淺談空心方樁在工程中的應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn)

姜泉泉

（江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇，225004）

淺談空心方樁在工程中的應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn)

姜泉泉

（江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇，225004）

空心方樁在工程中越來(lái)越廣泛的應(yīng)用使得它的優(yōu)點(diǎn)也越加明顯。本文首先闡明了空心方樁的工程應(yīng)用情況，其次根據(jù)它的應(yīng)用情況歸納出了它在應(yīng)用上的優(yōu)點(diǎn)。

空心方樁；工程應(yīng)用；應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

引言

在城市建設(shè)的步伐不斷加快的今天，使用各種不同種類的樁基來(lái)充當(dāng)建筑（構(gòu)筑）物的基礎(chǔ)已成為被廣泛采用的方法，取得了全球公認(rèn)的效果。這種方法能夠很好地改善地基基礎(chǔ)的承載力不足情況，尤其適用于控制軟土地基上的不均勻沉降問(wèn)題。樁基型式主要有預(yù)制成型樁、鉆孔灌注樁和震動(dòng)灌注樁等。它們被廣泛應(yīng)用在不同的地質(zhì)狀況和工程類型中，以滿足不同的控制需要。預(yù)制成型、現(xiàn)場(chǎng)沉入的樁基因?yàn)槠錂z測(cè)手段簡(jiǎn)單、施工速度快及生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種工程。在預(yù)制成型樁中，鋼筋混凝土預(yù)制的實(shí)心方樁最為常用。它是樁基工程中應(yīng)用最普遍、歷史最悠久的一種樁型，具有接樁安全可靠、沉樁速度快、生產(chǎn)加工方便等優(yōu)點(diǎn)。尤其是應(yīng)用在以摩擦阻力占主導(dǎo)因素、端承力為次要因素的軟土地基中，因其有較大的周長(zhǎng)而具有較大的單樁承載力。但是混凝土預(yù)制的實(shí)心方樁也有諸多不足，如混凝土的消耗較大、自重大，沉樁時(shí)的擠土效應(yīng)過(guò)大，鋼筋的抗拉強(qiáng)度和混凝土的抗壓強(qiáng)度沒(méi)有得到充分發(fā)揮，產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益不夠等。

近幾年出現(xiàn)了一種名為預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁的新型樁型，該樁型已被成功地應(yīng)用在幾十余項(xiàng)工程中，累計(jì)長(zhǎng)度達(dá)100萬(wàn)m左右，獲得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

一、空心方樁在工程中的應(yīng)用

1、應(yīng)用原理

按照一般的工程質(zhì)量要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求，空心方樁適用在底層為軟塑或者流塑狀態(tài)的較為軟弱的地質(zhì)，持力層宜為深埋基巖、砂層、粘土層、強(qiáng)風(fēng)化巖層或風(fēng)化殘積土層比較厚的地層，尤其是軟弱土層比較厚的地基。在石灰?guī)r地層、由松軟突變到十分堅(jiān)硬的地層、孤石和障礙物多的地層及有堅(jiān)硬隔層的地層中是不適宜用空心方樁施工的。由于樁空心、開(kāi)口的特點(diǎn)，在把樁壓入中的時(shí)候，土體能向樁孔內(nèi)擠進(jìn)一定的深度，從而形成土塞，有時(shí)甚至能將樁口完全堵住。因此，空心方樁在承載力和斷面的混凝土方樁相同的同時(shí)又節(jié)約了材料。此外，由于此類空心方樁在應(yīng)用于某些軟弱土地基的工程中時(shí)，開(kāi)口的樁身重能擠進(jìn)一部分土體，從而在一定程度上降低了場(chǎng)地的擠土效應(yīng)，也減少了對(duì)周圍環(huán)境的影響。如果地基工程中土質(zhì)較硬，則使用帶樁尖來(lái)解決沉樁問(wèn)題。空心方樁通常使用靜壓法施工，此方法一方面可以通過(guò)削弱錘擊產(chǎn)生的樁身拉應(yīng)力來(lái)減少樁體配筋，另一方面也可以減少噪聲污染，從而體現(xiàn)出以人為本的設(shè)計(jì)理念。

2、應(yīng)用分析

普通預(yù)制的鋼筋混凝土的空心方樁的截面形狀和空心方樁有些相似，但是它們的生產(chǎn)工藝有很大差異。本文研究的是使用離心法生產(chǎn)出的空心方樁，和早期的“空心方樁”在概念上有本質(zhì)的不同。早期的預(yù)制空心方樁在制作方法上有膠囊抽芯和木籠（鋼管）抽芯兩種。木籠（鋼管）法十分浪費(fèi)材料。而在膠囊抽芯法中，因?yàn)闅饽沂擒浶宰兓詷秲?nèi)壁的厚度會(huì)不等，容易產(chǎn)生空腔偏心。尤其是當(dāng)空心膠囊上浮時(shí)會(huì)影響鋼筋的保護(hù)層厚度，而保護(hù)層厚度如果小于25mm，則會(huì)極易導(dǎo)致樁表面產(chǎn)生橫向和縱向的裂縫。如果膠囊因?yàn)橹苻D(zhuǎn)次數(shù)多而受損或與鋼筋籠的綁扎不牢固或者膠囊質(zhì)量不好而導(dǎo)致漏氣、氣壓控制不穩(wěn)、補(bǔ)齊不及時(shí)，也極易產(chǎn)生橫向裂縫。在港口碼頭建設(shè)中應(yīng)用較多的預(yù)應(yīng)力混凝土的空心方樁，在拼接時(shí)采用的是空心對(duì)接，能使得樁身中部的空心段的剛度一致，而拼接后樁頂、樁尖仍是實(shí)心段。因?yàn)閷?shí)心段和空心段的縱橫向震動(dòng)幅度和頻率的不協(xié)調(diào)，再加上膠囊出口部位作為施工的薄弱環(huán)節(jié)會(huì)成為基樁斷裂的開(kāi)始位置，進(jìn)而使得整根基樁斷裂。如果去除拼接時(shí)的實(shí)心段，在預(yù)制時(shí)將空心膠囊沿著樁軸線由樁頭直線抽出，從而避免膠囊出口處產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不均衡的現(xiàn)象，這時(shí)實(shí)心接頭就變成了空心拼接。綜上所述，此類樁因?yàn)橹谱鞴に嚥惶茖W(xué)，使得它們的應(yīng)用受到很大程度的限制。

3、實(shí)例應(yīng)用

在本人所參加的項(xiàng)目中，以江蘇華電句容電廠廠前區(qū)七幢樓樁基工程為例，在工程中主要采用了 HKFZ-A250(150)與 HKFZ-A500(300)兩種預(yù)應(yīng)力空心方樁。通過(guò)設(shè)計(jì)院以及業(yè)主在設(shè)計(jì)前期的精心比選，最終優(yōu)選了這兩種樁型，在實(shí)際施工及使用中同樣也收到了很好的效果。

二、在應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)：

1、同規(guī)格的方樁和管樁，方樁的摩擦力要比管樁的大

用500樁作為例子：方樁的截面積是250000mm2，而管樁的截面積是 196250mm2。由此可以看出相同規(guī)格的方樁和管樁作比較，方樁的截面積比管樁大得多，而且外形是方形（或多邊形）的，這樣在土層中樁體周圍土和土的休止角的摩擦系數(shù)要比圓形樁大得多。這就說(shuō)明相同規(guī)格的樁在相同地質(zhì)條件下，方樁獲得的承載力要比管樁更大。經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，方樁每千牛承載力的造價(jià)要低于管樁。因此，在選擇樁型時(shí)，完全能選擇不管樁規(guī)格小的方樁，以降低工程的基礎(chǔ)造價(jià)。

2、同規(guī)格的方樁承載力要遠(yuǎn)大于管樁

拿 400方樁和 500管樁作比較，400方樁的豎向承載力的設(shè)計(jì)值是2066 kN, 而500管樁的設(shè)計(jì)承載力是1920 kN。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師通過(guò)理論計(jì)算得出，用350的空心方樁就完全可以替代500的空心管樁。僅從樁基的造價(jià)角度來(lái)看，方樁的成本比管樁低近10%。

3、空心方樁的擠土效應(yīng)小于管樁

在施工過(guò)程中，樁基施工產(chǎn)生的擠土效應(yīng)對(duì)施工的不利影響是不容忽視的。在設(shè)計(jì)承載力相近的條件下，較小的空心方樁的擠土效應(yīng)當(dāng)然小于空心管樁。如400的空心方樁明顯比500的管樁的體積小，相應(yīng)的擠土量就少，擠土效應(yīng)自然也就小，這樣對(duì)周邊和施工環(huán)境的影響要小得多。

4、空心方樁的抗剪力較大

由理論計(jì)算的，相同樁徑的方樁的抗剪力是管樁的2到3倍，而在日本的測(cè)試中得出的是4.5倍。這就說(shuō)明空心方樁的抗震能力比管樁強(qiáng)得多，因而在高層建筑、地震多發(fā)地帶和大面積地下室建筑之中應(yīng)該推廣應(yīng)用。

5、空心方樁施工較方便，破損率小

方形樁頭的耐沖擊力好的特性使得樁頭的破損率較小。而其方形樁焊接的周長(zhǎng)比較長(zhǎng)，焊接十分牢靠，不容易脫節(jié)。此外，方形樁的連接方式適宜開(kāi)發(fā)出不用焊接的快速連接，這樣能提高施工效率。近來(lái)，有的樁基研發(fā)機(jī)構(gòu)就在研究空心方樁的快速連接方式。

6、空心方樁與管樁相比，費(fèi)用更低

由于預(yù)應(yīng)力空心方樁與預(yù)應(yīng)力管樁相比較而言，其能夠減少對(duì)其上部的基礎(chǔ)承臺(tái)的尺寸，這也就意味著空心方樁的應(yīng)用減少了其上部基礎(chǔ)造價(jià)的費(fèi)用。這是與管樁相比具有優(yōu)點(diǎn)的又一個(gè)地方。

因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁相比較管樁而言有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，而且造價(jià)相對(duì)比較低，所以非常值得選用。最近兩年它在江浙滬一帶得到大力的推廣應(yīng)用，有慢慢代替預(yù)應(yīng)力空心管樁的趨勢(shì)。相信在不久的未來(lái)，隨著技術(shù)人員對(duì)預(yù)應(yīng)力空心方樁認(rèn)識(shí)上的不斷深入，它一定會(huì)在全國(guó)范圍得到推廣和應(yīng)用。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著施工技術(shù)和設(shè)計(jì)理論的不斷完善，空心方樁憑借其良好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)性能，將會(huì)在建筑工程中取得良好的應(yīng)用前景。此外，在電力工程、公路工程、水利工程中，尤其是解決軟土地基的方面也能夠取代其他的樁型基礎(chǔ)。在空心方樁的應(yīng)用區(qū)域方面，不僅僅是局限在長(zhǎng)江三角洲及珠江三角洲等沿海地區(qū)，黃河、長(zhǎng)江等江河流域、沖積層、風(fēng)化殘積層、坡積層地區(qū)及湖泊軟土地區(qū)，甚至青藏高原地區(qū)和黃土高原地區(qū)也都能夠得到廣泛應(yīng)用。

[1] 楊克己.實(shí)用樁基工程.北京:人民交通出版社。2004

[2] 朱瑞.預(yù)應(yīng)力混凝土工業(yè)技術(shù)及其現(xiàn)代化北京:中國(guó)鐵道出版社，2002。

[3] 章杰春.當(dāng)前預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁生產(chǎn)和應(yīng)用存在的問(wèn)題.混凝土與水泥制品，2001年第3期。6月:29-30

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1674-3954（2011）03-0140-01