本实用新型涉及桩基工程领域，尤其涉及一种减少不均匀沉降的桩帽。
背景技术：
随着国民经济的飞速发展，祖国大地上出现了越来越多的高层建筑，高层建筑应其体量大，地基基础受力复杂，常常采用桩基础的形式。由于地基的情况比较复杂以及施工工艺不合乎标准而造成不均匀沉降屡有发生。基础的不均匀沉降轻则造成建筑墙壁等构件的开裂，重则影响整个结构的安全性。目前常见的减少不均匀沉降的方法均有费时费力，经济效果不好，造价较高等诸多问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于针对现有减少基础不均匀沉降方法的不足，提供一种效果好、构件制作及拼装简便、耐久性好且经济的一种适用于群桩基础的减少不均匀沉降的桩帽。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种减少不均匀沉降的桩帽，该装置包括上桩体、四个抗剪扭护臂、弹簧、下桩体、钢板和插筋；所述上桩体和下桩体均为圆柱体；所述上桩体沿圆周方向开有四个均匀分布且具有一定纵向高度的T形卡槽；所述抗剪扭护臂由工字型滑块和竖向支撑臂组成，所述工字型滑块由竖直方向的内侧板、竖直方向的外侧板和竖直方向的中间连接板组成；所述内侧板嵌入上桩体的T形卡槽中，外侧板贴合在上桩体的外壁，外侧板的底部固定竖向支撑臂，所述竖向支撑臂和上桩体之间具有间隙；所述竖向支撑臂的底部固定在下桩体的顶面或侧面；所述上桩体和下桩体之间通过竖直方向的弹簧连接；所述下桩体底面焊接钢板，用于连接桩基础；所述上桩体顶部设置插筋，用于使上桩体与桩基础承台的混凝土锚固；所述上桩体在上部荷载和弹簧的作用下发生相对于抗剪扭护臂的竖向位移。
进一步地，所述上桩体、抗剪扭护臂和下桩体由钢材制成，外涂防腐涂料。
进一步地，所述上桩体位于工字型滑块的内侧板和外侧板之间的钢材的厚度不小于8mm。
进一步地，所述上桩体的顶部和底部均为实心结构，顶部或底部实心结构的高度不小于8mm。
进一步地，所述上桩体的T形卡槽内部涂刷一层润滑油膏。
进一步地，所述工字型滑块的内侧板和外侧板均为竖向的圆弧板。
进一步地，所述弹簧选用高刚度的环形弹簧，该种弹簧阻尼作用很大，因此上部结构荷载发生变化时(尤其是指人流量变化较大的公共建筑)，弹簧的变形速度不至于过快而引起居住在建筑中的人的不舒适感。
进一步地，所述弹簧的高度与直径的比值不得超过6，以防止弹簧在受上部荷载作于时发生失稳。
本实用新型的有益效果是：在实际工程中，将本实用新型提供的减少不均匀沉降的桩帽通过下桩体焊接的钢板与桩基连接，然后再进行桩基础承台的施工。基础的沉降由桩帽中弹簧的沉降δ1和桩体本身的沉降δ2构成。因为地基条件的复杂或桩长的不同，每根桩的竖向刚度是不一致的，所谓的竖向刚度是指桩周围的土体赋予桩的抵抗竖向荷载作用下竖向变形的能力。相比于竖向刚度小的桩，竖向刚度大的桩在承受上部荷载作用时，桩体本身的沉降δ2较之于竖向刚度小的桩明显减小。同时，根据力学分析，竖向刚度的大小与桩分配的上部荷载是呈正相关的。因此，在安装有本实用新型的桩基础中，当桩基础承受上部荷载的时候，竖向刚度大的桩承受更大的上部荷载，该桩上的桩帽中的弹簧变形δ1大较大。而竖向刚度大的桩因为其竖向刚度较大，所以其本身桩体的沉降较小。而对于竖向刚度较小的桩，因为其刚竖向度小，所以其承受的上部荷载小，桩上的桩帽中的弹簧变形δ1小较小。但是竖向刚度较小的桩其本身桩体的沉降较大。而不均匀沉降是指桩基础承台底面各点的沉降的差值，也就是各个桩体顶面沉降的差值。根据力学分析，由于承台的刚度远远大于弹簧的刚度，当弹簧的量程足够时，一定会有这是因为弹簧刚度小于承台刚度的原因。从上述分析看出，弹簧起到调整不同竖向刚度桩桩顶沉降的作用，通过弹簧的调整，可以使得具有不同竖向刚度的桩在承受上部荷载时，桩顶的沉降基本一致，从而减少上部结构的不均匀沉降。并且本实用新型装置由于设置了抗剪扭护臂，使得桩帽处的承载力大大提高，防止基础在承受水平向荷载时，在桩帽处发生剪切或扭转破坏。本实用新型优选采用环形弹簧，相较于其他种类的弹簧，具有更大的阻尼，其受上部荷载作用发生变形时，变形速度非常缓慢，因此不会引起上部建筑物中的人的不舒适感。本实用新型不仅可以作为预防不均匀沉降的措施还可以作为由于施工方法不当而造成各个桩之间竖向刚度较大不一致的工程事故的解决方案。这种解决方案相比于重新打桩或拔桩所花费的人力物力财力大大的减少。综上所述，本实用新型具有结构简单，施工和安装方便，减少不均匀沉降效果突出，造价低廉等诸多优点。
附图说明
图1是本实用新型装置的正视图；
图2是本实用新型装置的a-a剖视图；
图3是本实用新型装置的b-b剖视图；
图4(a)是本实用新型的工字型滑块示意图；
图4(b)是本实用新型的工字型滑块结构及其与竖向支撑臂连接示意图；
图5是本实用新型装置的俯视图；
其中，上桩体1、抗剪扭护臂2、工字型滑块2-1、内侧板2-1-1、外侧板2-1-2、中间连接板2-1-3、竖向支撑臂2-2，弹簧3、下桩体4、钢板5、插筋6、T形卡槽7。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1-图5所示，本实用新型提供的一种减少不均匀沉降的桩帽，该装置包括上桩体1、四个抗剪扭护臂2、弹簧3、下桩体4、钢板5和插筋6；所述上桩体1和下桩体4均为圆柱体；所述上桩体1沿圆周方向开有四个均匀分布且具有一定纵向高度的T形卡槽7；所述抗剪扭护臂2由工字型滑块2-1和竖向支撑臂2-2组成，所述工字型滑块2-1由竖直方向的内侧板2-1-1、竖直方向的外侧板2-1-2和竖直方向的中间连接板2-1-3组成；所述内侧板2-1-1嵌入上桩体1的T形卡槽7中，外侧板2-1-2贴合在上桩体1的外壁，外侧板2-1-2的底部固定竖向支撑臂2-2，所述竖向支撑臂2-2和上桩体1之间具有间隙；所述竖向支撑臂2-2的底部固定在下桩体4的顶面或侧面；所述上桩体1和下桩体4之间通过竖直方向的弹簧3连接；所述下桩体4底面焊接钢板5，用于连接桩基础；所述上桩体1顶部设置插筋6，用于使上桩体1与桩基础承台的混凝土锚固；所述上桩体1在上部荷载和弹簧3的作用下发生相对于抗剪扭护臂2的竖向位移。当装置承受上部结构传下的荷载时，上桩体1挤压弹簧3而发生下沉，而由于T形卡槽7的存在，抗剪扭护臂4不会受力，从而保证抗剪扭护臂4不承担轴向力而仅仅承担剪力、弯矩和扭矩的作用。同时T形卡槽7的存在使得抗剪扭护臂4不会影响弹簧3的变形。为了使抗剪扭护臂4不因为与T形卡槽之间的摩擦而阻碍上桩体1下沉，需要在T形卡槽7的内部预先涂上一层润滑油。
本实用新型装置的工作机理如下：
若干根桩基上固定有承台，承台及其下部的桩基构成了桩基础，在计算桩基(桩体)的内力和沉降的时候，首先将上部荷载作用于承台，然后通过承台将上部荷载分配并传递给承台下部的桩体。每根桩基(桩体)分配到的荷载的计算是一个较为复杂的力学问题，但是有一个基本的规律，那就是竖向刚度越大的桩，其分配的荷载越大。
装置工作时，上部建筑物的荷载通过桩基础承台传递给桩基础顶部的桩帽，桩帽中的弹簧开始压缩变形，压缩变形量取决于本桩体分配的力的大小。基础的沉降由桩帽中弹簧的沉降δ1和桩的体沉降δ2构成。因为地基条件的复杂或桩长的不同，每根桩的竖向刚度是不一致的。所谓的竖向刚度是指桩周围的土体赋予桩的抵抗竖向荷载作用下竖向变形的能力。相比于竖向刚度小的桩，竖向刚度大的桩，在承受上部荷载作用时，桩体本身的沉降δ2较之于竖向刚度小的桩明显减小。同时，根据力学分析，竖向刚度的大小与桩分配的上部荷载是呈正相关的。因此，在安装有本实用新型的桩基础中，当桩基础承受上部荷载的时候，竖向刚度大的桩承受更大的上部荷载，该桩上的桩帽中的弹簧变形δ1大较大。而竖向刚度大的桩因为其竖向刚度较大，所以其本身桩体的沉降较小。而对于竖向刚度较小的桩，因为其刚竖向度小，所以其承受的上部荷载小，桩上的桩帽中的弹簧变形δ1小较小。但是竖向刚度较小的桩其本身桩体的沉降较大。而不均匀沉降是指桩基础承台底面各点的沉降的差值，也就是各个桩体顶面沉降的差值。根据力学分析，由于承台的刚度远远大于弹簧的刚度，当弹簧的量程足够时，一定会有这是因为弹簧刚度小于承台刚度的原因。
从而桩帽中的弹簧起到了调整不均匀沉降的作用。上桩体与前后左右四个方向的抗剪扭护臂通过卡槽连接，可以防止桩基础在桩帽处的剪切破坏和扭转破坏，从而弥补了竖向弹簧抗侧和抗扭刚度的不足，增加了装置的可靠性。同时，本实用新型中的弹簧采用环形弹簧，这种弹簧相较于其他种类的弹簧，具有更大的阻尼，其受上部荷载作用发生变形时，变形速度非常缓慢，因此不会引起上部建筑物中的人的不舒适感。本实用新型不仅可以作为预防不均匀沉降的措施还可以作为由于施工方法不得当而造成各个桩之间竖向刚度有较大不一致的工程施工的解决方案。这种解决方案相比于重新打桩或拔桩所花费的人力物力财力大大的减少。综上所述，本实用新型具有结构简单，施工和安装方便，减少不均匀沉降效果突出，造价低廉等诸多优点。