桩尖专利技术综述

■姜海燕 ■国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215500

1 概述

关于桩尖，一般主要认为其是为了增加桩体的穿透能力，而实际工程中桩尖对桩体的影响远不仅限于此，桩体是否带有桩尖以及桩尖的具体形式对土层的刺入破坏状态以及土体的扰动均存在一定的影响，进而会进一步影响到后期桩体的承载力，迄今，已有大量关于桩尖方面的专利申请，因而，对桩尖专利发展技术进行系统地分析将对今后桩尖的研究发展具有一定的现实意义。

实际中，我们常见的桩尖主要可划分为锥型体，十字交叉型，活瓣型，开口型，平头板几种。锥型体桩尖为封口型桩尖，以圆锥体形最为常见，也是平时采用的最多的普通桩尖;十字交叉型也属于封口型桩尖，成桩后桩内不进土，其主要是桩端处设有端板，在端板下面垂直设有十字交叉的板;开口型桩尖穿越砂层能力较强，挤土效应较其它桩尖形式偏低，但价格高，一般用于桩径较大、桩长较长且穿越地层较密实的场地;活瓣(活页)型桩尖顾名思义是由多个活瓣组合成桩尖型，这种桩尖在沉桩时能够提供一定的穿透力，当对桩孔内灌注混凝土时其能打开以便混凝土下落，也就是说这样的桩尖可以被重复多次使用，从而避免了打一根桩就需要一个引头的情况;可见，不同形式的桩尖会有其特定的使用优势，因而有必要结合桩尖的形式来对桩尖的发展进行细化的分析。

2 桩尖技术分析

本文主要是对1990 年至2013 年期间桩尖的专利申请量及主要类型桩尖的技术发展进行了相关分析。

2.1 申请量变化及分布情况分析

2.1.1 国内外申请量变化趋势分析

图2 -1 -1 我国专利申请量与国外历年专利申请量的变化趋势图

从图2 -1 -1 可以看出，在2000 年以前我国有关桩尖的专利申请量很少，许多年份甚至出现空头现象，而国外在此段时间一直都有相关专利的申请，但都处于10 件之内;从2001 -2006 年，国外有关桩尖的申请量较多，2004 年达到了巅峰为50 件，即此段时间国外有关桩尖的研究最为活跃，而这段时间我国的专利申请量刚刚略微开始增加，也就是说，我国在此段时间关于桩尖的专利申请才刚起步，可见我国在桩尖的专利申请上起步要明显晚于国外;2007 年之后国外的专利申请量较巅峰时期有所降低，但总体波动不大，2007 年-2009 年我国专利申请量相对之前已是明显增加了，但是这两年无太多变动，而2009 年之后我国的专利申请量却呈现出大幅度增加趋势，尤其是2012 年和2013年年申请量均超过80 件，也就是说，我国有关桩尖的研究在近几年才进入空前的活跃期。

2.1.2 各类型桩尖申请量变化趋势分析

图2 -1 -2 各类桩尖历年专利申请量的变化趋势图

本技术综述将各类圆锥型、方锥型及锥台型等桩尖均归类于锥型桩尖，将各类按桩形状做成的空心桩尖归类为开口型桩尖，如空心管桩将桩尖会有时会做成圆环型，将各类由端板及垂直于端板的板体组成的封闭式桩尖归类于垂直板体交叉型桩尖，将各类由活瓣或活页组成的桩尖型式归类于活瓣型桩尖，将各类由封闭的平头端或插入桩内行成的半封闭式桩尖均归类于平头桩端型桩尖。图2 -1 -2 正是基于上述分类所形成的各类桩尖历年申请量的变化趋势图，从图中可以看出，2000 年之前各类桩尖的申请量均比较少，这与图1 中总量申请的变化趋势相符合，这其中锥型桩尖的申请量相对其他种类桩尖较多，其次是开口型桩尖，活瓣型桩尖及垂直板体交叉型桩尖的申请量均很少;2001年之后各类型桩尖的申请量都有所增加，2001 -2010 年期间开口型桩尖的申请量在各类型桩尖中居首，锥型桩尖次之，平头桩端型桩尖申请量不及前面二者，而垂直板体交叉型桩尖与活瓣型桩尖依然是申请量较低的两种类型，图表显示在这期间，三种申请量较大的桩尖变化幅度也比较大，而申请量较少的垂直板体交叉型与平头桩端型变化都比较平缓;2011 年之后锥型桩尖申请量剧增，开口型桩尖申请量排列第二，其他几种类型桩尖申请量相差不大;就总的来说，锥型桩尖申请量的峰值出现在近年，开口型桩尖的峰值出现在2005 年，平头桩端型的峰值出现在2003 年，活瓣型桩尖的峰值出现在2012 年，垂直板体交叉型桩尖的峰值出现在2011 年，也就是各类桩尖研究的活跃期分别是平头桩端型最早，开口型次之，垂直板体交叉型第三，活瓣型晚于垂直板体交叉型，而锥型桩尖最晚。

2.2 活瓣型及垂直板体交叉型桩尖的技术发展分析

基于活瓣型及垂直板体交叉型两种桩尖结构相对较复杂，实际应用时涉及的技术也就更为深入，因而本文将主要针对这两种桩尖的发展情况进行相应地归纳梳理。

2.2.1 活瓣型桩尖的技术发展

活瓣型桩尖专利申请量相对较少，其申请主要集中在中国，活瓣型桩尖具有代表性的专利申请有CN1600996A，其主要是鉴于普通活瓣桩靴沉管碰到孤石时活瓣易错位泥水涌入管内，拔管时活瓣扩展不同步，以及活瓣扩展不完整、桩径严重偏小充盈系数不达标等缺点提出的，申请人吴金钿申请了这种沉管灌注桩自历扩展器，主要由钢套、钢管、多瓣叶片、铰链卡位环、定位环组合的新型活瓣专利桩靴单打、全复或深层局部复打和砂碎石、CFG 灌注桩等，其活瓣由定向环导向伸出活动钢套闭合成锥型状态并到桩位中心，拔管时，活瓣随拔管速度扩展混凝土同步外溢，当活瓣彻底缩入钢套、沉管下端定位环带动钢套上升阻挡深层受压缩泥土反弹成桩，桩身形成完整，因而这样桩靴能克服上述普通活瓣桩靴的不足，适用于各种地质如硬土层、中密砂、砾石和卵石等，且能够打入强风化岩层，提高单桩的承载力;2006 年徐东强申请了(CN200952138Y)可将活瓣应用于开口型的环形桩靴，同年刘汉龙申请了(CN100487204C)可将活瓣桩靴与呈圆锥型的预制小桩靴一起组合成复合桩靴以克服活瓣桩靴由于应力不集中而出现卡壳、变形、损坏等现象;2008 年河海大学申请了一种现浇大直径管桩活瓣桩靴及使用方法，相当于公开了可以将活瓣桩靴应用于开口型桩尖领域;2009 年孙俊康申请了(CN101705683B)由带弧度的锥型钢板组成活瓣桩尖，钢板两侧及尖端切成斜面，钢板闭合后形成中间是空腔的圆锥体以减少桩尖下沉阻力;2011 年河海大学申请了(CN202131597U)将活瓣桩尖应用于现浇的X 形大直径空心混凝土桩。从整个活瓣桩尖的发展可以看出活瓣桩尖由最初仅应用于封口型桩尖上已逐渐发展为可以应用于开口型桩尖上，同时申请人也针对活瓣桩尖应用领域、卡壳等沉桩时活瓣存在的问题多方面进行了各种深入的研究和改进。

2.2.2 垂直板体交叉型桩尖的技术发展

垂直板体交叉型桩尖的申请主要集中在中国，但是早在1994 年日本就已申请了(JPH08128038)十字交叉型的桩尖，之后韩国、美国具有相关专利的申请，而中国在2006 年才由立基工程有限公司递交了有关十字桩尖的申请，可见虽然中国的申请量高于其他国家，但是其起步却要明显晚于其他国家。东莞市桦业土木基础工程有限公司作为本领域主要的申请人，于2008 年向国家专利局递交了三篇有关十字交叉型桩尖的申请，公开号CN201176590Y 涉及一种包边十字型桩尖，包括桩尖底板，底板上凸设有两块筋板，两块筋板呈垂直交叉的十字状，底板的边缘设有包边结构，该结构能增强桩尖的穿透能力，降低打桩耗能，提高工作效率;公开号CN201176591Y 其主要的改进是将桩尖的十字交叉板设为阶梯锯齿型，底板的缘边设有包边结构，由于包边桩尖直径比管桩大，包边结构扩大了管桩的入土孔口，有效减少管桩与土(岩)间的瞬间摩擦力，从而增加桩尖之穿透能力随之可压(打)穿很厚的砂层及压缩性小的土(岩)层，降低打桩能耗，提高施工效率，使桩尖能够顺利到达理想的持力层，同时减少施工过程中对桩身的损伤，亦能有效减少桩机及场地的震动，降低压(打)时桩时对其他建筑物及市政设施的影响，该包边锯齿型桩尖应用于石灰岩地区(岩溶地区)时，其可增强桩尖的嵌岩能力，有效减小打(压)桩的破损率;公开号CN201176592Y 其主要是对端板下的交叉板形式进行了改进，它将通常的十字交叉型改为工字型，申请人认为这样的包边工字型桩尖具有较强的穿透力，可压(打)穿很厚的砂层及压缩性小得土(岩)层，使桩尖顺利达到理想的持力层，同时减少施工过程对桩身的损伤。同时，东莞市桦业土木基础工程有限公司还于2009 年提交了(公开号CN201420264Y)包边井字型的桩尖申请，该桩尖包括桩尖底板，底板上凸设有四块筋板，四块筋板呈垂直交叉的井字状，底板的缘边设有包边结构;也就是说此次申请仍主要是对垂直交叉板交叉形式的改进，同样是为了增加桩尖的穿透能力，提高施工效率。申请人江苏弘盛建设工程集团有限公司于2010 年申请了(公开号CN101906777A)一种斜十字型桩靴，其主要是将桩尖的十字交叉板设为锥状的斜十字板以消减土层阻力。2012 年上海柘中建设股份有限公司申请了(CN202298613U)一种开口桩尖，其由端板和连接在端板下的圆环钢板构成，圆环钢板的外圆周面上分布竖直的加强板，十字破岩刀口改为大直径钢管增加了破岩能力，且利用了钢材的塑性减小反弹能量，环形破岩刀口能更好地传递锤击能量，使桩尖不易滑移;因而该开口桩尖具有破土能力和抗变形能力强的优点，至此垂直交叉板体的交叉形式已发展成多样而不仅限于简单的十字交叉型。

3 结论

通过对近二十几年桩尖专利技术的分析，可以发现我国在桩尖的专利申请上起步要明显晚于国外，关于桩尖的研究在近几年才进入了活跃期，以活瓣型、垂直板体交叉型及锥型桩尖较为明显，各类桩尖申请量峰值均出现在2000 年之后，其中，锥型桩尖的申请量相对其他种类桩尖较多，其次是开口型桩尖，活瓣型桩尖及垂直板体交叉型桩尖的申请量均很少;而桩尖技术的发展也注重拓宽适用情况，结构上更为复杂多变以尽量解决实际桩体下沉时所面临的卡壳、破土能力差、变形及垂直度控制等问题。

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