談?lì)A(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁較管樁性能的優(yōu)越性

苑 輝

預(yù)應(yīng)力離心混凝土空心方樁是一種新型的樁基產(chǎn)品,它集預(yù)制混凝土方樁和管樁技術(shù)優(yōu)點(diǎn)為一體,是一種新型換代產(chǎn)品。具有技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、性價(jià)比高、節(jié)材、降耗、環(huán)保等特點(diǎn)。

按混凝土的等級(jí)強(qiáng)度及混凝土承載面的大小可分為預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁(KFZ)、預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土空心方樁(HKFZ)和預(yù)應(yīng)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(qiáng)度為C60,HKFZ強(qiáng)度為C80?？招姆綐兜囊?guī)格主要有250×250～1 000×1 000,以50為級(jí)差。相對(duì)于預(yù)應(yīng)力管樁而言有以下突出的優(yōu)點(diǎn)。

1 同規(guī)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?？梢钥闯鐾瑯右?guī)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(shù)要大很多。這說明同種規(guī)格的樁在同等地質(zhì)條件下,方樁要比管樁獲得更大的承載力。經(jīng)對(duì)比分析,方樁每千牛承載力造價(jià)要低于管樁的工程造價(jià)。所以,在選樁型時(shí),完全可以選擇比管樁規(guī)格較小的方樁,這樣就可以降低工程基礎(chǔ)造價(jià)。

2 同規(guī)格的方樁承載力要遠(yuǎn)大于管樁

以400方樁和500管樁對(duì)比看,400的方樁豎向承載力設(shè)計(jì)值為2 066 kN,500管樁設(shè)計(jì)承載力為1 920 kN。而在實(shí)際設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)師通過理論計(jì)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(jià)角度,方樁比圓樁節(jié)約成本近10%。

表1 方樁與管樁各參數(shù)對(duì)比表

3 承臺(tái)或墻下布樁基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比分析

根據(jù)樁基技術(shù)規(guī)范,各樁間的中心距不宜小于樁外邊長(zhǎng)(直徑)的3.5倍。以單個(gè)4樁承臺(tái)為例,仍以400方樁和500管樁對(duì)比計(jì)算(取樁中心距相鄰承臺(tái)邊距離為D),400方樁的承臺(tái)尺寸為3.5D+1.0D+1.0D=5.5D=2 200 mm。500管樁的承臺(tái)尺寸為5.5D=2 750 mm。承臺(tái)減小,相應(yīng)地承臺(tái)厚度和鋼筋含量及規(guī)格也會(huì)減少。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析計(jì)算,承臺(tái)基礎(chǔ)或布樁基礎(chǔ),用400空心方樁代替500的管樁可以節(jié)約20%左右工程造價(jià)(不含樁基造價(jià))。從技術(shù)角度,對(duì)于設(shè)計(jì)承載力較大的樁基礎(chǔ),可能會(huì)出現(xiàn)較大的圓樁布置不下的情況。根據(jù)國(guó)家規(guī)范規(guī)定,承臺(tái)樁間的中心距不應(yīng)小于樁外邊長(zhǎng)的3倍,樁中心距承臺(tái)邊不得小于D,布樁平面系數(shù)按土層特征、周邊建筑環(huán)境及國(guó)家相關(guān)的規(guī)范等確定。受此限制,所布樁數(shù)量會(huì)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(shí),規(guī)格較小的方樁就會(huì)發(fā)揮較大的優(yōu)勢(shì)。

4 空心方樁的擠土效應(yīng)小于管樁

在施工中,樁基施工的擠土效應(yīng)對(duì)施工的影響是無法忽略的。在設(shè)計(jì)相近承載力的條件下,選擇較小的空心方樁當(dāng)然擠土效應(yīng)小于空心管樁。如：400的空心方樁當(dāng)然比500的管樁體積要小,擠土量少,擠土效應(yīng)也小,這對(duì)施工和周邊環(huán)境的影響要小很多。

5 空心方樁的抗剪力較大

根據(jù)理論計(jì)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(cè)試的是4.5倍。這說明空心方樁的抗震性能比管樁優(yōu)越得多,在地震多發(fā)地帶和高層建筑及大面積地下室建筑中值得推廣應(yīng)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(zhǎng)較長(zhǎng),焊接牢靠,不易脫節(jié)。另外,方形樁的連接方式,宜開發(fā)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(fā)單位正在研究空心方樁新型的快速連接方式。

由于預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁比管樁具有上述諸多優(yōu)點(diǎn),且造價(jià)相對(duì)較低,當(dāng)然值得選用。近兩年來,在上海、江、浙一帶得到大力推廣應(yīng)用,有逐漸取代預(yù)應(yīng)力空心管樁的趨勢(shì)。相信不久的將來,隨著工程技術(shù)人員對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁認(rèn)識(shí)的不斷深入,它必將在全國(guó)范圍得到應(yīng)用和發(fā)展。