专利名称：桩的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑、桥梁等的土木工程领域中用的桩。
背景技术：
目前，传统桩包括有在桩身侧臂上带有侧向突出的凸环部和/或凸起 (下面简称为凸环部)，通过该凸部，可使这样的桩的承载力提高。但 是，由于桩身直径相同，故在凸环部直径相同的情况下，其垂直投影面积 是相同的，这样，每个凸环部所提供的承载力有限。另外，伴随地层的深 度的加大，其地基强度逐渐增加，但是，在桩身直径相同的情况下，则不 能更有效利用该特点，不能够使土体对桩产生更好的承载作用。从桩身整 体受力来说，其上部受力大，其下部受力小，即使设置了凸环部，桩的承 载力仍往往受到桩身直径的制约，即桩身的上部强度不够，经常人们通过 加大桩身直径的方式，而不是通过进一步调动地基土体对桩的支撑作用同 时合理地设置桩身强度，来满足桩承载力的要求，其结果是，成本高，桩 与土体之间未实现良好的协同作用，更不能够有效提高桩承载能力。 发明的内容
本发明的目的在于提供一种新的桩结构形式，其可更加充分地利用地 基土体的强度的变化规律特点，从而桩与土体能够产生良好的协同作用， 将地基的高强度转化为桩的承载力的增加。
本发明的目的是通过下述的桩而实现的，该方式为该桩包括桩身和 形成于该桩身上，从该桩身向侧方突出的凸环部，上述桩身沿桩纵向，包 括直径不同的多个桩节段，其中，该多个桩节段的等效直径从上往下减 小，在最上方的第l桩节段下方的任意的第i桩节段上形成上述凸环部，该 凸环部的等效半径是按照在凸环部的等效直径大于等于第l桩节段的等效 直径的情况下，满足下述关系式，以便利用桩节段的垂直投影面积的不 同，将地基土体的承载力更多地转化为桩的凸环部的承载力的方式确定 的，该关系式为.-△ Fi=Pi ( Ji r卩一Jir卩)X ^ 在该式中，
AF,表示第i桩节段上的凸环部的承载力的增量值； Pi表示第i桩节段处的凸环部周围土的单位面积承载力； ri表示桩最上方的第l桩节段的等效半径； r,表示形成有该凸环部的第i桩节段的等效半径；
^表示在第i桩节段，当凸环部为非连续环形的凸起时，该凸起的垂直 投影面积与其等效半径和该凸环部的等效半径irf目同的连续纯环形凸环部 的垂直投影面积的比，当凸环部为连续纯环形凸环部时，该比值为l。
按照上述方案，由于凸环部形成于较细的桩身节段处，故与等径桩身 的场合相比较，在凸环部直径相同的情况下，凸环部的垂直投影面积增 加，该垂直投影面积的增加量为最上桩节段与凸环部所在桩节段的垂直投 影面积之差，凸环部与周围接触的土体的受力面积增加，凸环部的承载力 增加，也就是说，通过将凸环部设置于较细的桩节段上的方式，更加充分 地调动了桩周土的地基承载力作用的发挥，将其更多地转化为桩的凸环部 的承载力，即，桩的承载力；并且凸环部垂直投影面积随桩身向下在不同 桩身节段逐渐增加可更好的调动和利用地基土强度向下逐渐提高的特性。 实现了桩与地基土的良好的协同作用。
按照本发明，使上述变径结构的多个桩组合在一起而形成的群桩产生 了桩与土，桩与桩，凸环部与凸环部之间的空间利用更加合理，桩土空间 布置更加灵活，使得很多问题和矛盾得以优化。
在上述本发明的桩中，最好，上述桩为钢筋混凝土桩，上述凸环部中 也配有钢筋。
在上述本发明的桩中，最好，上述桩为混凝土桩，在上述桩的桩身中
配有钢筋，或预应力钢筋。
在上述本发明的桩中，最好，在一个桩节段中设置有多个凸环部。 按照该方案，由于在一个桩节段设置多个凸环部，这样可将AF,在该
节段成倍地增加，即可更充分地调动该节段地基土体的承载力，来提高桩
的承载力。
在本发明的桩中，最好，上述凸环部尽可能形成于靠近桩底端的桩节
5段上。
按照该方案，由于伴随地基深度的增加，地基强度，即地基承载力也 增加，根据该特性，将凸环部更加靠近桩底端设置，从而可更加充分地调 动地基土体参与受力，将更多的地基承载力转化为桩的承载力。
在本发明的桩中，上述桩中的桩身和凸环部均是混凝土的。
在本发明的桩中，最好，从桩身自上而下的方向，形成于各桩节段上 的凸环部的等效直径逐渐增加。
按照该方案，由于伴随地基深度的增加，地基强度，即地基承载力也 增加，根据该特性，使凸环部的等效直径伴随深度的增加而加大，这样可 更加充分地调动地基土体参与受力。
在本发明的桩中，最好，在上述桩的最上方的桩节段上也形成有凸环部。
在本发明的桩中，最好，在桩身上形成的凸环部等效直径是根据其所 处的地基土体的物理力学性能而确定的。
按照该方案，由于凸环部是桩的承载力的重要因素，故在凸环部的大 小根据地基土的性能确定时，可使桩的受力更加合理，桩土之间的作用更 加协调。
在本发明的桩中，最好，在于在桩身上形成的凸环部的大小是根据地 基土体强度的增加而增大的。
按照该方案，可使凸环部的尺寸更加符合地基土伴随深度的变化，更 加充分地调动地基土体参与受力。
在本发明的桩中，最好，桩身强度是根据桩所承受的荷载的大小而确 定的。
在本发明的桩中，最好，在桩身各节段中，配置不同强度的桩身材料。
按照该方案，可根据各地基土层的物理性能，在各桩节段，设置不同
的材料，使桩身强度和刚度设置更合理。
在本发明的桩中，最好，在桩身中，配置不同截面面积的钢构件。 在本发明的桩中，最好，在桩身中，配置不同强度的预应力钢筋混凝
土材料。在本发明的桩中，最好，在桩身中，配置钢管混凝土材料。 在本发明的桩中，最好，在桩身中，配置钢管混凝土叠合材料。 在本发明的桩中，最好，该桩为斜桩。 在本发明的桩中，最好，上述凸环部为纯环部。 在本发明的桩中，最好，上述凸环部为纯环部中的一部分。 在这里应说明，凸环部在为非连续环形的异形突起时，为比如，支 状，扇状，半环状等。上述等效半径和等效直径在相应的桩身和凸环部为 圆形的场合，指该圆形的半径和直径，在为其它的形状时，指换算为圆形 时的半径和直径。
-
图l为作为本发明的一个实施例的混凝土桩的纵向立面图，在本实施例
中，凸环部指纯环部；
图2为作为本发明的另一实施例的混凝土桩的纵向立面图，在本实施例 中，凸环部在不同桩节段，有不同的含义，包括有从平面看的纯环部和从 平面看的矩形凸片部的两种含义。
具体实施例方式
如图1所示，作为本发明的一个实施例的桩为混凝土桩l，该混凝土桩l 包括三个桩节段a， b， c，最上方的桩节段，g卩，第l桩节段a的半径为 ra，第2桩节段b的半径为iv第3桩节段c的半径为r。，而第l桩节段a上形 成的凸环部2的外径为&，第2桩节段b上形成的凸环部3的外径为Rb，第3桩 节段c上形成的凸环部4的外径为Re。
在这里，在Rb大于r,的情况下，由于凸环部3形成于第2桩节段b上，而 第2桩节段b的半径为rb小于r,，故凸环部3的垂直投影面积增加，即土体对 凸环部3的支承接触面积增加，这样，便获得凸环部3的承载力的增量A
<formula>formula see original document page 7</formula> (兀ra2—XPb 其中，
Pb表示第2桩节段b处的地基土体的强度，或单位面积的承载力；
ASb表示桩身的第l桩节段a与第2桩节段b的垂直投影面积差；
P b表示在第2桩节段b，连续纯环形凸环部4的垂直投影面积与其等效半径和该凸环部的等效半径rb相同的连续纯环形凸环部的垂直投影面积的 比，在这里，该比值为l。
同样，在第3桩节段c，在&大于&的情况下，由于凸环部4形成于第3 桩节段b上，而第3桩节段c的半径为re小于iv故凸环部4的垂直投影面积 增加，即土体对凸环部4的支承接触面积增加，这样，便获得凸环部4的承 载力的增量AF。
AFC =PCX ASCX PC = PCX ( nra2—Jirc2) XPC
其中，
Pc表示第3桩节段c处的地基土体的强度，或单位面积的承载力； ASe表示桩身的第l桩节段a与第3桩节段c的垂直投影面积差； 3c表示在第3桩节段c，当凸环部3为非连续环形的凸起时，该凸起的 垂直投影面积与其等效半径和该凸环部的等效半径；相同的连续纯环形凸 环部的垂直投影面积的比，在这里，该比为l。
从图l和上面分析知道，在上述第2桩节段b中，rb与AFb之间具有函数 关系，&越小，AFb越大，伴随桩深的增加，Pb与ASb都增加，导致AFb成 倍地增加，最终，第2桩节段b上的凸环部3的承载力大幅度地增加(特别 是与等径桩相比较)，上述第2桩节段b的半径rb正是按照上述机理而确定 的。
同样，从图l和上面分析知道，在上述第3桩节段c中，r。与AFe之间具
有函数关系，re越小，AFe越大，伴随桩深的增加，Pe与ASe都增加，导致
AFc成倍地增加，最终，第3桩节段c上的凸环部4的承载力大幅度地增加 (特别是与等径桩相比较)，上述第3桩节段c的半径rJE是按照上述机理 而确定的。
另外，如图2所示，作为本发明的一个实施例的桩为混凝土桩l，该混 凝土桩l包多个桩节段，即，桩节段a， b， c，…n，最上方的桩节段， 即，第l桩节段a的半径为iv第2桩节段b的半径为rb，第3桩节段c的半径 为r。，…第n桩节段n的半径为iv在第l桩节段a的上方形成有2个作为凸环 部的凸部2p从平面看呈矩形状，在该节段a的下方，形成有2个作为凸环 部的凸部22，上方和下方的凸部2,和2^勺外径均为R，第2桩节段b上形成的 凸环部3包括位于上方的4个从平面看呈矩形状的凸部3p以及位于下方的
8一个环部32，凸部3i和环部32的外径均为R，在第3桩节段c上形成的凸环部 在图中未示出，在第n桩节段n上形成的凸环部X包括上下两个环部Xp X2， 其半径为R。在这里，为了便于说明和图示，假定各节段的凸环部的外径 均为R，实际上也可以不同。
在这里，在R大于r,的情况下，由于作为凸环部的凸部3i形成于第2桩 节段b上，而第2桩节段b的半径为rb小于^，故凸环部3,的垂直投影面积增 加，即土体对凸环部3i的支承接触面积增加，这样，便获得每个凸环部3, 的承载力的增量AFb"
△ Fbl=PbX ASbX Pbl=PbX (nrX) X 0 bl
其中，
Pb表示第2桩节段b处的地基土体的强度，或单位面积的承载力； ASb表示桩身的第l桩节段a与第2桩节段b的垂直投影面积差； 3 w表示在第2桩节段b，凸部3,的垂直投影面积与其等效半径和该凸环 部的等效半径rb相同的连续纯环形凸环部的垂直投影面积的比； 而所有凸环部3i的承载力的总增量为mX AFbl m表示本桩节段上的凸环部的数量，在这里为4。 作为凸环部的环部32的承载力的增量A Fb2: △Fb2 = PbX ASbX eb2 = PbX (:ira2—訂b2) X 0 b2
其中，
Pb表示第2桩节段b处的地基土体的强度，或单位面积的承载力；
ASb表示桩身的第l桩节段a与第2桩节段b的垂直投影面积差；
3 b2表示在第2桩节段b，凸部32的垂直投影面积与其等效半径和该凸环
部的等效半径rb相同的连续纯环形凸环部的垂直投影面积的比；在这里，为l。
由此，第2桩节段b的总承载力的增量二mX AFbl+AFb2。 同样，在第n桩节段n，在R大于^的情况下，由于作为凸环部的环部 Xn X2形成于第n桩节段n上，而第n桩节段n的半径为rn小于^，故环部Xp &的垂直投影面积增加，即土体对环部X,， X2的支承接触面积增加，这 样，便获得Xp X2的相应承载力的增量AF^， AFn2: AFnl =PnX ASnXPnl = PnX ("a2—:nrn2) X 3 nl
9AFn2=PnXASnXpn2 = PnX (nra2—兀rn2) X 3 n2 其中，
Pn表示第n桩节段n处的地基土体的强度，或单位面积的承载力； A S。表示桩身的第l桩节段a与第n桩节段n的垂直投影面积差； 3nl， Pn2表示作为凸环部的环部Xp &垂直投影面积与其等效半径和 该凸环部的等效半径rn相同的纯环部的垂直投影面积的比，在这里，均为
由此知道，第n桩节段n的环部Xp ^的总承载力的增量二 AFnl+A
Fn2。
从图2和上面分析知道，在上述第2桩节段b中，rb与AFb之间具有函数 关系，rb越小，AFb越大，伴随桩深的增加，Pb与ASb都增加，导致AFb成 倍地增加，最终，第2桩节段b上的凸环部3的承载力大幅度地增加(特别 是与等径桩相比较)，上述第2桩节段b的半径rb正是按照上述机理而确定 的。
同样，从图2和上面分析知道，在上述第n桩节段n中，！^与AFn之间具
有函数关系，r。越小，AFn越大，伴随桩深的增加，Pn与ASn都增加，导
致AFn成倍地增加，最终，第n桩节段n上的作为凸环部的环部X" 乂2的承 载力大幅度地增加(特别是与等径桩相比较)，上述第n桩节段n的半径rn 正是按照上述机理而确定的。
权利要求
1.一种桩，该桩包括桩身和形成于该桩身上，从该桩身向侧方突出的凸环部，上述桩身沿桩纵向，包括直径不同的多个桩节段，其中，该多个桩节段的等效直径从上往下减小，在最上方的第1桩节段下方的任意的第i桩节段上形成上述凸环部，形成有该凸环部的第i桩节段的等效半径是按照在凸环部的等效直径大于等于第1桩节段的等效直径的情况下，满足下述关系式，以便利用桩节段的垂直投影面积的不同，将地基土体的承载力转化为桩的凸环部的承载力的方式确定的，该关系式为ΔFi＝Pi(πr12-πri2)×βi在该式中，ΔFi表示第i桩节段上的凸环部的承载力的增量值；Pi表示第i桩节段处的凸环部周围土的单位面积承载力；r1表示最上方的第1桩节段的等效半径；ri表示形成有该凸环部的第i桩节段的等效半径；βi表示在第i桩节段，当凸环部为非连续环形的凸起时，该凸起的垂直投影面积与其等效半径和该凸环部的等效半径ri相同的连续纯环形凸环部的垂直投影面积的比，当凸环部为连续纯环形凸环部时，该比值为1。
2. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于上述桩为钢筋混凝土桩，上述 凸环部中也配有钢筋。
3. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于上述桩为混凝土桩，在上述桩 的桩身中配有钢筋，或预应力钢筋。
4. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于在一个桩节段中设置有多个凸 环部。
5. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于上述凸环部尽可能形成于靠近 桩底端的桩节段上。
6. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于上述桩中的桩身和凸环部均是 混凝土的。
7. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于从桩身自上而下的方向，形成 于各桩节段上的凸环部的等效直径逐渐增加。
8. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于在上述桩的最上方的桩节段上也形成有凸环部。
9. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于在桩身上形成的凸环部等效直 径是根据其所处的地基土体的物理力学性能而确定的。
10. 根据权利要求i所述的桩，其特征在于在桩身上形成的凸环部的大小是根据地基土体强度的增加而增大的。
11. 根据权利要求l所述的桩，其特征在于桩身强度是根据桩所承受的 荷载的大小而确定的。
12. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于在桩身各节段中，配置不同 强度的桩身材料。
13. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于在桩身中，配置不同截面面 积的钢构件。
14. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于在桩身中，配置不同强度的 预应力钢筋混凝土材料。
15. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于在桩身中，配置钢管混凝土 材料。
16. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于在桩身中，配置钢管混凝土 叠合材料。
17. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于该桩为斜桩。
18. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于上述凸环部为纯环部。
19. 根据权利要求1所述的桩，其特征在于上述凸环部为纯环部中的一 部分。
全文摘要
桩包括桩身和侧方突出的凸环部，桩身包括直径不同的多个节段，它们的等效直径从上往下减小，第i节段上形成凸环部，形成有凸环部的第i节段的等效半径按照在凸环部的等效直径大于等于第1节段的情况下，满足下述关系式，以便利用节段的垂直投影面积的不同，将土体的承载力转化为凸环部承载力的方式确定，该关系式为ΔF<sub>i</sub>＝P<sub>i</sub>(πr<sub>1</sub><sup>2</sup>-πr<sub>i</sub><sup>2</sup>)×β<sub>i</sub>，ΔF<sub>i</sub>指第i节段上的凸环部的承载力的增量值；P<sub>i</sub>指第i节段的单位面积的凸环部周土的承载力；r<sub>1</sub>指第1节段的等效半径；r<sub>i</sub>指形成凸环部的第i节段的等效半径；β<sub>i</sub>指在第i节段，当凸环部为非连续环形的凸起时，凸起的垂直投影面积与相应的连续纯环形凸环部的垂直投影面积的比。
文档编号E02D5/22GK101492914SQ200810000559
公开日2009年7月29日 申请日期2008年1月22日 优先权日2008年1月22日
发明者张国梁 申请人:张国梁