谈预应力混凝土空心方桩较管桩性能的优越性

苑 辉

预应力离心混凝土空心方桩是一种新型的桩基产品,它集预制混凝土方桩和管桩技术优点为一体,是一种新型换代产品。具有技术先进、质量可靠、性价比高、节材、降耗、环保等特点。

按混凝土的等级强度及混凝土承载面的大小可分为预应力混凝土空心方桩(KFZ)、预应力高强混凝土空心方桩(HKFZ)和预应力混凝土薄壁空心方桩(TKFZ),其中,TKFZ主要用于以摩擦为主的工程桩;KFZ用于一般承载力工程中;而HKFZ主要适用于承载力要求较高的工程中。TKFZ和KFZ强度为C60,HKFZ强度为C80。空心方桩的规格主要有250×250～1 000×1 000,以50为级差。相对于预应力管桩而言有以下突出的优点。

1 同规格的方桩和管桩,方桩的摩擦力要比管桩的大

以500桩为例：方桩的截面积为250 000 mm2,而管桩的截面积为196 250 mm2。可以看出同样规格的方桩和管桩,方桩的截面积要大得多,且呈方形(或多边形)的外形,在土层中桩体周边土与土的休止角比圆形桩的摩擦系数要大很多。这说明同种规格的桩在同等地质条件下,方桩要比管桩获得更大的承载力。经对比分析,方桩每千牛承载力造价要低于管桩的工程造价。所以,在选桩型时,完全可以选择比管桩规格较小的方桩,这样就可以降低工程基础造价。

2 同规格的方桩承载力要远大于管桩

以400方桩和500管桩对比看,400的方桩竖向承载力设计值为2 066 kN,500管桩设计承载力为1 920 kN。而在实际设计中,设计师通过理论计算,用350的空心方桩完全可以替代500的空心圆桩使用。从表1可以看出,仅从桩基造价角度,方桩比圆桩节约成本近10%。

表1 方桩与管桩各参数对比表

3 承台或墙下布桩基础的经济技术对比分析

根据桩基技术规范,各桩间的中心距不宜小于桩外边长(直径)的3.5倍。以单个4桩承台为例,仍以400方桩和500管桩对比计算(取桩中心距相邻承台边距离为D),400方桩的承台尺寸为3.5D+1.0D+1.0D=5.5D=2 200 mm。500管桩的承台尺寸为5.5D=2 750 mm。承台减小,相应地承台厚度和钢筋含量及规格也会减少。根据经验分析计算,承台基础或布桩基础,用400空心方桩代替500的管桩可以节约20%左右工程造价(不含桩基造价)。从技术角度,对于设计承载力较大的桩基础,可能会出现较大的圆桩布置不下的情况。根据国家规范规定,承台桩间的中心距不应小于桩外边长的3倍,桩中心距承台边不得小于D,布桩平面系数按土层特征、周边建筑环境及国家相关的规范等确定。受此限制,所布桩数量会受到制约。那么在建筑承载力足够大的情况下,较大的管桩可能就无法布置,这时,规格较小的方桩就会发挥较大的优势。

4 空心方桩的挤土效应小于管桩

在施工中,桩基施工的挤土效应对施工的影响是无法忽略的。在设计相近承载力的条件下,选择较小的空心方桩当然挤土效应小于空心管桩。如：400的空心方桩当然比500的管桩体积要小,挤土量少,挤土效应也小,这对施工和周边环境的影响要小很多。

5 空心方桩的抗剪力较大

根据理论计算分析,同等桩径的方桩抗剪力是管桩的2倍～3倍,而日本测试的是4.5倍。这说明空心方桩的抗震性能比管桩优越得多,在地震多发地带和高层建筑及大面积地下室建筑中值得推广应用。

6 空心方桩施工较方便,破损率小

由于方形桩头耐冲击力好,所以桩头破损率较小,且方形桩焊接周长较长,焊接牢靠,不易脱节。另外,方形桩的连接方式,宜开发非焊接的快速连接方式,可以提高施工效率。最近,有些桩基研发单位正在研究空心方桩新型的快速连接方式。

由于预应力混凝土空心方桩比管桩具有上述诸多优点,且造价相对较低,当然值得选用。近两年来,在上海、江、浙一带得到大力推广应用,有逐渐取代预应力空心管桩的趋势。相信不久的将来,随着工程技术人员对预应力混凝土空心方桩认识的不断深入,它必将在全国范围得到应用和发展。