[发明专利]变截面的钢筋混凝土桩基及其沉桩方法

说明书

本发明公开了变截面的钢筋混凝土桩基及其沉桩方法，变截面的钢筋混凝土桩分为预制桩和灌注桩，预制桩有T形预制桩和梯形预制桩两种。变截面预制桩为预应力钢筋混凝土预制桩；T形预制桩由扩大截面的桩端和等直径小截面的桩身组成，轴向剖面呈T形；扩大的桩端与具有相同尺寸截面的上节桩相连接，组成上节桩截面大下节桩截面小的变截面桩基；梯形预制桩是一端截面尺寸大，另一端截面尺寸小，直径是渐变的，桩身轴向剖面呈梯形；变截面的灌注桩是成孔后现浇的钢筋混凝土桩，呈上大下小不同直径的阶梯状。该专利具有绿色、环保和安全可靠的社会效益，同时能降低造价和缩短工期，具有重大的经济价值。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体来说是建筑工程桩结构型式及其沉桩方法。

背景技术

在建筑工程中中，桩基作为主要的基础型式，被普遍使用。目前常用的桩基主要有钻孔灌注桩和预制桩二类。钻孔灌注桩是通过地层内成孔，使用泥浆护壁或护筒护壁的方法，在已成孔中现场浇灌混凝土形成桩基，这类桩基的质量受成孔的质量、护壁泥浆的质量、水下灌注混凝土的质量等因素影响，常常由于管理不到位或施工者缺少经验，出现了大量的工程质量事故。此外，护壁泥浆的处理也给环境带来较大的损害。护筒护壁法成孔，虽然能达到较好的成孔质量，但混凝土的浇筑质量仍然难以克服，同时，桩底沉渣的清理和护筒上拔时引起断桩的问题也很难解决。可以说钻孔灌注桩基的工程成本较高，施工周期较长，对环境很不友好。预制桩的问题主要出现在沉桩过程，会导致周边的挤土效应明显，引起周边的管线、建筑物和道路受损。当沉桩过程遇到较硬的地层或桩端需嵌入硬地层时，沉桩阻力很大将导致无法穿越和嵌入到该类硬地层，或者即使穿越了也会引起桩身严重损伤。可以说，现行的桩基及其施工方法具有较多的缺陷。

随着地下空间的开发强度加大和高层建筑的大量建设，使用桩基础的量也越来越多，尤其在软土地区，使用的桩基均为摩擦桩，表1所示为摩擦桩的轴力与埋深的关系。

表1桩身的轴力沿桩基位置的变化值

从表1可以看出，随着桩体埋深和摩阻力的增加，桩身承受的轴力越来越小，桩体全长等截面和等强度，桩顶处桩体的安全度最小，在桩底处的安全度最高。此外，桩顶处的桩身受到的约束力最小，受地层约束作用桩身的极限抗压强度与材料的无侧限抗压强度的比值也最低；反之桩底处的桩身受到的约束力最大，受地层约束作用桩身的极限抗压强度与材料的无侧限抗压强度相比最高，可以说，在地基压力的作用下，桩顶处与桩底处桩身材料的极限强度值相差达2倍以上；也就是说，随着桩基埋设深度的增加，对于全长桩身等截面和等强度的桩基，桩身下部的强度和承载能力储备量过高，这也是很大的材料浪费。

因此，工程界亟需发明一种沿桩身全长等安全度的桩型，既能提高桩基的承载力，又能避免桩体材料浪费，同时能减少工程施工造价，并能克服传统钻孔灌注桩和预制桩的质量和施工存在的缺陷，加快施工速度，实现绿色建造的目标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有摩擦桩桩基沿桩身全长安全度相差较大、桩身下部材料浪费严重，工程造价高、施工困难及对周边环境影响大等不足，提供一种变截面的混凝土桩及其施工方法。

为达到上述目的，本专利采用的技术方案是：

所述的变截面的钢筋混凝土桩分为预制桩和灌注桩，预制桩有T形预制桩和梯形预制桩两种。变截面预制桩为预应力钢筋混凝土预制桩；T形预制桩由扩大截面的桩端和等直径小截面的桩身组成，轴向剖面呈T形；扩大的桩端与具有相同尺寸截面的上节桩相连接，组成上节桩截面大下节桩截面小的变截面桩基；梯形预制桩是一端截面尺寸大，另一端截面尺寸小，直径从上到下是渐变的，桩身轴向剖面呈梯形；变截面的灌注桩是成孔后现浇的钢筋混凝土桩，呈上大下小不同直径的阶梯状，类似于，分二段变截面是：桩上部为大直径圆柱、桩下部为小直径圆柱；分三段变截面是：桩上部为大直径圆柱、桩中部为中直径圆柱、桩下部为小直径圆柱。