CN114960779B - 一种可调刚度抗拔桩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调刚度抗拔桩，包括抗拔桩，抗拔桩的桩头设置有可调刚度连接件，该可调刚度连接件包括：中转连接件，连接固定在抗拔桩桩头，其具有内腔；锚固件，锚固件的底端插入中转连接件的内腔中，并能够在内腔中上下自由移动且不会脱离；可压缩空间，设置在中转连接件的顶部与抗浮底板之间；滑动材料，设置在抗拔桩桩头周圈侧壁和中转连接件周圈侧壁与抗浮底板接触面处。本发明提出的可调刚度抗拔桩可只提供抗拉承载力，抗压承载力为0或根据需要可控。当地下水位较高时，抗拔桩承受拉力，起到正常的抗拔作用；当地下水位较低时，不会对抗浮底板产生顶托抗力，底板配筋不必考虑上下面双向弯矩，从而桩的平面布置灵活，抗浮效率高。

Description

一种可调刚度抗拔桩

技术领域

本发明涉及桩基施工技术领域，尤其涉及抗拔桩，具体涉及一种可调刚度抗拔桩。

背景技术

近年来，由于人口的增加和社会生产力的提高，使得社会对土地的需求不断增长，有限的土地资源无法满足城市区域空间的发展。促使城市建筑的发展空间开始逐步向地下和高层发展。随着地下利用空间的增加，基础埋置深度加深，导致基础浸入地下水的深度增加，建筑物基础承受上浮荷载的情况较为普遍，因此，建筑物承受上浮荷载这一问题也受到广泛的关注。目前针对地下室抗浮设计主要有两种手段，一种是抗拔桩，一种是抗浮锚杆。

抗拔桩是目前地下工程中采用的比较普遍的抗浮手段。除临时性抗拔桩外，永久性抗拔桩的应用也逐渐增加，而且要求也随之提高。但是传统的单纯抗浮抗拔桩在设计中也存在诸多问题，桩顶与基础底板刚性连接，在无浮力施工期间会对基础底板产生顶托抗力，从而约束了桩的平面布置，往往只能把桩布置在柱下，即使为了优化跨中弯矩分配将桩布在跨中，也必须考虑基础底板上下面双向弯矩。而且桩对基础底板产生的顶托抗力难以准确计算。

抗浮锚杆作为另外一种有效抗浮的技术手段，具有良好的土层适应性，并且易于施工，锚杆布置非常灵活，锚固效率高，由于其单向受力特点，抗拔力及预应力易于控制，有利于建筑结构的应力与变形协调，减少结构造价，在临时性抗浮工程中优于抗浮桩方案。但是抗浮锚杆也有其局限性，锚杆承载力低，当抗浮水位较高，对抗拔承载力要求较高时，无法满足设计需求；锚杆刚度较小，非预应力锚杆发挥承载力时需要较大变形，而较大的变形对基础底板是致命的，容易引起基础底板开裂，两者变形需要协调才能发挥作用。目前对抗浮锚杆的设计还不够成熟，缺乏有关的规范和标准，特别是对抗浮锚杆的耐久性缺乏可靠的技术控制，尤其是防腐及抗浮失效性问题，使得其在永久性工程中的应用受到限制。

因此，需要研究更加优化的永久性抗拔桩技术及相关理论，使其既具有传统抗拔桩施工技术成熟、抗拔力大的优点，又兼具抗拔锚杆布置灵活、与建筑结构应力与变形协调的新型抗拔桩，对于现有的地下工程抗浮技术发展具有重要的意义。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种可调刚度抗拔桩，以解决现有技术中的一个或多个问题。

本发明的技术方案如下：

一种可调刚度抗拔桩，包括抗拔桩，所述抗拔桩支撑抗浮底板，所述抗拔桩的桩头设置有可调刚度连接件，该可调刚度连接件包括：中转连接件，连接固定在抗拔桩桩头，其具有内腔；锚固件，设置在中转连接件的上方，锚固在抗浮底板中，锚固件的底端插入中转连接件的内腔中，并能够在内腔中上下自由移动且不会脱离；可压缩空间，设置在所述中转连接件的顶部与所述抗浮底板之间，使得所述中转连接件与所述抗浮底板之间在外荷载作用下能够产生竖向相对位移；滑动材料，设置在所述抗拔桩桩头周圈侧壁和中转连接件周圈侧壁与所述抗浮底板接触面处，使得所述抗浮底板与抗拔桩和中转连接件抗浮分离。通过抗拔桩设置可调刚度连接件，可只提供抗拉承载力，抗压承载力为0或根据需要可控。当地下水位较高时，抗拔桩承受拉力，并能够将拉力传递给抗浮底板，起到正常的抗拔作用。当地下水位较低时，不会对抗浮底板产生顶托抗力，底板配筋不必考虑上下面双向弯矩。

在一些实施例中，所述中转连接件包括C型钢件，C型钢件截面呈C型，由第一顶板、第一底板和侧肋板构成，第一顶板、第一底板和侧肋板围合形成所述内腔，且第一顶板中心开设有通孔。

在一些实施例中，所述第一顶板、第一底板为圆形钢板，且第一顶板、第一底板直径与抗拔桩直径相同。

在一些实施例中，所述中转连接件还包括锚固短筋，所述C型钢件的第一底板上设有预留孔，所述锚固短筋上端插入所述预留孔与C型钢件的第一底板采用穿孔塞焊等强连接，下端与抗拔桩主筋连接固定，连接区域内二次浇注混凝土。

在一些实施例中，所述锚固件包括第二顶板、抗拔拉杆和第二底板，其中，抗拔拉杆上下两端分别与第二顶板和第二底板连接；第二底板通过抗拔拉杆穿过所述通孔容纳在中转连接件的内腔中。

在一些实施例中，所述第二底板的直径大于所述通孔的直径。

在一些实施例中，所述锚固件还包括加劲肋板和抗剪环筋，加劲肋板均布设置在所述第二顶板下表面，并与第二顶板和抗拔拉杆焊接固定，抗剪环筋环形围合在抗拔拉杆周围。

在一些实施例中，所述滑动材料为聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯或F46树脂。

在一些实施例中，所述可压缩空间的高度不大于所述中转连接件的内腔的高度。

在一些实施例中，所述可压缩空间为空腔，或其内填充可压缩性材料。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提出一种可调刚度抗拔桩，同时具有抗浮锚杆和抗拔桩的优点，布置灵活，抗拔承载力高，抗压承载力可控，安全经济，具有重要的社会效益和经济效益，可广泛应用于各类地下建筑工程中。具体而言，至少具有如下实际效果：

(1)抗拔桩抗压刚度可控，不会对抗浮底板产生顶托抗力，布桩方案灵活，不受限制，可减小基础筏板厚度及降低筏板配筋率，节省建筑材料，从而节省建造成本，经济性好。

(2)中转连接件和锚固件活动连接，当地下水位较高时，抗拔桩承受拉力，锚固件第二底板与中转连接件第一顶板紧密接触，通过中转连接件将拉力传递给锚固件，通过锚固件将拉力传递给抗浮底板；当地下水位较低时，地下水浮力不足以支撑上部荷载重力，抗浮底板有向下的位移，锚固件第二底板与中转连接件第一顶板分离，锚固件与抗浮底板可一起向下自由变形，不受抗拔桩约束。

(3)根据可压缩性材料的弹性模量的特性，可以实现抗压变刚度的目的，当可压缩性材料为空腔时，抗压刚度即为0，即可实现抗拔桩只承受拉力，不承受压力的目的。

(4)滑动材料设置在抗拔桩和中转连接件侧壁与抗浮底板接触面处，确保抗浮底板与抗拔桩和中转连接件抗浮分离，可以上下自由移动，防止抗浮底板开裂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。

图1为本发明一个实施例的抗拔桩与抗浮底板连接大样示意图；

图2为本发明一个实施例的中转连接件结构示意图；

图3为图2的1-1剖面示意图；

图4为本发明一个实施例的锚固件结构示意图；

图5为图4的2-2剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解，术语“包括/包含”、“由……组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

还需要理解，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明涉及一种可调刚度抗拔桩，如图1所示，包括抗拔桩1，抗拔桩1支撑抗浮底板7，抗拔桩1的桩头设置有可调刚度连接件。通过可调刚度连接件的设置，该抗拔桩可只提供抗拉承载力，抗压承载力为0或根据需要可控。当地下水位较高时，抗拔桩承受拉力，并能够将拉力传递给抗浮底板，起到正常的抗拔作用。当地下水位较低时，不会对抗浮底板产生顶托抗力，底板配筋不必考虑上下面双向弯矩。

以下结合图1至图5所展示的较佳实施方式对本发明的实现进行详细的描述。需要说明，图1至图5中的各个部件的大小仅是示例性的，并非本发明唯一的实施例。本发明对各个部件的大小和尺寸并不限制。

在一些实施例中，如图1所示，可调刚度连接件包括中转连接件2、锚固件3、可压缩空间4、滑动材料5，四者通过合理的设置和联动作用，实现抗拔桩1的刚度可调，这将在下文更详细地介绍。

在一些实施例中，继续参见图1，中转连接件2连接固定在抗拔桩1的桩头，其具有内腔23；锚固件3设置在中转连接件2的上方，锚固在抗浮底板7中，锚固件3的底端插入中转连接件2的内腔23中，并能够在内腔23中上下自由移动且不会脱离；可压缩空间4设置在中转连接件2的顶部与抗浮底板7之间，使得中转连接件2与抗浮底板7之间在外荷载作用下能够产生竖向相对位移；滑动材料5设置在抗拔桩1和中转连接件2侧壁与抗浮底板7接触面处，使得抗浮底板7与抗拔桩1和中转连接件2抗浮分离，即抗浮底板7可以上下自由移动，而不会对中转连接件2和抗拔桩1产生竖向的作用力。

在一些实施例中，如图1，抗拔桩1由桩身纵筋11、桩身箍筋12和桩身混凝土13组成。抗拔桩1的长度根据地勘报告和所需的抗拔承载力计算确定，桩身配筋根据抗拔承载力计算确定，桩身混凝土13强度等级根据抗拔承载力和桩身裂缝宽度限值确定。较佳的，抗拔桩1可以为预制桩，也可为现浇混凝土灌注桩。

在具体实施时，可在抗浮底板7下部增设垫层6，减小地基的不均匀沉降，如图1所示。

需要说明，中转连接件2作为中转构件，用于连接下方的抗拔桩1与上方的锚固件3，并提供锚固件3在其内腔23中上下自由移动且不会脱离的可能。

在一些实施例中，如图2、图3所示，中转连接件2包括C型钢件21，C型钢件21截面呈C型，由第一顶板211、第一底板212和侧肋板213构成，相互之间可以一体成型，例如采用模具一体铸造成型，也可以由多块钢板采用坡口熔透焊等强连接成型，第一顶板211、第一底板212和侧肋板213围合形成内腔23，且第一顶板211上开设有通孔24，较佳的，通孔24开设在第一顶板211中心位置，并与内腔23相贯通，应当理解该通孔为圆形。应当理解，此处的截面呈C型为竖向截面而不是横截面，还需说明，所谓的C型并不应当理解为严格的C型，而是第一顶板211、第一底板212和侧肋板213围合成带有内腔23的箱体结构由于中心开孔而整体上呈C型，具体可参见图2。

在具体实施时，第一顶板211、第一底板212为圆形钢板，侧肋板213为圆柱形，且第一顶板211、第一底板212直径相同，且与抗拔桩1直径相同。统一尺寸，方便后期制作与施工。第一顶板211、第一底板212和侧肋板213壁厚根据计算确定，内腔23高度根据计算确定，不小于锚固件3下端板厚度与预估沉降量之和。

在一些实施例中，中转连接件2还包括锚固短筋22，锚固短筋22直径不小于抗拔桩1的桩身纵筋11直径，数量与桩身纵筋11数量相同，长度不小于8d(d为抗拔桩1的桩身纵筋11直径)。

较佳的，C型钢件21的第一底板212上设有预留孔，锚固短筋22上端插入预留孔中，与C型钢件21的第一底板212采用穿孔塞焊等强连接，锚固短筋22下端与桩身纵筋11双面贴焊焊接，焊接长度不小于5d(d为抗拔桩1的桩身纵筋11直径)，预留短筋22与桩身纵筋11一对一焊接，使整体更牢固，稳定性更好。借助锚固短筋22，实现中转连接件2与抗拔桩1桩头的有效连接，结构简单，易于实施，可预先将C型钢件21与锚固短筋22焊接固定，现场只需在桩头上实施焊接操作即可。

锚固短筋22与桩身纵筋11焊接连接后，在桩头连接区域内二次浇注混凝土，然后在中转连接件2外围以及桩头混凝土外面包裹滑动材料5。

需要说明，锚固件3作为锚固构件，将抗拔桩1桩头锚固在抗浮底板7中，并与中转连接件2联动，实现抗拔桩1即使在地下水的浮力作用下仅承受拉力，不承受压力，从而不会对抗浮底板产生顶托抗力。

在一些实施例中，如图4、图5所示，锚固件3包括第二顶板31、抗拔拉杆33和第二底板35。较佳的，第二顶板31、第二底板35为圆形钢板，抗拔拉杆33采用圆形钢管，抗拔拉杆33与第二顶板31和第二底板35采用坡口熔透焊等强连接，锚固件3整体上呈工字形，类似于工字钢截面，工字形的下端锚入中转连接件2的内腔23中，工字形的上端锚入抗浮底板7的混凝土中，形成较强的锚固和抗拔作用。

应当理解，第二顶板31和第二底板35采用圆形钢板的直径及厚度根据受力计算确定，抗拔拉杆33采用圆形钢管的高度、管径以及壁厚根据抗拔桩1承载力计算确定，较佳的，锚固件3总高度不应小于100mm，便于混凝土浇筑。

在一些实施例中，锚固件3还包括加劲肋板32，如图4所示，在第二顶板31下表面均匀设置加劲肋板32，加劲肋板32与第二顶板31和抗拔拉杆33焊接固定，加劲肋板32较佳的采用直角三角形钢板，在第二顶板31下表面均匀焊接四块，两直角边分别与第二顶板31下表面、抗拔拉杆33焊接连接，第二顶板31与加劲肋板32形成鱼尾形结构，用于增大第二顶板31刚度，增强锚固作用。

在一些实施例中，在抗拔拉杆33周围焊接抗剪环筋34，抗剪环筋34直径不小于8mm，间距不大于50mm，增强抗拔拉杆33与周围混凝土的粘结，并与带加劲肋板32的第二顶板31共同抵抗抗拔桩1的抗拔力。

在具体实施时，第二底板35通过抗拔拉杆33穿过第一顶板211上的通孔24容纳在中转连接件内腔23中，较佳的，锚固件第二底板35中心与中转连接件第一顶板211中心对齐，使整体受力更加均匀。应当理解，锚固件第二顶板31直径大于第二底板35直径，用于增大锚固件3与抗浮底板7的锚固强度，并且锚固件第二底板35直径大于中转连接件第一顶板211上开设的通孔24直径，保证锚固件第二底板35在中转连接件内腔23中可以上下自由移动，并且不会从内腔23中脱离。

本发明中，当地下水位较高时，地下水对抗浮底板7产生一个上浮的趋势，抗拔桩1承受拉力，锚固件第二底板35与中转连接件第一顶板211紧密接触，通过中转连接件2将拉力传递给锚固件3，通过锚固件3将拉力传递给抗浮底板7，实现抗浮；当地下水位较低时，地下水浮力不足以支撑上部荷载重力，抗浮底板7有向下的位移趋势，锚固件第二底板35与中转连接件第一顶板211分离，锚固件3与抗浮底板7可一起向下自由变形，不受抗拔桩1约束，抗拔桩1自然也不会对抗浮底板7产生顶托抗力。

在一些实施例中，滑动材料5包括聚全氟乙丙烯、F46树脂和聚四氟乙烯等，涂覆在抗拔桩1桩头周圈侧壁和中转连接件2周圈侧壁形成一层滑动结构层，使得抗拔桩1和中转连接件2周围与抗浮底板7接触的部位实现隔离。本发明优选为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯是目前已经知道的固体中摩擦系数最小的材料，能够保证抗浮底板7与抗拔桩1和中转连接件2抗浮分离，抗浮底板7可以上下自由移动，不会使抗浮底板7产生变形，避免抗浮底板7开裂。

在一些实施例中，在中转连接件2的第一顶板211上部沿着抗拔拉杆33周围设置一定高度的可压缩空间4，确保锚固件3与抗浮底板7一起向下自由变形时，在该一定高度的可压缩范围内抗浮底板7不会直接接触中转连接件2的第一顶板211，保证锚固件3与抗浮底板7可以一起向下自由变形，不受抗拔桩1约束。

较佳的，可压缩空间4的高度不大于中转连接件2的内腔23高度，更确切地讲，可压缩空间4的高度不大于锚固件3的第二底板35在中转连接件2的内腔23中上下自由移动的最大行程，如此设置，使得抗浮底板7向下自由移动时，抗浮底板7混凝土先接触中转连接件2，避免可压缩空间4过高，内腔23高度不足，防止锚固件3的第二底板35抵接中转连接件2的第一底板212而造成抗拔桩1对抗浮底板7产生顶托抗力，引起抗浮底板7开裂。

在一些实施例中，可压缩空间4中填充可压缩性材料，可压缩性材料可以是泡沫、纤维等具有弹性的材料，根据可压缩性材料的弹性模量的特性，可以实现抗压变刚度的目的。当然，当可压缩空间4也可为空腔，此时抗压刚度即为0，即可实现抗拔桩1只承受拉力，不承受压力的目的。

本发明提出的可调刚度抗拔桩，通过上述节点构造，抗拔桩刚度可控，布置灵活，承载力可充分发挥，抗拔效率高，可以减小抗拔桩的数量，同时可以减小基础筏板厚度和筏板配筋，节省建造成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可调刚度抗拔桩，包括抗拔桩，所述抗拔桩支撑抗浮底板，其特征在于，所述抗拔桩的桩头设置有可调刚度连接件，该可调刚度连接件包括：

中转连接件，连接固定在抗拔桩桩头，其具有内腔；

锚固件，设置在中转连接件的上方，锚固在抗浮底板中，锚固件的底端插入中转连接件的内腔中，并能够在内腔中上下自由移动且不会脱离；

可压缩空间，设置在所述中转连接件的顶部与所述抗浮底板之间，使得所述中转连接件与所述抗浮底板之间在外荷载作用下能够产生竖向相对位移；所述可压缩空间的高度不大于所述中转连接件的内腔的高度；所述可压缩空间为空腔，或其内填充可压缩性材料；

滑动材料，设置在所述抗拔桩桩头周圈侧壁和中转连接件周圈侧壁与所述抗浮底板接触面处，使得所述抗浮底板与抗拔桩和中转连接件抗浮分离。

2.根据权利要求1所述的可调刚度抗拔桩，其特征在于，所述中转连接件包括C型钢件，C型钢件截面呈C型，由第一顶板、第一底板和侧肋板构成，第一顶板、第一底板和侧肋板围合形成所述内腔，且第一顶板中心开设有通孔。

3.根据权利要求2所述的可调刚度抗拔桩，其特征在于，所述第一顶板、第一底板为圆形钢板，且第一顶板、第一底板直径与抗拔桩直径相同。

4.根据权利要求2所述的可调刚度抗拔桩，其特征在于，所述中转连接件还包括锚固短筋，所述C型钢件的第一底板上设有预留孔，所述锚固短筋上端插入所述预留孔与C型钢件的第一底板采用穿孔塞焊等强连接，下端与抗拔桩主筋连接固定，连接区域内二次浇筑混凝土。

5.根据权利要求2所述的可调刚度抗拔桩，其特征在于，所述锚固件包括第二顶板、抗拔拉杆和第二底板，其中，抗拔拉杆上下两端分别与第二顶板和第二底板连接；第二底板通过抗拔拉杆穿过所述通孔容纳在中转连接件的内腔中。

6.根据权利要求5所述的可调刚度抗拔桩，其特征在于，所述第二底板的直径大于所述通孔的直径。

7.根据权利要求5所述的可调刚度抗拔桩，其特征在于，所述锚固件还包括加劲肋板和抗剪环筋，加劲肋板均布设置在所述第二顶板下表面，并与第二顶板和抗拔拉杆焊接固定，抗剪环筋环形围合在抗拔拉杆周围。

8.根据权利要求1所述的可调刚度抗拔桩，其特征在于，所述滑动材料为聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯或F46树脂。

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