预应力混凝土空心方桩在工程应用中的优势及不足

浅谈预应力混凝土空心方桩在工程应用中的优势及不足

摘要：论述了预应力混凝土空心方桩的特点，通过与预应力管桩的对比简介其优点及不足并给出建议。

关键词：预应力混凝土空心方桩摩擦桩经济性

一、前言

在目前的城市化建设进程中，预应力混凝土空心管桩作为一种性能稳定，可靠度高的成熟桩型被广泛的应用到工业与民用建筑、公路、港口及码头中。其中工业与民用建筑中所占比例约为80%。近几年管桩每年的产量都在4亿米左右，建筑材料消耗很大。预应力混凝土空心方桩是对管桩的一种深度开发的产品，更为有效的发挥材料的性能，从而达到减少建筑工程对自然资源过度消耗的问题。

二、预应力混凝土空心方桩的优势

1、简介

预应力混凝土空心方桩是专业工厂采用先张法预应力、离心成型和蒸汽养护制成的一种外方内圆的预制混凝土构件。其适用的地层为流塑、软塑状态的软弱地基，持力层宜为粘土层、砂层、埋藏较深的基岩以及强风化岩层或风化残积土层较厚的土层，尤其适用于软弱土层较厚的土层。其制作工艺及特性与现阶段已成熟使用的管桩基本相同，具有管桩的性能稳定、操作方便、施工速度快、性能高的优点。

2、方桩的外形

众所周知，相同面积的前提下圆形截面的周长最短。因此，方形

桩可比相同混凝土用量的圆形桩有更大的摩擦面，也就是说可以产生更大的摩擦力。同时方桩在土层中桩体周边土与土的休止角比圆形桩的摩阻系数要大得多，这说明在相同的截面混凝土用量下，方桩可以获得更大的摩擦力。因此，一般说来对于摩擦桩或摩擦型端承桩，可用边长300mm的空心方桩替代直径400mm的管桩，可用边长400mm的空心方桩替代直径500mm的管桩。以下通过单桩侧摩阻力的简单对比说明：

某工程单桩承载力为n，摩擦桩（不考虑桩端承载力）。空心方桩边长400mm与管桩直径500mm比较：

需要空心方桩桩长l1=n/（4×0.4）=n/1.6；

需要管桩桩长l2=n/（3.14×0.5）=n/1.57；

管桩比空心方桩用量多[（l2/l1）—1]×100%=1.19%；

通过对比可以发现边长400mm的空心方桩能够替代直径500mm的管桩，而且桩身侧摩阻力还略略大出管桩。

3、方桩桩基承台

因为可用边长较小的方桩替代直径略大的管桩，框架柱承台或剪力墙承台的尺寸可减小。比如一个四桩承台，用边长400mm的方桩，承台尺寸尺寸为1.0d+3.5d+1.0d=5.5x0.4=2.2米；用直径500mm

的管桩，承台尺寸尺寸为1.0d+3.5d+1.0d=5.5x0.5=2.75米。同时因为桩距变小使得基础传力更为直接，承台内弯矩变小，也可以有效解决设计时基桩过密，不宜布置等问题。

4、方桩的抗震性能

方桩的理论计算抗剪力是同种混凝土用量的管桩的2～3倍。有资料表明，据日本省的实际测量是管桩的4.5倍。这说明空心方桩的抗震性能较好，可以在地震区及高层建筑下使用，具有较好的使用前景。

5、方桩的施工

空心方桩作为摩擦桩使用，其挤土效应小，开口空心方桩可以有效产生“土塞效应”，减小挤土量。在城市建筑密度较高的地方，降低打桩对周边建筑地基的影响。空心方桩的混凝土强度高，且角部混凝土厚实，更具有耐冲击性能，使得空心方桩在施工中桩头破损率低。方形比圆形更大的焊接周长能有效的保证接桩处的焊接强度。空心方柱外形规则，不宜发生滚落事故。因此可多层堆放，更易确保堆放和运输的安全。

三、预应力混凝土空心方桩的不足

1、空心方桩不如管桩受力均匀，对坚硬土层的穿透力较管桩弱。特别是对有硬夹层的地质，空心方桩是的穿透能力要逊于管桩。

2、管桩的生产企业数量众多，每年的产量巨大。对本地施工的建筑工程工地都能及时、充足的供应。而目前空心方桩的生产企业数量较少，部分地区不能保证及时、充足的供应。

3、空心方桩接桩时需注意角度问题，管桩可不考虑。

四、结论及建议

空心方桩基础可有效减小桩径及承台尺寸，具有较好的经济性。同时能够节约建筑材料，有助于节能减排。在设计方面同管桩基本

相同，同时可减小桩间距而易于工程桩排布。当软弱土层较厚，单桩承载力主要以摩擦力为主的桩基础可优先使用空心方桩。

参考文献：

[1]《建筑桩基技术规范》（jgj 94-2008），中国建筑工业出版社，2008

[2]《建筑结构设计优化案例分析》，中国建筑工业出版社，2011

[3]《先张法预应力离心混凝土空心方桩（苏g/t17-2012）》，江苏科学技术出版社，2012