新型基樁產品—預應力離心混凝土空心方樁簡介
摘要：本文介紹近年來我國建筑工程中大力推廣使用的一種新型基樁產品--預應力離心混凝土空心方樁的產品結構特性和工程應用情況，通過對該新型基樁產品與傳統的基樁的對比分析，指出了該樁型具有節能降耗、性價比較高等特點。
關鍵詞：空心方樁、承載力、管樁、預制方樁
1、前言
隨著我國基礎建設的大力發展和城市化進程的推進，中國業已成為國際上最大的建筑市場，而其中我國的基礎用的樁基材料也得到大力發展。預制鋼筋混凝土方樁（以下簡稱“實心方樁”）、預應力混凝土管樁（以下簡稱“管樁”）等具有施工速度快、產品質量保證率高等特點，在樁基材料市場中具有較高的占有率，這些產品為我國的建筑材料事業發展做出了很大的貢獻。
預應力離心混凝土空心方樁（以下簡稱“空心方樁”），是一種具有我國自主知識產權的新型基樁產品。它吸取了管樁生產的高效預應力技術和高強混凝土技術，結合實心方樁的外形，具有很大的創新性。經研究分析，對于上述的傳統樁型，這種新型的基樁材料的產品結構特性具有較大的特點和優勢，值得在市場中大力推廣使用。
2、空心方樁與其它基樁產品的對比分析
1）與管樁比較
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基礎豎向承載力是預制樁性能的主要指標，基礎豎向承載力由端阻力和側摩阻力組成。在軟土地區中側摩阻力發揮主要作用，通常占基礎承載力的70%以上。根據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008），在工程地質情況相同的條件下，側摩阻力同樁身側面積成正比。
眾所周知，在一般情況下，在實體形狀的橫截面積相同時，圓的周長最小，方形周長最長，即方形的側面積比圓形更大。反之，在相同側面積下，方形的體積相對于圓形要小，因而在側摩阻力一致時空心方樁用材低于管樁，具有較高的性價比。
通常情況下，目前我國的混凝土和鋼材的使用成本通常占到成品樁的60%左右。根據《預應力混凝土空心方樁》（國標圖08SG360）、《先張法預應力混凝土管樁》（國標GB13476）、《先張法預應力混凝土空心方樁》（上海2009滬G/T-502）所列標準或圖集，對其材料用量進行計算，結果見表1所示。
表1 空心方樁同相應管樁節材指標對比
|
樁型 |
混凝土用量 |
鋼材用量 |
承臺面積 | |
|
1 |
空心方樁300（160） |
0.7680 |
0.8000 |
0.5620 |
|
管樁400（95） |
1 |
1 |
1 | |
|
2 |
空心方樁400（250） |
0.8331 |
0.8000 |
0.6402 |
|
管樁500（100） |
1 |
1 |
1 | |
|
3 |
空心方樁450（250） |
0.9067 |
0.9231 |
0.5629 |
|
管樁600（110） |
1 |
1 |
1 |
注：
（1）數據來源《預應力混凝土空心方樁》（國標圖08SG360）、《預應力混凝土管樁》（國標圖03SG409）。
?。?）預制混凝土樁性能包括承載力、抗震（抗裂彎矩、剛度）。
?。?）預制混凝土樁型號較多，表內所列為工程中常用樁型。本表選取側面積相差最小（5%以內）的樁型進行同組比較。
?。?）為了便于比較，計算時將管樁指標標準化為1,空心方樁指標數據為相對數據。
?。?）承臺面積越大，厚度越大，為了簡化比較，此處假定厚度相同。實際應用中空心方樁承臺厚度要比管樁承臺厚度小，因此承臺節省更多。
從表1可見，與管樁相比，基礎豎向承載力基本一致情況下，空心方樁可平均降低約16.41%的混凝土用量和15.9%的鋼材用量。此外，按照《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008），以建筑中最常使用的四樁承臺為例，承臺厚度相同時（實際應用中由于同等承載力下管樁直徑大，承臺厚度比方樁大），使用空心方樁在建筑施工中也可以大大節省承臺鋼筋混凝土用量。
由此可見，耗材用量的減少有效地降低了基礎工程用空心方樁的成本，增強了空心方樁在市場競爭中的優勢。
在工程實踐應用中，空心方樁能夠大大節減工程造價。以上海松江區大學城某小高層住宅樓、上海浦東新區高行鎮某多層住宅、上海三林01街坊二期多層住宅為例，采用空心方樁的建筑基礎造價平均可降低13.9%（詳見《住宅科技》2007年第9期）。
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大量的施工實踐表明，空心方樁樁身混凝土強度高、方形角部的混凝土厚實等，使得空心方樁具有施工破損率低的優點。方形比圓形更大的焊接周長保證了每節樁之間的有效焊接強度，減小了管樁在施工中出現的接頭脫焊或移位現象，使空心方樁的沉樁質量更優。
隨著施工技術的發展，預制混凝土樁常用頂壓法或抱壓法靜壓施工，由于空心方樁樁側的四個表面是平的，故尤其適合抱壓法施工，而管樁由于樁身圓形的外表面存在一定的橢圓度，采用抱壓施工時易出現樁身抱碎事故。
?、劭招姆綐兑子诙逊藕瓦\輸，減少安全隱患
管樁由于外表呈圓形，易滾動，在堆放和運輸中容易引發安全事故?？招姆綐队捎谄浞叫瓮鈧缺砻?，使得空心方樁更容易堆放和運輸，大大減少了安全事故的發生率。
?、軘D土效應更低
在滿足相同側摩阻力情況下空心方樁比管樁的樁徑將小一些，或者樁徑相當但用樁數量少，減少了擠土量，在城市建筑密度較高、對擠土要求較高的情況下，空心方樁較管樁擠土少，減少了基礎施工對建筑物周邊地基的影響。
綜上，同管樁相比，由于采用了改進型的管樁工廠化生產工藝，空心方樁具有管樁的優點，同時空心方樁其結構特性，在綜合性能上具有一定的優勢；空心方樁能夠降低建筑成本，降低能耗，符合國家節能減排政策。隨著該產品的不斷推廣，預計空心方樁的市場份額將不斷擴大，將成為預制混凝土樁行業的主導產品之一。
2）同實心方樁比較
?、佼a品質量優于實心方樁
實心方樁一般采用鋼筋混凝土結構（非預應力結構），混凝土強度等級為C30~C50.實心方樁的生產過程中的混凝土攪拌、喂料、振搗、鋼筋骨架制作等大多為手工作業。手工作業的不穩定性，決定了其產品質量難以得到有效的保證。由于采用非預應力技術，實心方樁在運輸及施工中的破損率較高，質量波動比較大，工程質量難以保證。
空心方樁采用了建設部推廣的先張法高效預應力技術和高強混凝土技術，生產工藝從混凝土的攪拌開始包括鋼筋骨架焊接、混凝土喂料、預應力張拉、離心成型、蒸養等，全部為機械化或自動化作業，且空心方樁混凝土強度等級達到C60~C80,基樁的豎向承載力大，在運輸及施工中的破損率大大小于實心方樁，能充分保證工程質量，所以空心方樁的自身成樁質量優越。
?、诠澕s混凝土和鋼材
空心方樁結合了管樁的先進生產工藝和實心方樁的外形特點，采用了先張法高效預應力技術和高強混凝土技術，不但其承載力優于實心方樁，而且大大節省混凝土和鋼材，見表2.
表2 空心方樁同實心方樁性能比較
|
性能指標 |
HKFZ方樁（HKFZ300（160）A） |
實心方樁
（300×300A） |
|
外邊長 |
300（160） |
300 |
|
混凝土強度 |
C80 |
C30 |
|
單樁結構豎直承載力（kN） |
1961 |
742-900 |
|
抗裂彎矩（kN-m） |
34 |
— |
|
混凝土用量（m3/m） |
0.072 |
0.090 |
|
鋼筋用量（kg/m） |
2.51 |
4.84 |
注：數據來源《預應力混凝土空心方樁》08SG360、《預制鋼筋混凝土方樁》97（03）G361
?、劭招姆綐吨谱鞴て诙?、大大提升生產效率
實心方樁一般采用自然養護，成樁后需要養護28天以上方可使用，而空心方樁采用先進的蒸汽養護方法：壓蒸方式養護時產品只需1天，普通蒸汽養護時產品7天即可使用，這樣大大提升了產品的制作生產效率。
?、芸招姆綐督訕侗憬?、施工便利
實心方樁由于自身的接頭方式繁瑣，接樁時間較長，且接頭質量差。而空心方樁接頭方式簡單，接頭質量保證率高。
實心方樁抗裂性能差，施工起吊繁瑣困難。空心方樁采用了高效的先張法預應力技術和高強混凝土技術，其產品的抗裂性能好、施工起吊簡單便利、施工速度快。
3、結語
隨著我國工業化進程加大，節能減排型和資源節約型產品以后會越來越得到市場和政府的青睞；建筑節能已經引起國家各級政府的廣泛關注和重視，未來幾年相關的節能減排的優惠政策也會相繼出臺，作為重要的建筑基礎工程的預制混凝土樁也應地緊跟時代發展的步伐。我們相信，符合國家節能減排政策要求且技術性能優越的基樁產品會不斷涌現，為我國的建材行業做出貢獻。
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