談預應力混凝土空心方樁較管樁性能的優越性

苑 輝

預應力離心混凝土空心方樁是一種新型的樁基產品,它集預制混凝土方樁和管樁技術優點為一體,是一種新型換代產品。具有技術先進、質量可靠、性價比高、節材、降耗、環保等特點。

按混凝土的等級強度及混凝土承載面的大小可分為預應力混凝土空心方樁(KFZ)、預應力高強混凝土空心方樁(HKFZ)和預應力混凝土薄壁空心方樁(TKFZ),其中,TKFZ主要用于以摩擦為主的工程樁;KFZ用于一般承載力工程中;而HKFZ主要適用于承載力要求較高的工程中。TKFZ和KFZ強度為C60,HKFZ強度為C80。空心方樁的規格主要有250×250～1 000×1 000,以50為級差。相對于預應力管樁而言有以下突出的優點。

1 同規格的方樁和管樁,方樁的摩擦力要比管樁的大

以500樁為例：方樁的截面積為250 000 mm2,而管樁的截面積為196 250 mm2。可以看出同樣規格的方樁和管樁,方樁的截面積要大得多,且呈方形(或多邊形)的外形,在土層中樁體周邊土與土的休止角比圓形樁的摩擦系數要大很多。這說明同種規格的樁在同等地質條件下,方樁要比管樁獲得更大的承載力。經對比分析,方樁每千牛承載力造價要低于管樁的工程造價。所以,在選樁型時,完全可以選擇比管樁規格較小的方樁,這樣就可以降低工程基礎造價。

2 同規格的方樁承載力要遠大于管樁

以400方樁和500管樁對比看,400的方樁豎向承載力設計值為2 066 kN,500管樁設計承載力為1 920 kN。而在實際設計中,設計師通過理論計算,用350的空心方樁完全可以替代500的空心圓樁使用。從表1可以看出,僅從樁基造價角度,方樁比圓樁節約成本近10%。

表1 方樁與管樁各參數對比表

3 承臺或墻下布樁基礎的經濟技術對比分析

根據樁基技術規范,各樁間的中心距不宜小于樁外邊長(直徑)的3.5倍。以單個4樁承臺為例,仍以400方樁和500管樁對比計算(取樁中心距相鄰承臺邊距離為D),400方樁的承臺尺寸為3.5D+1.0D+1.0D=5.5D=2 200 mm。500管樁的承臺尺寸為5.5D=2 750 mm。承臺減小,相應地承臺厚度和鋼筋含量及規格也會減少。根據經驗分析計算,承臺基礎或布樁基礎,用400空心方樁代替500的管樁可以節約20%左右工程造價(不含樁基造價)。從技術角度,對于設計承載力較大的樁基礎,可能會出現較大的圓樁布置不下的情況。根據國家規范規定,承臺樁間的中心距不應小于樁外邊長的3倍,樁中心距承臺邊不得小于D,布樁平面系數按土層特征、周邊建筑環境及國家相關的規范等確定。受此限制,所布樁數量會受到制約。那么在建筑承載力足夠大的情況下,較大的管樁可能就無法布置,這時,規格較小的方樁就會發揮較大的優勢。

4 空心方樁的擠土效應小于管樁

在施工中,樁基施工的擠土效應對施工的影響是無法忽略的。在設計相近承載力的條件下,選擇較小的空心方樁當然擠土效應小于空心管樁。如：400的空心方樁當然比500的管樁體積要小,擠土量少,擠土效應也小,這對施工和周邊環境的影響要小很多。

5 空心方樁的抗剪力較大

根據理論計算分析,同等樁徑的方樁抗剪力是管樁的2倍～3倍,而日本測試的是4.5倍。這說明空心方樁的抗震性能比管樁優越得多,在地震多發地帶和高層建筑及大面積地下室建筑中值得推廣應用。

6 空心方樁施工較方便,破損率小

由于方形樁頭耐沖擊力好,所以樁頭破損率較小,且方形樁焊接周長較長,焊接牢靠,不易脫節。另外,方形樁的連接方式,宜開發非焊接的快速連接方式,可以提高施工效率。最近,有些樁基研發單位正在研究空心方樁新型的快速連接方式。

由于預應力混凝土空心方樁比管樁具有上述諸多優點,且造價相對較低,當然值得選用。近兩年來,在上海、江、浙一帶得到大力推廣應用,有逐漸取代預應力空心管樁的趨勢。相信不久的將來,隨著工程技術人員對預應力混凝土空心方樁認識的不斷深入,它必將在全國范圍得到應用和發展。