[原创]：桩头的箍与带箍的桩

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桩头的箍与带箍的桩
200710160966.1
发明人和联系人：薛江炜
太原理工大学，太原市建设管理委员会
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所属技术领域
本发明属于建设工程领域地基处理的一种方法，特别涉及一种桩与桩头的箍协同工作、箍与桩配合使用的地基处理方法。

背景技术
与本发明的方法比较接近的有以下四类技术：
一是仅在桩的施工过程中使用的防止桩头损坏的各种桩帽，桩帽最重要的是能够将能量由锤或大型液压机构均匀地传到桩身上，通常桩帽与桩头及桩锤与桩帽间设置防振硬木垫或粗麻绳组成的桩垫，以吸收较大的直接冲击力或压力，其中一些较为新颖独特的技术还申报了专利，如“大型预应力双向组合式碟形弹簧桩帽”（90208833.5）、“复合桩帽”（200520025045.0）等。
二是桩的承台，通常一柱一桩的承台，也称之为桩帽，路基工程中的CFG桩复合地基、PHC桩复合地基在桩顶一般都加有类似于小型承台的桩帽，这些承台或桩帽通常为现浇的钢筋混凝土，在构造上承台或桩帽与桩连成一体。
三是中国发明专利“建筑物构筑物软土地基箍土处理法”（88101349.8）和“软土层高层建筑圆柱形预应力地箍基础结构”（01126418.7）中分别提到的箍土圈和地箍基础结构。“建筑物构筑物软土地基箍土处理法”是在地基的四周设置一环形箍土圈，箍土圈以内地基还可设置箍土内圈，箍土圈的高度可根据地质条件和地基荷载确定，箍土圈可以钢筋混凝土或钢板现场制做，也可以制做预制桩打入地下围制而成。“软土层高层建筑圆柱形预应力地箍基础结构”是在高层建筑的四周，夯埋单层或多层用耐腐蚀高强度材料或钢筋混疑土制成的圆柱形预应力地箍，加固地下基础与地上建筑的交接处及地坪至地箍，使受高层建筑物重力影响的土地蠕动及变形主要被限定在其中。这两种方法都是在建筑地基的周边设置箍土圈或圆柱形预应力地箍，相当于封闭的地下连续墙，而在箍土圈以内设置的箍土内圈则相当于一种能够发挥地基土承载力的异型桩。
四就是各种普通的不带箍的桩。
桩是各种竖向增强体的统称，承担竖向荷载是桩的长项，而桩的短处是承担水平荷载的能力弱。水平荷载主要发生在桩的上部，而且桩头处在地基与上部结构的连接位置，其受力状态最复杂，有些类型的桩桩头受力最大，对桩头的施工质量要求也最高，因此，有必要加强对桩头的研究，特别是技术创新，通过新的措施来改善桩头的受力状态和受力条件。

发明内容
本发明提出了桩头侧面上下一定高度范围设置闭合环形箍的一种箍与桩配合使用的地基处理方法，箍的内径大于桩头的外径，箍与桩是分开的，桩与桩头的箍通过桩间土和垫层的传力来协同工作，组合成带箍的桩。本发明中桩与箍密不可分，所以将发明的名称定为“桩头的箍与带箍的桩”。
箍为闭合环形，其截面形式根据工程需要可以是矩形、三角形、“T”字形或“L”字形、圆形等。按照目前的技术，制作箍的材料首选混凝土，可以预制，也可以现浇，并根据受力和构造情况配置钢筋。预制箍可以消纳一些粉煤灰等活性物质或垃圾等废弃物，与制作预制混凝土桩、垃圾砖的技术类似，只需更换模板便可大批量生产，成本很低。箍的截面形状、外径、内径、高度、施工过程、嵌入桩间土的深度、周边设置垫层的状况等情况根据工程实际采取不同的处理方法，与桩的作用、类型、刚度、桩间距、桩间土性质相协调。为保证箍与桩之间能够协同工作，需要使桩与箍之间有一个相对的位移变形，带箍的桩的桩顶设置压缩量小的褥垫层或压缩量大的柔性垫层或预留沉降空间，使桩相对于箍产生向上的位移，箍通过压缩桩间土和垫层将荷载传递到桩身。如果极端不需要箍向桩顶传递水平荷载，还可在箍与桩头侧面一定高度范围放置压缩量大的缓冲材料预留箍和桩间土与桩头之间的相对水平位移空间，但此时也同时需要在桩顶设置足够高度的柔性垫层或预留空间减小桩顶直接承担的垂直荷载。对于带有承台的桩基础，箍伸入承台内部，承台的钢筋与箍的钢筋相互连接，水平荷载主要由箍来承担。箍的主要作用可以归纳如下：
1、箍的设置使桩头附近增加了一个受力体，分担一部分荷载，减小了桩头的应力集中。
2、箍与桩、桩间土共同分担水平荷载，特别是分担大部分原来需要由桩头承担的水平荷载，克服了竖向增强体承担水平荷载的能力弱的缺点。对于桩基础来说，箍的侧向刚度比桩大很多，可以承担大部分的水平荷载，桩处于带箍的桩的中性点处，混凝土桩可以减小配筋量，甚至可以采用不配钢筋的素混凝土桩。
3、箍承担部分垂直荷载，并将垂直荷载通过对桩间土和垫层的约束作用以负摩阻力的形式逐渐传递到桩的侧面，同时在一定深度范围内增大对桩侧面的约束。这样，对桩头来说，减小了垂直方向的主应力，增大了另外两个方向的应力，相应提高了材料极限破坏的强度；对桩头以下一定区域的桩身来说，不仅增大了侧面的约束，而且由于箍的分担和传力作用，减小了正、负摩阻力中性点处桩身轴力最大值的峰值。此外，箍约束柔性桩在桩顶范围内发生的侧向膨胀，可以大幅度减小地基的沉降变形，提高柔性桩复合地基的承载能力。

附图说明
本发明的附图说明如下：图1为地基的横断面示意图，仅标出了桩（1）和箍（2）。
图2和图3分别为典型的刚性桩复合地基和桩基础的剖面构造示意图。示例中箍（2）的截面形式为矩形。
附图编号说明如下：1、桩  2、箍  3、上部结构  4、垫层  5、预留净空  6、桩承台

具体实施方式
实施例1（刚性桩复合地基）：参见附图2
实施例2（桩基础）：参见附图3

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桩伴侣的作用
1、减小桩头的应力集中，改善受力条件，弥补施工质量缺陷；
2、分担大部分水平荷载，克服了竖向增强体承担水平荷载的能力弱的缺点；
3、加大桩顶面积，减少桩顶对基础地板的冲切力；
4、对桩间土进行约束,提高桩间土的承载能力；
5、提高桩间土承载力的发挥能力，桩基础成为复合桩基，复合地基或复合桩基的桩间土发挥系数可以取上限；
6、随着上部荷载的增加，逐步形成桩顶部位的“扩大头”,相当于“支盘”的作用，可提高承载力，减小沉降量。

桩伴侣的施工
对于采用刚性桩的复合地基，只需在平整桩头以后将桩伴侣摆放到桩头的周围即可，通常使用的桩伴侣的重量仅为30-60公斤，形状为圆形，可以人工滚动搬运。

桩伴侣的设计
由于目前缺乏工程应用的实例和试验数据，建议仍采用现行的复合地基或复合桩基设计规范和理论，将桩间土发挥系数取上限。例如，对于刚性桩复合地基，桩间土发挥系数可以取0.95，对于桩基础，按照复合桩基设计，桩间土的承载力可以参照复合地基的取值。将来可进一步考虑对桩间土的约束作用以及桩顶部位的“扩大头”对承载能力的贡献。

桩伴侣的应用范围
1、刚性桩(CFG桩、预应力管桩)或半刚性桩复合地基；
2、桩基础（灌注桩、预应力管桩等）；
3、其他应用，例如对缺陷桩的补救；调整主楼、裙楼沉降差异以便取消后浇带；减小基础底板各部位的沉降差异，减小底板应力和上部结构的附加应力等。

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有点变径桩的意思

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