新型基樁產(chǎn)品—預(yù)應(yīng)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(chǎn)品--預(yù)應(yīng)力離心混凝土空心方樁的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性和工程應(yīng)用情況，通過對(duì)該新型基樁產(chǎn)品與傳統(tǒng)的基樁的對(duì)比分析，指出了該樁型具有節(jié)能降耗、性價(jià)比較高等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：空心方樁、承載力、管樁、預(yù)制方樁
1、前言
隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的大力發(fā)展和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，中國業(yè)已成為國際上最大的建筑市場，而其中我國的基礎(chǔ)用的樁基材料也得到大力發(fā)展。預(yù)制鋼筋混凝土方樁（以下簡稱“實(shí)心方樁”）、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（以下簡稱“管樁”）等具有施工速度快、產(chǎn)品質(zhì)量保證率高等特點(diǎn)，在樁基材料市場中具有較高的占有率，這些產(chǎn)品為我國的建筑材料事業(yè)發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。
預(yù)應(yīng)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(shí)產(chǎn)權(quán)的新型基樁產(chǎn)品。它吸取了管樁生產(chǎn)的高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)和高強(qiáng)混凝土技術(shù)，結(jié)合實(shí)心方樁的外形，具有很大的創(chuàng)新性。經(jīng)研究分析，對(duì)于上述的傳統(tǒng)樁型，這種新型的基樁材料的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性具有較大的特點(diǎn)和優(yōu)勢，值得在市場中大力推廣使用。
2、空心方樁與其它基樁產(chǎn)品的對(duì)比分析
1）與管樁比較
?、俨牧嫌昧康膶?duì)比分析
基礎(chǔ)豎向承載力是預(yù)制樁性能的主要指標(biāo)，基礎(chǔ)豎向承載力由端阻力和側(cè)摩阻力組成。在軟土地區(qū)中側(cè)摩阻力發(fā)揮主要作用，通常占基礎(chǔ)承載力的70%以上。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008），在工程地質(zhì)情況相同的條件下，側(cè)摩阻力同樁身側(cè)面積成正比。
眾所周知，在一般情況下，在實(shí)體形狀的橫截面積相同時(shí)，圓的周長最小，方形周長最長，即方形的側(cè)面積比圓形更大。反之，在相同側(cè)面積下，方形的體積相對(duì)于圓形要小，因而在側(cè)摩阻力一致時(shí)空心方樁用材低于管樁，具有較高的性價(jià)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(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁》（國標(biāo)圖08SG360）、《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（國標(biāo)GB13476）、《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁》（上海2009滬G/T-502）所列標(biāo)準(zhǔn)或圖集，對(duì)其材料用量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表1所示。
表1 空心方樁同相應(yīng)管樁節(jié)材指標(biāo)對(duì)比
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樁型 |
混凝土用量 |
鋼材用量 |
承臺(tái)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：
?。?）數(shù)據(jù)來源《預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁》（國標(biāo)圖08SG360）、《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（國標(biāo)圖03SG409）。
?。?）預(yù)制混凝土樁性能包括承載力、抗震（抗裂彎矩、剛度）。
?。?）預(yù)制混凝土樁型號(hào)較多，表內(nèi)所列為工程中常用樁型。本表選取側(cè)面積相差最小（5%以內(nèi)）的樁型進(jìn)行同組比較。
?。?）為了便于比較，計(jì)算時(shí)將管樁指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化為1,空心方樁指標(biāo)數(shù)據(jù)為相對(duì)數(shù)據(jù)。
?。?）承臺(tái)面積越大，厚度越大，為了簡化比較，此處假定厚度相同。實(shí)際應(yīng)用中空心方樁承臺(tái)厚度要比管樁承臺(tái)厚度小，因此承臺(tái)節(jié)省更多。
從表1可見，與管樁相比，基礎(chǔ)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(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008），以建筑中最常使用的四樁承臺(tái)為例，承臺(tái)厚度相同時(shí)（實(shí)際應(yīng)用中由于同等承載力下管樁直徑大，承臺(tái)厚度比方樁大），使用空心方樁在建筑施工中也可以大大節(jié)省承臺(tái)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(chǔ)工程用空心方樁的成本，增強(qiáng)了空心方樁在市場競爭中的優(yōu)勢。
在工程實(shí)踐應(yīng)用中，空心方樁能夠大大節(jié)減工程造價(jià)。以上海松江區(qū)大學(xué)城某小高層住宅樓、上海浦東新區(qū)高行鎮(zhèn)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(chǔ)造價(jià)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(shí)踐表明，空心方樁樁身混凝土強(qiáng)度高、方形角部的混凝土厚實(shí)等，使得空心方樁具有施工破損率低的優(yōu)點(diǎn)。方形比圓形更大的焊接周長保證了每節(jié)樁之間的有效焊接強(qiáng)度，減小了管樁在施工中出現(xiàn)的接頭脫焊或移位現(xiàn)象，使空心方樁的沉樁質(zhì)量更優(yōu)。
隨著施工技術(shù)的發(fā)展，預(yù)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(cè)的四個(gè)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(shí)易出現(xiàn)樁身抱碎事故。
?、劭招姆綐兑子诙逊藕瓦\(yùn)輸，減少安全隱患
管樁由于外表呈圓形，易滾動(dòng)，在堆放和運(yùn)輸中容易引發(fā)安全事故。空心方樁由于其方形外側(cè)表面，使得空心方樁更容易堆放和運(yùn)輸，大大減少了安全事故的發(fā)生率。
?、軘D土效應(yīng)更低
在滿足相同側(cè)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(dāng)?shù)脴稊?shù)量少，減少了擠土量，在城市建筑密度較高、對(duì)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(chǔ)施工對(duì)建筑物周邊地基的影響。
綜上，同管樁相比，由于采用了改進(jìn)型的管樁工廠化生產(chǎn)工藝，空心方樁具有管樁的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)空心方樁其結(jié)構(gòu)特性，在綜合性能上具有一定的優(yōu)勢；空心方樁能夠降低建筑成本，降低能耗，符合國家節(jié)能減排政策。隨著該產(chǎn)品的不斷推廣，預(yù)計(jì)空心方樁的市場份額將不斷擴(kuò)大，將成為預(yù)制混凝土樁行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。
2）同實(shí)心方樁比較
?、佼a(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于實(shí)心方樁
實(shí)心方樁一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)），混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30~C50.實(shí)心方樁的生產(chǎn)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(yè)。手工作業(yè)的不穩(wěn)定性，決定了其產(chǎn)品質(zhì)量難以得到有效的保證。由于采用非預(yù)應(yīng)力技術(shù)，實(shí)心方樁在運(yùn)輸及施工中的破損率較高，質(zhì)量波動(dòng)比較大，工程質(zhì)量難以保證。
空心方樁采用了建設(shè)部推廣的先張法高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)和高強(qiáng)混凝土技術(shù)，生產(chǎn)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(yù)應(yīng)力張拉、離心成型、蒸養(yǎng)等，全部為機(jī)械化或自動(dòng)化作業(yè)，且空心方樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C60~C80,基樁的豎向承載力大，在運(yùn)輸及施工中的破損率大大小于實(shí)心方樁，能充分保證工程質(zhì)量，所以空心方樁的自身成樁質(zhì)量優(yōu)越。
?、诠?jié)約混凝土和鋼材
空心方樁結(jié)合了管樁的先進(jìn)生產(chǎn)工藝和實(shí)心方樁的外形特點(diǎn)，采用了先張法高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)和高強(qiáng)混凝土技術(shù)，不但其承載力優(yōu)于實(shí)心方樁，而且大大節(jié)省混凝土和鋼材，見表2.
表2 空心方樁同實(shí)心方樁性能比較
|
性能指標(biāo) |
HKFZ方樁（HKFZ300（160）A） |
實(shí)心方樁
（300×300A） |
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外邊長 |
300（160） |
300 |
|
混凝土強(qiáng)度 |
C80 |
C30 |
|
單樁結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)來源《預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁》08SG360、《預(yù)制鋼筋混凝土方樁》97（03）G361
?、劭招姆綐吨谱鞴て诙獭⒋蟠筇嵘a(chǎn)效率
實(shí)心方樁一般采用自然養(yǎng)護(hù)，成樁后需要養(yǎng)護(hù)28天以上方可使用，而空心方樁采用先進(jìn)的蒸汽養(yǎng)護(hù)方法：壓蒸方式養(yǎng)護(hù)時(shí)產(chǎn)品只需1天，普通蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)產(chǎn)品7天即可使用，這樣大大提升了產(chǎn)品的制作生產(chǎn)效率。
④空心方樁接樁便捷、施工便利
實(shí)心方樁由于自身的接頭方式繁瑣，接樁時(shí)間較長，且接頭質(zhì)量差。而空心方樁接頭方式簡單，接頭質(zhì)量保證率高。
實(shí)心方樁抗裂性能差，施工起吊繁瑣困難?？招姆綐恫捎昧烁咝У南葟埛A(yù)應(yīng)力技術(shù)和高強(qiáng)混凝土技術(shù)，其產(chǎn)品的抗裂性能好、施工起吊簡單便利、施工速度快。
3、結(jié)語
隨著我國工業(yè)化進(jìn)程加大，節(jié)能減排型和資源節(jié)約型產(chǎn)品以后會(huì)越來越得到市場和政府的青睞；建筑節(jié)能已經(jīng)引起國家各級(jí)政府的廣泛關(guān)注和重視，未來幾年相關(guān)的節(jié)能減排的優(yōu)惠政策也會(huì)相繼出臺(tái)，作為重要的建筑基礎(chǔ)工程的預(yù)制混凝土樁也應(yīng)地緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐。我們相信，符合國家節(jié)能減排政策要求且技術(shù)性能優(yōu)越的基樁產(chǎn)品會(huì)不斷涌現(xiàn)，為我國的建材行業(yè)做出貢獻(xiàn)。
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