專利名稱：樁結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橋梁、工業(yè)民用建筑等的土木領(lǐng)域中用的樁結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)樁包括有在樁身側(cè)臂上帶有側(cè)向突出的凸環(huán)部，通過該凸 部，可使這樣的樁的承載力提高。從樁整體受力來說，其上部受力大，其 下部受力小，即使設(shè)置了凸環(huán)部，樁的承載力仍往往受到樁身直徑的制 約，即樁身的上部強(qiáng)度不夠，經(jīng)常人們通過加大樁身直徑的方式，來滿足 強(qiáng)度的要求。但是，在橋梁基礎(chǔ)中，往往采用群樁的樁結(jié)構(gòu)，該群樁的頂 部連接有承臺，此時，對于每根樁，有豎向承載力的要求，還有抵抗彎矩 的要求，這就要求樁的頂部的直徑，即，樁徑不能夠太小，此時，在該樁 身上形成凸環(huán)部的場合，凸環(huán)部的直徑就較大，但是就整體結(jié)構(gòu)來說，還 有樁間距的要求，在保持較大直徑樁身(滿足彎矩的要求)的同時又帶有 較大凸環(huán)部(滿足豎向承載力的要求)時，為了避免相鄰樁的凸環(huán)部相互 妨礙，往往樁間距過大，其結(jié)果是，導(dǎo)致樁頂部的承臺的總體尺寸過大， 雖然單樁承載力提高，但是上述承臺的成本卻增加，從總體上來說，整體 結(jié)構(gòu)的受力還不合力，經(jīng)濟(jì)上不是特別合算。在城市的建筑物密集和臨近 市政管線的場合，不允許過大的樁間距，也不允許過大的承臺，否則會影 響鄰接建筑物或市政管線，或受到鄰接的建筑物的妨礙。對于現(xiàn)有橋梁的 基礎(chǔ)加固，其樁間距有限，又要求樁的承載力的增加，目前的樁結(jié)構(gòu)難以 滿足這種要求。 發(fā)明的內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供--…種樁結(jié)構(gòu)，其既從整體上使群樁的樁間距的 不過大，進(jìn)而不使承臺面積太大，又同時滿足水平與豎向荷載的要求。
本發(fā)明的目的是通過下述的樁結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的，該樁結(jié)構(gòu)包括多根樁和 樁承臺，上述多根樁的頂部與該樁承臺連接，該樁包括樁身和形成于該樁 身上，從該樁身向側(cè)方突出的凸環(huán)部，上述樁身沿樁縱向，包括直徑不同
的多個樁節(jié)段，其中，該多個樁節(jié)段的等效直徑從上往下減小，在最上方 的第l樁節(jié)段下方的任意的第i樁節(jié)段上形成上述凸環(huán)部，形成有該凸環(huán)部 的第i樁節(jié)段的等效半徑是按照滿足下述關(guān)系式，以便減小相鄰的上述樁 間距，進(jìn)而減小上述樁承臺的整體尺寸的方式確定的，該關(guān)系為
在該式中，
AFi表示第i樁節(jié)段上的凸環(huán)部的承載力的增量值； Pi表示第i樁節(jié)段處的凸環(huán)部周圍土的單位面積承載力；
r,表示樁最上方的第l樁節(jié)段的等效半徑； r,表示形成有該凸環(huán)部的第i樁節(jié)段的等效半徑；
P,表示在第i樁節(jié)段，當(dāng)凸環(huán)部為非連續(xù)環(huán)形的凸起時，該凸起的垂直
投影面積與其等效半徑和該凸環(huán)部的等效半徑ri相同的連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部
的垂直投影面積的比，當(dāng)凸環(huán)部為連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部時，該比值為l。
按照上述方案，由于凸環(huán)部形成于較細(xì)的樁身節(jié)段處，故與等徑樁身 的場合相比較，在獲得相同凸環(huán)部的承載力的情況下，可使該該凸環(huán)部的 直徑減小，由于凸環(huán)部的直徑減小，故相鄰樁的凸環(huán)部不會相互妨礙，從 而施工困難的現(xiàn)象大大緩減，不會造成過大的樁間距，從而不會使樁頂部 的承臺的總體尺寸或總面積過大，有利于成本的降低。也就是說，本發(fā)明 依靠樁與土的更加協(xié)同的作用效果，在滿足橋梁中所特定的要求的，樁頂 部抵抗彎矩，豎向荷載的同時，由于受力合理，仍不會使樁結(jié)構(gòu)的整體成 本過大。
按照本發(fā)明，使上述變徑結(jié)構(gòu)的多個樁組合在一起而形成的群樁產(chǎn)生 了樁與土，樁與樁，凸環(huán)部與凸環(huán)部之間的空間利用更加合理，樁土空間 布置更加靈活，使得很多問題和矛盾得以優(yōu)化。
在上述本發(fā)明的樁結(jié)構(gòu)中，最好，上述樁為混凝土樁，上述凸環(huán)部中 配有鋼筋。
在上述本發(fā)明的樁結(jié)構(gòu)中，最好，上述樁為混凝土樁，在上述樁的樁 身中配有鋼筋，或預(yù)應(yīng)力鋼筋。 在上述本發(fā)明的樁結(jié)構(gòu)中，最好，在一個樁節(jié)段中設(shè)置有多個凸環(huán)部。 按照該方案，由于在一個樁節(jié)段設(shè)置多個凸環(huán)部，這樣可充分地調(diào)動 地基土體的承載力，來提高樁的承載力，進(jìn)而提高樁結(jié)構(gòu)的承載力。
在本發(fā)明的樁結(jié)構(gòu)中，最好，上述凸環(huán)部盡可能形成于靠近樁底端的 樁節(jié)段上。
按照該方案，由于伴隨地基深度的增加，地基強(qiáng)度，即地基承載力也 增加，根據(jù)該特性，將凸環(huán)部更加靠近樁底端設(shè)置，從而可更加充分地調(diào) 動地基土體參與受力，將更多的地基承載力轉(zhuǎn)化為樁的承載力。
在本發(fā)明的樁結(jié)構(gòu)中，上述樁中的樁身和凸環(huán)部均是混凝土的。
在本發(fā)明的樁結(jié)構(gòu)中，最好，從樁身自上而下的方向，形成于各樁節(jié) 段上的凸環(huán)部的等效直徑逐漸增加。
按照該方案，由于伴隨地基深度的增加，地基強(qiáng)度，即地基承載力也 增加，根據(jù)該特性，使凸環(huán)部的等效直徑伴隨深度的增加而加大，這樣可 更加充分地調(diào)動地基土體參與受力。
在本發(fā)明的樁結(jié)構(gòu)中，最好，在上述樁的最上方的樁節(jié)段上也形成有 凸環(huán)部。
在本發(fā)明的樁結(jié)構(gòu)中，最好，相鄰樁的同一標(biāo)高處的樁節(jié)段上的凸環(huán) 部在豎向上錯開地布置。
在這里應(yīng)說明，上述等效半徑和等效直徑在相應(yīng)的樁身和凸環(huán)部為圓 形的場合，指該圓形的半徑和直徑，在為其它的形狀時，指換算為圓形時 的半徑和直徑。
圖1為作為本發(fā)明的--個實施例的鋼筋混凝土樁結(jié)構(gòu)的縱向立面圖，在 本實施例中，凸環(huán)部指連續(xù)純環(huán)部；
圖2為作為本發(fā)明的另-一實施例的鋼筋混凝土樁結(jié)構(gòu)中所采用的混凝土 樁的縱向立面圖，在本實施例中，凸環(huán)部在不同樁節(jié)段，有不同的含義， 包括有從平面看的純環(huán)部和從平面看的矩形凸片部的兩種含義。
具體實施例方式
如圖1所示，作為本發(fā)明的一個實施例的橋梁用的鋼筋混凝土樁結(jié)構(gòu)包 括鋼筋混凝土承臺1和鋼筋混凝土樁2，該混凝土樁2包括三個樁節(jié)段3， 4， 5，最上方的樁節(jié)段，即，第l樁節(jié)3的半徑為rp第2樁節(jié)段4的半徑為
r2，第3樁節(jié)段5的半徑為iv而第2樁節(jié)段4上形成的凸環(huán)部6的外徑為Rp 第3樁節(jié)段5上形成的凸環(huán)部7的外徑為&。如圖1所示，在鋼筋混凝土承臺 l的下面，形成有兩根鋼筋混凝土樁，其中，在圖1中，僅對l根樁的相應(yīng) 部分標(biāo)注了標(biāo)號。
在這里，在R,大于r,的情況下，由于凸環(huán)部6形成于第2樁節(jié)段4上，而 第2樁節(jié)段4的半徑為iyJ、于r,，故凸環(huán)部6的垂直投影面積增加，即土體對 凸環(huán)部6的支承接觸面積增加，這樣，便獲得凸環(huán)部6的承載力的增量A
AF\=P2X A&X P ,=P2X ( Ji r!2_ ji r22) Xp, 其中，
P2表示第2樁節(jié)段4處的地基土體的強(qiáng)度，或單位面積的承載力；
ASi表示樁身的第l樁節(jié)段3與第2樁節(jié)段4的垂直投影面積差； r,表示最上方的第l樁節(jié)段的等效半徑；
1"2表示形成有該凸環(huán)部的第2樁節(jié)段的等效半徑；
e ,表示凸環(huán)部6的垂直投影面積與其等效半徑和該凸環(huán)部的等效半徑
!^相同的連續(xù)純環(huán)部的垂直投影面積的比。
同樣，在第3樁節(jié)段5，在R2大于r,的情況下，由于凸環(huán)部7形成于第3 樁節(jié)段5上，而第3樁節(jié)段5的半徑為iyj、于r,，故凸環(huán)部7的垂直投影面積 增加，即土體對凸環(huán)部7的支承接觸面積增加，這樣，便獲得凸環(huán)部7的承 載力的增量AF2:
AF2 =P3X AS2X p 2=P3X (Jir!2一兀r32) XP2
3巾，
P3表示第3樁節(jié)段5處的地基土體的強(qiáng)度，或單位面積的承載力； AS2表示樁身的第1樁節(jié)段3與第3樁節(jié)段5的垂直投影面積差。 0 2表示凸環(huán)部7的垂直投影面積與其等效半徑和該凸環(huán)部的等效半徑 巧相同的連續(xù)純環(huán)部的垂直投影面積的比。
從圖l和上面分析知道，在上述第2樁節(jié)段4中，r2與AF,之間具有函數(shù) 關(guān)系，r2越小，AF,越大，伴隨樁深的增加，P2與AS,都增加，導(dǎo)致AF,成 倍地增加，最終，第2樁節(jié)段4上的凸環(huán)部6的承載力大幅度地增加(特別是與等徑樁相比較)，上述第2樁節(jié)段4的半徑r2正是按照上述機(jī)理而確定 的。
同樣，從圖l和上面分析知道，在上述第3樁節(jié)段5中，i"3與AF2之間具 有函數(shù)關(guān)系，巧越小，AF2越大，伴隨樁深的增加，P3與AS2都增加，導(dǎo) 致AF2成倍地增加，最終，第3樁節(jié)段5上的凸環(huán)部7的承載力大幅度地增 加(特別是與等徑樁相比較)，上述第3樁節(jié)段5的半徑巧正是按照上述機(jī) 理而確定的。
另外，如圖2所示，作為本發(fā)明的另一實施例的鋼筋混凝土樁結(jié)構(gòu)中所 采用的為鋼筋混凝土樁2，該混凝土樁2包多個樁節(jié)段，即，樁節(jié)段3， 4， 5，…n，最上方的樁節(jié)段，即，第l樁節(jié)段3的半徑為r,，第2樁節(jié)段4的半 徑為iV第3樁節(jié)段5的半徑為巧，…第n樁節(jié)段n的半徑為^。在第l樁節(jié)段 3的上方形成有2個作為凸環(huán)部的凸部8,，從平面看呈矩形狀，在該節(jié)段3 的下方，形成有2個作為凸環(huán)部的凸部82，上方和下方的凸部8^P82的外徑 均為R，第2樁節(jié)段4上形成的凸環(huán)部6包括位于上方的4個從平面看呈矩形 狀的凸部6,，以及位于下方的一個環(huán)部62，凸部6,和環(huán)部62的外徑均為R， 在第3樁節(jié)段5上形成的凸環(huán)部在圖中未示出，在第n樁節(jié)段n上形成的凸環(huán) 部X包括上下兩個環(huán)部X,， X2，其半徑為R。在這里，為了便于說明和圖 示，假定各節(jié)段的凸環(huán)部的外徑均為R，實際上也可以不同。
在這里，在R大于r,的情況下，由于作為凸環(huán)部的凸部6,形成于第2樁 節(jié)段4上，而第2樁節(jié)段4的半徑為iyj、于iv故作為凸環(huán)部的凸部6,的垂直 投影面積增加，即土體對凸環(huán)部6,的支承接觸面積增加，這樣，便獲得每 個凸環(huán)部6,的承載力的增量AF2,:
AF21=P2X AS,X P21 = P2X ( Jir卩一 nr22) X P 21
其中，
P2表示第2樁節(jié)段4處的地基土體的強(qiáng)度，或單位面積的承載力； AS,表示樁身的第1樁節(jié)段3與第2樁節(jié)段4的垂直投影面積差； 321表示作為凸環(huán)部的凸部6,的垂直投影面積與其等效半徑和該凸環(huán)部 的等效半徑^相同的連續(xù)純環(huán)部的垂直投影面積的比；
而所有凸環(huán)部6,的承載力的總增量為mX AF21
m表示本樁節(jié)段上的凸環(huán)部的數(shù)量，在這里為4。
作為凸環(huán)部的環(huán)部62的承載力的增量AF22:
△ F22=P2X AS!X P22 = P2X (兀r!2一丌r22) XP22 其中，
P2表示第2樁節(jié)段4處的地基土體的強(qiáng)度，或單位面積的承載力； AS2表示樁身的第1樁節(jié)段3與第2樁節(jié)段4的垂直投影面積差； 322表示作為凸環(huán)部的環(huán)部62的垂直投影面積與其等效半徑和該環(huán)部的 等效半徑的^相同的純環(huán)部的垂直投影面積的比，在這里，為l。 由此，第2樁節(jié)段4的總承載力的增量二mX AF21+AF22。 m表示本樁節(jié)段上的凸環(huán)部的數(shù)量，在這里為4。
同樣，在第n樁節(jié)段n，在R大于i^的情況下，由于作為凸環(huán)部的環(huán)部 X,， X2形成于第n樁節(jié)段n上，而第n樁節(jié)段n的半徑為r/j、于r,，故環(huán)部X,， X』勺垂直投影面積增加，即土體對環(huán)部X,， ^的支承接觸面積增加，這 樣，便獲得Xp X2的相應(yīng)承載力的增量AFn,， AFn2:
AFnl =PnX ASnXPnl=PnX "r,2—兀rn2) X P nl
△Fn2 =PnX ASnX en2 = PnX (:iri2—nrn2) X p n2
其中，
P。表示第n樁節(jié)段n處的地基土體的強(qiáng)度，或單位面積的承載力； ASn表示樁身的第l樁節(jié)段3與第n樁節(jié)段n的垂直投影面積差；
enl， e^表示作為凸環(huán)部的環(huán)部x,， &的垂直投影面積與其等效半徑
和該凸環(huán)部的等效半徑i^相同的連續(xù)純環(huán)部的垂直投影面積的比，在這 里，均為l。
由此知道，第n樁節(jié)段n的環(huán)部X,， X2的總承載力的增量二AF^+A
Fn2。
從圖2和上面分析知道，在上述第2樁節(jié)段3中，r2與A^之間具有函數(shù) 關(guān)系，1:2越小，A^越大，伴隨樁深的增加，^與AS,都增加，導(dǎo)致A^成 倍地增加，最終，第2樁節(jié)段3上的凸環(huán)部6的承載力大幅度地增加(特別 是與等徑樁相比較)，上述第2樁節(jié)段3的半徑r2正是按照上述機(jī)理而確定 的。
同樣，從圖2和上面分析知道，在上述第n樁節(jié)段n中，^與AF。之間具 有函數(shù)關(guān)系，r。越小，AF。越大，伴隨樁深的增加，^與ASn都增加，導(dǎo)
致AF。成倍地增加，最終，第n樁節(jié)段n上的作為凸環(huán)部的環(huán)部X,， X:的承 載力大幅度地增加(特別是與等徑樁相比較)，上述第n樁節(jié)段n的半徑^ 正是按照上述機(jī)理而確定的。
由于上面的樁結(jié)構(gòu)，與具有樁徑?jīng)]有變化的樁的過去的樁結(jié)構(gòu)相比 較，樁間距可減小，從而可減小鋼筋混凝土承臺l的面積。
權(quán)利要求
1.一種樁結(jié)構(gòu)，該樁結(jié)構(gòu)包括多根樁和樁承臺，上述多根樁的頂部與該樁承臺連接，該樁包括樁身和形成于該樁身上，從該樁身向側(cè)方突出的凸環(huán)部，上述樁身沿樁縱向，包括直徑不同的多個樁節(jié)段，其中，該多個樁節(jié)段的等效直徑從上往下減小，在最上方的第1樁節(jié)段下方的任意的第i樁節(jié)段上形成上述凸環(huán)部，形成有該凸環(huán)部的第i樁節(jié)段的等效半徑是按照滿足下述關(guān)系式，以便減小相鄰的上述樁間距，進(jìn)而減小上述樁承臺的整體尺寸的方式確定的，該關(guān)系為ΔFi＝Pi(πr12-πri2)×βi在該式中，ΔFi表示第i樁節(jié)段上的凸環(huán)部的承載力的增量值；Pi表示第i樁節(jié)段處的凸環(huán)部周圍土的單位面積承載力；r1表示最上方的第1樁節(jié)段的等效半徑；ri表示形成有該凸環(huán)部的第i樁節(jié)段的等效半徑；βi表示在第i樁節(jié)段，當(dāng)凸環(huán)部為非連續(xù)環(huán)形的凸起時，該凸起的垂直投影面積與其等效半徑和該凸環(huán)部的等效半徑ri相同的連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部的垂直投影面積的比，當(dāng)凸環(huán)部為連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部時，該比值為1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁結(jié)構(gòu)，其特征在于上述樁為混凝土樁，上述 凸環(huán)部中配有鋼筋。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的樁結(jié)構(gòu)，其特征在于上述樁為混凝土樁， 在上述樁的樁身中配有鋼筋，或預(yù)應(yīng)力鋼筋。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁結(jié)構(gòu)，其特征在于在一個樁節(jié)段中設(shè)置有多 個凸環(huán)部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁結(jié)構(gòu)，其特征在于上述凸環(huán)部盡可能形成于 靠近樁底端的樁節(jié)段上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁結(jié)構(gòu)，其特征在于上述樁中的樁身和凸環(huán)部 均是混凝土的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁結(jié)構(gòu)，其特征在于從樁身自上而下的方向， 形成于各樁節(jié)段上的凸環(huán)部的等效直徑逐漸增加。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁結(jié)構(gòu)，其特征在于在上述樁的最上方的樁節(jié)段上也形成有凸環(huán)部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樁結(jié)構(gòu)，其特征在于相鄰樁的同一標(biāo)高處的樁 節(jié)段上的凸環(huán)部在豎向上錯開地布置。
全文摘要
樁結(jié)構(gòu)包括多根樁和與其頂部連接的承臺，樁包括樁身和側(cè)方突出的凸環(huán)部，樁身包括直徑不同的多個節(jié)段，它們的等效直徑從上往下減小，在第i節(jié)段上形成凸環(huán)部，形成有凸環(huán)部的第i節(jié)段的等效半徑按照滿足下述關(guān)系式，以便減小樁間距，減小承臺尺寸方式確定，該關(guān)系式為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樁節(jié)段上的凸環(huán)部的承載力增量值；P<sub>i</sub>指第i節(jié)段處的凸環(huán)部周土的單位面積承載力；r<sub>1</sub>指最上方的第1節(jié)段的等效半徑；r<sub>i</sub>指形成有凸環(huán)部的第i節(jié)段的等效半徑；β<sub>i</sub>指在第i節(jié)段，當(dāng)凸環(huán)部為非連續(xù)環(huán)形的凸起時，該凸起的垂直投影面積與其等效半徑和凸環(huán)部的等效半徑r<sub>i</sub>相同的連續(xù)純環(huán)形凸環(huán)部的垂直投影面積的比。
文檔編號E02D27/12GK101168962SQ20071016391
公開日2008年4月30日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者張國梁 申請人:張國梁