新型基桩产品—预应力离心混凝土空心方桩简介

混凝土蒋元海 2010-10-27

　　摘要：本文介绍近年来我国建筑工程中大力推广使用的一种新型基桩产品--预应力离心混凝土空心方桩的产品结构特性和工程应用情况，通过对该新型基桩产品与传统的基桩的对比分析，指出了该桩型具有节能降耗、性价比较高等特点。

　　关键词：空心方桩、承载力、管桩、预制方桩

　　1、前言

　　随着我国基础建设的大力发展和城市化进程的推进，中国业已成为国际上最大的建筑市场，而其中我国的基础用的桩基材料也得到大力发展。预制钢筋混凝土方桩（以下简称“实心方桩”）、预应力混凝土管桩（以下简称“管桩”）等具有施工速度快、产品质量保证率高等特点，在桩基材料市场中具有较高的占有率，这些产品为我国的建筑材料事业发展做出了很大的贡献。

　　预应力离心混凝土空心方桩（以下简称“空心方桩”），是一种具有我国自主知识产权的新型基桩产品。它吸取了管桩生产的高效预应力技术和高强混凝土技术，结合实心方桩的外形，具有很大的创新性。经研究分析，对于上述的传统桩型，这种新型的基桩材料的产品结构特性具有较大的特点和优势，值得在市场中大力推广使用。

　　2、空心方桩与其它基桩产品的对比分析

　　1）与管桩比较

　　①材料用量的对比分析

　　基础竖向承载力是预制桩性能的主要指标，基础竖向承载力由端阻力和侧摩阻力组成。在软土地区中侧摩阻力发挥主要作用，通常占基础承载力的70%以上。根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），在工程地质情况相同的条件下，侧摩阻力同桩身侧面积成正比。

　　众所周知，在一般情况下，在实体形状的横截面积相同时，圆的周长最小，方形周长最长，即方形的侧面积比圆形更大。反之，在相同侧面积下，方形的体积相对于圆形要小，因而在侧摩阻力一致时空心方桩用材低于管桩，具有较高的性价比。

　　通常情况下，目前我国的混凝土和钢材的使用成本通常占到成品桩的60%左右。根据《预应力混凝土空心方桩》（国标图08SG360）、《先张法预应力混凝土管桩》（国标GB13476）、《先张法预应力混凝土空心方桩》（上海2009沪G/T-502）所列标准或图集，对其材料用量进行计算，结果见表1所示。

表1 空心方桩同相应管桩节材指标对比

组别	桩型	混凝土用量	钢材用量	承台面积
1	空心方桩300（160）	0.7680	0.8000	0.5620
1	管桩400（95）	1	1	1
2	空心方桩400（250）	0.8331	0.8000	0.6402
2	管桩500（100）	1	1	1
3	空心方桩450（250）	0.9067	0.9231	0.5629
3	管桩600（110）	1	1	1

　　注：

　　（1）数据来源《预应力混凝土空心方桩》（国标图08SG360）、《预应力混凝土管桩》（国标图03SG409）。

　　（2）预制混凝土桩性能包括承载力、抗震（抗裂弯矩、刚度）。

　　（3）预制混凝土桩型号较多，表内所列为工程中常用桩型。本表选取侧面积相差最小（5%以内）的桩型进行同组比较。

　　（4）为了便于比较，计算时将管桩指标标准化为1,空心方桩指标数据为相对数据。

　　（5）承台面积越大，厚度越大，为了简化比较，此处假定厚度相同。实际应用中空心方桩承台厚度要比管桩承台厚度小，因此承台节省更多。

　　从表1可见，与管桩相比，基础竖向承载力基本一致情况下，空心方桩可平均降低约16.41%的混凝土用量和15.9%的钢材用量。此外，按照《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），以建筑中最常使用的四桩承台为例，承台厚度相同时（实际应用中由于同等承载力下管桩直径大，承台厚度比方桩大），使用空心方桩在建筑施工中也可以大大节省承台钢筋混凝土用量。

　　由此可见，耗材用量的减少有效地降低了基础工程用空心方桩的成本，增强了空心方桩在市场竞争中的优势。

　　在工程实践应用中，空心方桩能够大大节减工程造价。以上海松江区大学城某小高层住宅楼、上海浦东新区高行镇某多层住宅、上海三林01街坊二期多层住宅为例，采用空心方桩的建筑基础造价平均可降低13.9%（详见《住宅科技》2007年第9期）。

　　②施工性能分析

　　大量的施工实践表明，空心方桩桩身混凝土强度高、方形角部的混凝土厚实等，使得空心方桩具有施工破损率低的优点。方形比圆形更大的焊接周长保证了每节桩之间的有效焊接强度，减小了管桩在施工中出现的接头脱焊或移位现象，使空心方桩的沉桩质量更优。

　　随着施工技术的发展，预制混凝土桩常用顶压法或抱压法静压施工，由于空心方桩桩侧的四个表面是平的，故尤其适合抱压法施工，而管桩由于桩身圆形的外表面存在一定的椭圆度，采用抱压施工时易出现桩身抱碎事故。

　　③空心方桩易于堆放和运输，减少安全隐患

　　管桩由于外表呈圆形，易滚动，在堆放和运输中容易引发安全事故。空心方桩由于其方形外侧表面，使得空心方桩更容易堆放和运输，大大减少了安全事故的发生率。

　　④挤土效应更低

　　在满足相同侧摩阻力情况下空心方桩比管桩的桩径将小一些，或者桩径相当但用桩数量少，减少了挤土量，在城市建筑密度较高、对挤土要求较高的情况下，空心方桩较管桩挤土少，减少了基础施工对建筑物周边地基的影响。

　　综上，同管桩相比，由于采用了改进型的管桩工厂化生产工艺，空心方桩具有管桩的优点，同时空心方桩其结构特性，在综合性能上具有一定的优势；空心方桩能够降低建筑成本，降低能耗，符合国家节能减排政策。随着该产品的不断推广，预计空心方桩的市场份额将不断扩大，将成为预制混凝土桩行业的主导产品之一。

　　2）同实心方桩比较

　　①产品质量优于实心方桩

　　实心方桩一般采用钢筋混凝土结构（非预应力结构），混凝土强度等级为C30~C50.实心方桩的生产过程中的混凝土搅拌、喂料、振捣、钢筋骨架制作等大多为手工作业。手工作业的不稳定性，决定了其产品质量难以得到有效的保证。由于采用非预应力技术，实心方桩在运输及施工中的破损率较高，质量波动比较大，工程质量难以保证。

　　空心方桩采用了建设部推广的先张法高效预应力技术和高强混凝土技术，生产工艺从混凝土的搅拌开始包括钢筋骨架焊接、混凝土喂料、预应力张拉、离心成型、蒸养等，全部为机械化或自动化作业，且空心方桩混凝土强度等级达到C60~C80,基桩的竖向承载力大，在运输及施工中的破损率大大小于实心方桩，能充分保证工程质量，所以空心方桩的自身成桩质量优越。

　　②节约混凝土和钢材

　　空心方桩结合了管桩的先进生产工艺和实心方桩的外形特点，采用了先张法高效预应力技术和高强混凝土技术，不但其承载力优于实心方桩，而且大大节省混凝土和钢材，见表2.

表2 空心方桩同实心方桩性能比较

性能指标	HKFZ方桩（HKFZ300（160）A）	实心方桩（300×300A）
外边长	300（160）	300
混凝土强度	C80	C30
单桩结构竖直承载力（kN）	1961	742-900
抗裂弯矩（kN-m）	34	—
混凝土用量（m³/m）	0.072	0.090
钢筋用量（kg/m）	2.51	4.84

　　注：数据来源《预应力混凝土空心方桩》08SG360、《预制钢筋混凝土方桩》97（03）G361

　　③空心方桩制作工期短、大大提升生产效率

　　实心方桩一般采用自然养护，成桩后需要养护28天以上方可使用，而空心方桩采用先进的蒸汽养护方法：压蒸方式养护时产品只需1天，普通蒸汽养护时产品7天即可使用，这样大大提升了产品的制作生产效率。

　　④空心方桩接桩便捷、施工便利

　　实心方桩由于自身的接头方式繁琐，接桩时间较长，且接头质量差。而空心方桩接头方式简单，接头质量保证率高。

　　实心方桩抗裂性能差，施工起吊繁琐困难。空心方桩采用了高效的先张法预应力技术和高强混凝土技术，其产品的抗裂性能好、施工起吊简单便利、施工速度快。

　　3、结语

　　随着我国工业化进程加大，节能减排型和资源节约型产品以后会越来越得到市场和政府的青睐；建筑节能已经引起国家各级政府的广泛关注和重视，未来几年相关的节能减排的优惠政策也会相继出台，作为重要的建筑基础工程的预制混凝土桩也应地紧跟时代发展的步伐。我们相信，符合国家节能减排政策要求且技术性能优越的基桩产品会不断涌现，为我国的建材行业做出贡献。

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