一种应用于季节性冻土区削减冻胀力的Y形变截面桩的制作方法

本实用新型涉及一种应用于季节性冻土区削减冻胀力的变截面异形桩，目的是提供的变截面异形桩桩基具有桩身质量好、承载力强等功能，且能够应用于季节性冻土地区削减冻胀力、减少冻胀引起的负摩阻力、降低桩身上拔荷载等特点。

背景技术：

目前，已有的研究及工程应用中，异形桩作为一种节省材料的新桩型，不仅能最大程度地发挥地基土和桩本身的潜在能力，而且还可以节省原材料降低工程造价，异形桩不仅承受横向荷载的性能优于同体积的方形、圆形桩，而且其表面比方形、圆形大，其竖向承载力也较方形、圆形桩高，适应了桩基发展的需求。

在季节性冻土地区使用桩基时，穿越冻土区的桩周土体由于受到冻结作用发生位移而对桩产生冻胀力，在冻土区域较厚时相当于对桩身施加了较大的上拔力，而且上拔力与冻土区桩土接触面积成正比，对桩基的安全状态影响较大。

此外，同截面积的方形、圆形、或异形截面桩的表面均较大，存在冻胀力充分发挥的潜在条件，在季节性冻土区需要利用新桩型对冻土地区冻胀力引起桩上拔等工程问题的防治提供技术支持。

技术实现要素：

鉴于上述，本实用新型的目的在于提供一种应用于季节性冻土区削减冻胀力的变截面异形桩。利用此方法，该桩基应具有不降低桩基承载力，削减冻胀力，抑制冻胀力的发挥，减小冻胀引起的上拔荷载，并且同时，为预防与防治冻结区土体由于冻胀作用引起的桩基工程问题提供技术支持。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的。

一种应用于季节性冻土区削减冻胀力的y形变截面桩，包括预制桩和钢桩，所述预制桩为贯穿有钢筋的圆柱形钢筋混凝土桩身，其底部为锥形；所述钢桩为底部带有桩帽柱体，钢筋与桩帽对接构成的一个变截面的桩体；所述钢桩包含一个横截面呈y形截面桩；所述y形截面桩为沿一个圆柱体的纵向切去三个半圆弧形结构后构成的钢桩，y形截面的弧度不大于120°。

进一步，所述钢桩的y形截面桩为等径面或变径面。

进一步，所述变径面的y形截面桩为切去半圆弧部分的外缘呈内凹曲线；内凹曲线弧度a不超过90°。

进一步，所述外缘内凹曲线沿y形截面桩纵向对称分布或不对称分布。

进一步，所述外缘内凹曲线沿y形截面桩纵向可位于桩身的一个或多个部位。

进一步，所述钢桩与预制桩通过焊接、螺纹连接或法兰连接。

进一步，所述桩体埋设于季节性冻土层内，且钢桩埋设于季节性冻土层下的预留层中，预制桩埋设于预留层下的埋置土层内。

进一步，钢桩穿过季节性冻土层时在预埋层厚度不得超过季节性冻土层厚度的1/2，且不少于1.2m。

在冻土冻结区减小冻胀力在竖直方向的分量；横截面为截面y形，减小桩土接触面积，从而削减冻胀力。

本实用新型的优点是：

1.采用在预制桩上的钢桩制作y形截面桩，且设计其纵截面异形设计，在异形截面弧度不超过90°,保证桩身的承载能力的前提下，通过将冻胀力沿水平和竖向分解，沿桩周水平向冻胀力分量互相抵消，竖向冻胀力分量较冻胀力本身随截面弧度不同有不同程度地减小。

2.采用横截面异形且弧度不大于120°设计，保证桩身承载能力，节约钢材消耗。

3.采用纵、横异形截面减小钢材消耗。

4.变截面异形桩可以在预制场预制，缩短工期，经济、高效、环保。

5.采用截面变径异形设计，即在预制桩和钢桩两部分设计为不同截面，可以充分发挥钢材的受拉压性能，冻胀力沿水平向的分量由钢桩抵抗，冻胀力分解从而减小冻胀时产生的上拔荷载；变截面y形桩钢材的受拉压性能更优。

附图说明

图1为本实用新型的在纵向变截面异形桩体的主视结构示意图；

图2为本实用新型的在纵向变截面桩体的主视结构示意图；

图3为图1的a-a剖视结构示意图；

图4为本实用新型的桩体中的b-b横截面俯视结构示意图；

图5为本实用新型的图2桩体中的b-b横截面俯视结构示意图；

图6为本实用新型的桩体穿越季节性冻土区的对比示意图。

图中：1、钢桩；2、半圆弧；3、桩帽；4、预制桩；5、钢筋；6-1、普通预制桩；6-2、等径y型截面桩；6-3、变径y型截面桩。

具体实施方式

下边结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但并不作为对本实用新型做任何限制的依据。

如图1所示，一种应用于季节性冻土区削减冻胀力的y形变截面桩，包括预制桩4和钢桩1，预制桩4和钢桩1的外径不同，共同对接构成的一个变截面的桩体；预制桩4为贯穿有钢筋5的圆柱形钢筋混凝土桩身，其底部为锥形；钢桩1与下部桩的桩帽3为一个整体，并在桩帽3周围开设一定数量的螺纹孔供预制桩4的钢筋5穿过，见图3所示，螺纹孔的轴线与桩体桩身的轴线平行，将钢筋5与桩帽3固定连接。其中，预制桩4的连接方式可采用焊接、螺接、法兰连接等一种或几种连接方式。在钢桩1上包含一个横截面呈y形截面桩。在本实施例1中，钢桩1纵截面的形状为等径面，即钢桩1横截面采用y型等径面，且等径面截面外缘与轴线平行。

y形截面桩为沿一个圆柱体的纵向切去三个半圆弧形结构后构成的钢桩，y形截面的弧度不大于120°，钢桩1的半圆弧2见图2、4所示。

在本实用新型的另一个实施例2中，如图2所示，钢桩1与预制桩4的连接方式及原理与实施例1基本相同。本实施例中，钢桩1纵截面的形状为变径面，变径面的y形截面桩为切去半圆弧部分的外缘呈内凹曲线，见图5所示。其内凹弧度a(图6所示)不超过90°。在本实施例中外缘内凹曲线沿x形截面桩纵向对称分布，在另一个实施例中可以是不对称分布。且外缘内凹曲线沿x形截面桩纵向可位于桩身的一个或多个部位，即外缘内凹曲线可以是波浪形的。

其中，通过减小钢桩1与季节性冻土层的接触面积以达到削减冻胀力目的，y异形截面的弧度θ建议不大于120°。

本实用新型施工时，通过连接件将异形桩与预制桩连接，预制桩和异形桩都可以快速制作完成，施工方法多样，该变截面异形桩具有较高的抗压强度，且能够在季节性冻土区削减冻胀力。

如图6所示，本实用新型使用时，将其桩体埋设于季节性冻土层内，且钢桩1埋设于季节性冻土层下的预留层中，预制桩4埋设于预留层下的埋置土层内。其中，通过减小钢桩1与季节性冻土层的接触面积以达到削减冻胀力目的，内凹曲线弧度a不超过90°。

如图6所示，从左至右依次为普通预制桩6-1、等径y型截面桩6-2、变径y型截面桩6-3，后者均采用截面异形桩，在桩身结构上进行了改进，将上部穿越季节性冻土层的桩体改用与土层接触面积较小的钢桩1。等径y型截面桩6-2和变径y型截面纵向异形桩6-3穿过季节性冻土层厚度时，其下部预留置季节性冻土预设层，以防止冻土层厚度突然增加对桩身产生不利影响。y型截面桩6-2所要求的季节性冻土预设层不少于1.2m。变径y型截面桩6-3的季节性冻土预设层不多于季节性冻土层厚度的1/2。变径y型截面异形桩6-3在等径y型截面桩6-2的基础上改变了钢桩的结构，采用纵截面线内凹的纵向异形桩，在季节性冻土层产生向上的冻胀力时，纵向变截面能够将冻胀力分解，从而抵消部分力，以达到削减冻胀力的目的。

本实用新型的原理是，如图6所示，改变常规预制桩的截面形式、截面尺寸及替换桩身材料，对桩基自身的承载力不进行降低。由于季节性冻土区的冻胀力主要由桩-土接触面的摩擦系数和桩-土的接触面积共同决定，而本实用新型主要是通过减小桩身横截面与土的接触面积，面积减小由横向截面变化和纵向截面变化起作用，同时在纵向可以将钢桩改变为外缘曲线形桩，将冻胀力进行分解，从而减小冻胀力，为了能够更加可以有效提高桩基抵抗冻胀力破坏的安全状态，在保证不影响桩身自身的承载能力的前提下上，考虑设置钢桩进行纵向截面变异。考虑钢桩横截面与土的接触面积应尽可能的减小，因此y型钢桩纵向截面变异曲线弧度a不超过90°。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本文中使用了变截面、y形变截面桩、y形截面桩、呈y形等相关专业术语，并不排除使用其他术语的可能性，使用这些术语是为了更方便的对其进行描述，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。