钢筋笼21与砼22的结合实现的，由于砼22的强度是有限的，钢筋笼21由于受桩孔3大小的限制不能做的很大，因此，钢筋笼21能够提供的承载力有限；另一方面，按照常规的思维方式和现行设计方法，砼桩承载力受限于桩孔3孔壁与砼22的粘接强度，故砼桩承载力也是有限的。决定砼桩承载力的主要因素之一，就是桩孔3孔壁与砼22之间的摩阻力。本发明设计的砼桩，在锥筒1上设置有锥面113，利用锥面113对锥面外侧的砼221的挤压，增加桩孔3孔壁与锥面外侧的砼221之间的摩阻力，并且随着压力的不断增大还会相应的不断增大。当设计合理的锥面113的夹角时，还会达到自锁的效果。这就是本发明锥筒1对锥面外侧的砼221侧面挤压带来的技术效果，可使砼桩承载力得到提高，桩基沉降减小。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于砼桩的锥筒，其特征在于，所述锥筒由筒壁合围形成，与砼桩的桩体适配，用于连接所述砼桩的桩体，所述锥筒的底部外径小于所述锥筒的顶部外径，所述锥筒的外壁面为锥面，所述锥面与所述锥筒的中心轴线的夹角＜45°。

2.根据权利要求2所述的用于砼桩的锥筒，其特征在于，所述锥面与所述锥筒的中心轴线的夹角＜22°。

3.根据权利要求1所述的用于砼桩的锥筒，其特征在于，所述筒壁内腔设有可让混凝土浇筑时透过的支承部。

4.根据权利要求3所述的用于砼桩的锥筒，其特征在于，所述支承部为沿所述筒壁内腔交叉设置的十字形支承筋；或者，所述支承部为沿所述筒壁内腔交叉设置的米字形支承筋；或者，所述支承部为沿所述筒壁内腔交叉设置且带有支承环的米字形支承筋；或者，所述支承部为沿所述筒壁内腔横向设置的支撑条或支撑板。

5.根据权利要求1-4任一项所述的用于砼桩的锥筒，其特征在于，所述锥面上还覆设有减阻层。

6.根据权利要求5所述的用于砼桩的锥筒，其特征在于，所述减阻层为喷涂层、油膜层、塑料薄膜层或纸质层。

7.一种砼桩，其特征在于，包括砼桩的桩体及权利要求1-6任一项所述的用于砼桩的锥筒，所述砼桩的桩体包括钢筋笼，所述锥筒与所述钢筋笼连接，所述锥筒的锥面朝向桩孔底部。

8.根据权利要求7所述的砼桩，其特征在于，所述锥筒连接在所述钢筋笼的底部或/和所述钢筋笼的中部，当所述锥筒连接在所述钢筋笼的底部时，所述用于砼桩的锥筒的顶部与所述钢筋笼的底部对接；当所述锥筒连接在所述钢筋笼的中部时，所述用于砼桩的锥筒套设在所述钢筋笼的纵筋的外壁。

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