樁尖專利技術(shù)綜述

■姜海燕 ■國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215500

1 概述

關(guān)于樁尖，一般主要認(rèn)為其是為了增加樁體的穿透能力，而實(shí)際工程中樁尖對(duì)樁體的影響遠(yuǎn)不僅限于此，樁體是否帶有樁尖以及樁尖的具體形式對(duì)土層的刺入破壞狀態(tài)以及土體的擾動(dòng)均存在一定的影響，進(jìn)而會(huì)進(jìn)一步影響到后期樁體的承載力，迄今，已有大量關(guān)于樁尖方面的專利申請(qǐng)，因而，對(duì)樁尖專利發(fā)展技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)地分析將對(duì)今后樁尖的研究發(fā)展具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

實(shí)際中，我們常見(jiàn)的樁尖主要可劃分為錐型體，十字交叉型，活瓣型，開(kāi)口型，平頭板幾種。錐型體樁尖為封口型樁尖，以圓錐體形最為常見(jiàn)，也是平時(shí)采用的最多的普通樁尖;十字交叉型也屬于封口型樁尖，成樁后樁內(nèi)不進(jìn)土，其主要是樁端處設(shè)有端板，在端板下面垂直設(shè)有十字交叉的板;開(kāi)口型樁尖穿越砂層能力較強(qiáng)，擠土效應(yīng)較其它樁尖形式偏低，但價(jià)格高，一般用于樁徑較大、樁長(zhǎng)較長(zhǎng)且穿越地層較密實(shí)的場(chǎng)地;活瓣(活頁(yè))型樁尖顧名思義是由多個(gè)活瓣組合成樁尖型，這種樁尖在沉樁時(shí)能夠提供一定的穿透力，當(dāng)對(duì)樁孔內(nèi)灌注混凝土?xí)r其能打開(kāi)以便混凝土下落，也就是說(shuō)這樣的樁尖可以被重復(fù)多次使用，從而避免了打一根樁就需要一個(gè)引頭的情況;可見(jiàn)，不同形式的樁尖會(huì)有其特定的使用優(yōu)勢(shì)，因而有必要結(jié)合樁尖的形式來(lái)對(duì)樁尖的發(fā)展進(jìn)行細(xì)化的分析。

2 樁尖技術(shù)分析

本文主要是對(duì)1990 年至2013 年期間樁尖的專利申請(qǐng)量及主要類型樁尖的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了相關(guān)分析。

2.1 申請(qǐng)量變化及分布情況分析

2.1.1 國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)量變化趨勢(shì)分析

圖2 -1 -1 我國(guó)專利申請(qǐng)量與國(guó)外歷年專利申請(qǐng)量的變化趨勢(shì)圖

從圖2 -1 -1 可以看出，在2000 年以前我國(guó)有關(guān)樁尖的專利申請(qǐng)量很少，許多年份甚至出現(xiàn)空頭現(xiàn)象，而國(guó)外在此段時(shí)間一直都有相關(guān)專利的申請(qǐng)，但都處于10 件之內(nèi);從2001 -2006 年，國(guó)外有關(guān)樁尖的申請(qǐng)量較多，2004 年達(dá)到了巔峰為50 件，即此段時(shí)間國(guó)外有關(guān)樁尖的研究最為活躍，而這段時(shí)間我國(guó)的專利申請(qǐng)量剛剛略微開(kāi)始增加，也就是說(shuō)，我國(guó)在此段時(shí)間關(guān)于樁尖的專利申請(qǐng)才剛起步，可見(jiàn)我國(guó)在樁尖的專利申請(qǐng)上起步要明顯晚于國(guó)外;2007 年之后國(guó)外的專利申請(qǐng)量較巔峰時(shí)期有所降低，但總體波動(dòng)不大，2007 年-2009 年我國(guó)專利申請(qǐng)量相對(duì)之前已是明顯增加了，但是這兩年無(wú)太多變動(dòng)，而2009 年之后我國(guó)的專利申請(qǐng)量卻呈現(xiàn)出大幅度增加趨勢(shì)，尤其是2012 年和2013年年申請(qǐng)量均超過(guò)80 件，也就是說(shuō)，我國(guó)有關(guān)樁尖的研究在近幾年才進(jìn)入空前的活躍期。

2.1.2 各類型樁尖申請(qǐng)量變化趨勢(shì)分析

圖2 -1 -2 各類樁尖歷年專利申請(qǐng)量的變化趨勢(shì)圖

本技術(shù)綜述將各類圓錐型、方錐型及錐臺(tái)型等樁尖均歸類于錐型樁尖，將各類按樁形狀做成的空心樁尖歸類為開(kāi)口型樁尖，如空心管樁將樁尖會(huì)有時(shí)會(huì)做成圓環(huán)型，將各類由端板及垂直于端板的板體組成的封閉式樁尖歸類于垂直板體交叉型樁尖，將各類由活瓣或活頁(yè)組成的樁尖型式歸類于活瓣型樁尖，將各類由封閉的平頭端或插入樁內(nèi)行成的半封閉式樁尖均歸類于平頭樁端型樁尖。圖2 -1 -2 正是基于上述分類所形成的各類樁尖歷年申請(qǐng)量的變化趨勢(shì)圖，從圖中可以看出，2000 年之前各類樁尖的申請(qǐng)量均比較少，這與圖1 中總量申請(qǐng)的變化趨勢(shì)相符合，這其中錐型樁尖的申請(qǐng)量相對(duì)其他種類樁尖較多，其次是開(kāi)口型樁尖，活瓣型樁尖及垂直板體交叉型樁尖的申請(qǐng)量均很少;2001年之后各類型樁尖的申請(qǐng)量都有所增加，2001 -2010 年期間開(kāi)口型樁尖的申請(qǐng)量在各類型樁尖中居首，錐型樁尖次之，平頭樁端型樁尖申請(qǐng)量不及前面二者，而垂直板體交叉型樁尖與活瓣型樁尖依然是申請(qǐng)量較低的兩種類型，圖表顯示在這期間，三種申請(qǐng)量較大的樁尖變化幅度也比較大，而申請(qǐng)量較少的垂直板體交叉型與平頭樁端型變化都比較平緩;2011 年之后錐型樁尖申請(qǐng)量劇增，開(kāi)口型樁尖申請(qǐng)量排列第二，其他幾種類型樁尖申請(qǐng)量相差不大;就總的來(lái)說(shuō)，錐型樁尖申請(qǐng)量的峰值出現(xiàn)在近年，開(kāi)口型樁尖的峰值出現(xiàn)在2005 年，平頭樁端型的峰值出現(xiàn)在2003 年，活瓣型樁尖的峰值出現(xiàn)在2012 年，垂直板體交叉型樁尖的峰值出現(xiàn)在2011 年，也就是各類樁尖研究的活躍期分別是平頭樁端型最早，開(kāi)口型次之，垂直板體交叉型第三，活瓣型晚于垂直板體交叉型，而錐型樁尖最晚。

2.2 活瓣型及垂直板體交叉型樁尖的技術(shù)發(fā)展分析

基于活瓣型及垂直板體交叉型兩種樁尖結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用時(shí)涉及的技術(shù)也就更為深入，因而本文將主要針對(duì)這兩種樁尖的發(fā)展情況進(jìn)行相應(yīng)地歸納梳理。

2.2.1 活瓣型樁尖的技術(shù)發(fā)展

活瓣型樁尖專利申請(qǐng)量相對(duì)較少，其申請(qǐng)主要集中在中國(guó)，活瓣型樁尖具有代表性的專利申請(qǐng)有CN1600996A，其主要是鑒于普通活瓣樁靴沉管碰到孤石時(shí)活瓣易錯(cuò)位泥水涌入管內(nèi)，拔管時(shí)活瓣擴(kuò)展不同步，以及活瓣擴(kuò)展不完整、樁徑嚴(yán)重偏小充盈系數(shù)不達(dá)標(biāo)等缺點(diǎn)提出的，申請(qǐng)人吳金鈿申請(qǐng)了這種沉管灌注樁自歷擴(kuò)展器，主要由鋼套、鋼管、多瓣葉片、鉸鏈卡位環(huán)、定位環(huán)組合的新型活瓣專利樁靴單打、全復(fù)或深層局部復(fù)打和砂碎石、CFG 灌注樁等，其活瓣由定向環(huán)導(dǎo)向伸出活動(dòng)鋼套閉合成錐型狀態(tài)并到樁位中心，拔管時(shí)，活瓣隨拔管速度擴(kuò)展混凝土同步外溢，當(dāng)活瓣徹底縮入鋼套、沉管下端定位環(huán)帶動(dòng)鋼套上升阻擋深層受壓縮泥土反彈成樁，樁身形成完整，因而這樣樁靴能克服上述普通活瓣樁靴的不足，適用于各種地質(zhì)如硬土層、中密砂、礫石和卵石等，且能夠打入強(qiáng)風(fēng)化巖層，提高單樁的承載力;2006 年徐東強(qiáng)申請(qǐng)了(CN200952138Y)可將活瓣應(yīng)用于開(kāi)口型的環(huán)形樁靴，同年劉漢龍申請(qǐng)了(CN100487204C)可將活瓣樁靴與呈圓錐型的預(yù)制小樁靴一起組合成復(fù)合樁靴以克服活瓣樁靴由于應(yīng)力不集中而出現(xiàn)卡殼、變形、損壞等現(xiàn)象;2008 年河海大學(xué)申請(qǐng)了一種現(xiàn)澆大直徑管樁活瓣樁靴及使用方法，相當(dāng)于公開(kāi)了可以將活瓣樁靴應(yīng)用于開(kāi)口型樁尖領(lǐng)域;2009 年孫俊康申請(qǐng)了(CN101705683B)由帶弧度的錐型鋼板組成活瓣樁尖，鋼板兩側(cè)及尖端切成斜面，鋼板閉合后形成中間是空腔的圓錐體以減少樁尖下沉阻力;2011 年河海大學(xué)申請(qǐng)了(CN202131597U)將活瓣樁尖應(yīng)用于現(xiàn)澆的X 形大直徑空心混凝土樁。從整個(gè)活瓣樁尖的發(fā)展可以看出活瓣樁尖由最初僅應(yīng)用于封口型樁尖上已逐漸發(fā)展為可以應(yīng)用于開(kāi)口型樁尖上，同時(shí)申請(qǐng)人也針對(duì)活瓣樁尖應(yīng)用領(lǐng)域、卡殼等沉樁時(shí)活瓣存在的問(wèn)題多方面進(jìn)行了各種深入的研究和改進(jìn)。

2.2.2 垂直板體交叉型樁尖的技術(shù)發(fā)展

垂直板體交叉型樁尖的申請(qǐng)主要集中在中國(guó)，但是早在1994 年日本就已申請(qǐng)了(JPH08128038)十字交叉型的樁尖，之后韓國(guó)、美國(guó)具有相關(guān)專利的申請(qǐng)，而中國(guó)在2006 年才由立基工程有限公司遞交了有關(guān)十字樁尖的申請(qǐng)，可見(jiàn)雖然中國(guó)的申請(qǐng)量高于其他國(guó)家，但是其起步卻要明顯晚于其他國(guó)家。東莞市樺業(yè)土木基礎(chǔ)工程有限公司作為本領(lǐng)域主要的申請(qǐng)人，于2008 年向國(guó)家專利局遞交了三篇有關(guān)十字交叉型樁尖的申請(qǐng)，公開(kāi)號(hào)CN201176590Y 涉及一種包邊十字型樁尖，包括樁尖底板，底板上凸設(shè)有兩塊筋板，兩塊筋板呈垂直交叉的十字狀，底板的邊緣設(shè)有包邊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能增強(qiáng)樁尖的穿透能力，降低打樁耗能，提高工作效率;公開(kāi)號(hào)CN201176591Y 其主要的改進(jìn)是將樁尖的十字交叉板設(shè)為階梯鋸齒型，底板的緣邊設(shè)有包邊結(jié)構(gòu)，由于包邊樁尖直徑比管樁大，包邊結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了管樁的入土孔口，有效減少管樁與土(巖)間的瞬間摩擦力，從而增加樁尖之穿透能力隨之可壓(打)穿很厚的砂層及壓縮性小的土(巖)層，降低打樁能耗，提高施工效率，使樁尖能夠順利到達(dá)理想的持力層，同時(shí)減少施工過(guò)程中對(duì)樁身的損傷，亦能有效減少樁機(jī)及場(chǎng)地的震動(dòng)，降低壓(打)時(shí)樁時(shí)對(duì)其他建筑物及市政設(shè)施的影響，該包邊鋸齒型樁尖應(yīng)用于石灰?guī)r地區(qū)(巖溶地區(qū))時(shí)，其可增強(qiáng)樁尖的嵌巖能力，有效減小打(壓)樁的破損率;公開(kāi)號(hào)CN201176592Y 其主要是對(duì)端板下的交叉板形式進(jìn)行了改進(jìn)，它將通常的十字交叉型改為工字型，申請(qǐng)人認(rèn)為這樣的包邊工字型樁尖具有較強(qiáng)的穿透力，可壓(打)穿很厚的砂層及壓縮性小得土(巖)層，使樁尖順利達(dá)到理想的持力層，同時(shí)減少施工過(guò)程對(duì)樁身的損傷。同時(shí)，東莞市樺業(yè)土木基礎(chǔ)工程有限公司還于2009 年提交了(公開(kāi)號(hào)CN201420264Y)包邊井字型的樁尖申請(qǐng)，該樁尖包括樁尖底板，底板上凸設(shè)有四塊筋板，四塊筋板呈垂直交叉的井字狀，底板的緣邊設(shè)有包邊結(jié)構(gòu);也就是說(shuō)此次申請(qǐng)仍主要是對(duì)垂直交叉板交叉形式的改進(jìn)，同樣是為了增加樁尖的穿透能力，提高施工效率。申請(qǐng)人江蘇弘盛建設(shè)工程集團(tuán)有限公司于2010 年申請(qǐng)了(公開(kāi)號(hào)CN101906777A)一種斜十字型樁靴，其主要是將樁尖的十字交叉板設(shè)為錐狀的斜十字板以消減土層阻力。2012 年上海柘中建設(shè)股份有限公司申請(qǐng)了(CN202298613U)一種開(kāi)口樁尖，其由端板和連接在端板下的圓環(huán)鋼板構(gòu)成，圓環(huán)鋼板的外圓周面上分布豎直的加強(qiáng)板，十字破巖刀口改為大直徑鋼管增加了破巖能力，且利用了鋼材的塑性減小反彈能量，環(huán)形破巖刀口能更好地傳遞錘擊能量，使樁尖不易滑移;因而該開(kāi)口樁尖具有破土能力和抗變形能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，至此垂直交叉板體的交叉形式已發(fā)展成多樣而不僅限于簡(jiǎn)單的十字交叉型。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)近二十幾年樁尖專利技術(shù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)我國(guó)在樁尖的專利申請(qǐng)上起步要明顯晚于國(guó)外，關(guān)于樁尖的研究在近幾年才進(jìn)入了活躍期，以活瓣型、垂直板體交叉型及錐型樁尖較為明顯，各類樁尖申請(qǐng)量峰值均出現(xiàn)在2000 年之后，其中，錐型樁尖的申請(qǐng)量相對(duì)其他種類樁尖較多，其次是開(kāi)口型樁尖，活瓣型樁尖及垂直板體交叉型樁尖的申請(qǐng)量均很少;而樁尖技術(shù)的發(fā)展也注重拓寬適用情況，結(jié)構(gòu)上更為復(fù)雜多變以盡量解決實(shí)際樁體下沉?xí)r所面臨的卡殼、破土能力差、變形及垂直度控制等問(wèn)題。

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