淺談空心方樁在工程中的應用及優點

姜泉泉

（江蘇省水利建設工程有限公司，江蘇，225004）

淺談空心方樁在工程中的應用及優點

姜泉泉

（江蘇省水利建設工程有限公司，江蘇，225004）

空心方樁在工程中越來越廣泛的應用使得它的優點也越加明顯。本文首先闡明了空心方樁的工程應用情況，其次根據它的應用情況歸納出了它在應用上的優點。

空心方樁；工程應用；應用優勢

引言

在城市建設的步伐不斷加快的今天，使用各種不同種類的樁基來充當建筑（構筑）物的基礎已成為被廣泛采用的方法，取得了全球公認的效果。這種方法能夠很好地改善地基基礎的承載力不足情況，尤其適用于控制軟土地基上的不均勻沉降問題。樁基型式主要有預制成型樁、鉆孔灌注樁和震動灌注樁等。它們被廣泛應用在不同的地質狀況和工程類型中，以滿足不同的控制需要。預制成型、現場沉入的樁基因為其檢測手段簡單、施工速度快及生產質量穩定的優點，被廣泛應用于各種工程。在預制成型樁中，鋼筋混凝土預制的實心方樁最為常用。它是樁基工程中應用最普遍、歷史最悠久的一種樁型，具有接樁安全可靠、沉樁速度快、生產加工方便等優點。尤其是應用在以摩擦阻力占主導因素、端承力為次要因素的軟土地基中，因其有較大的周長而具有較大的單樁承載力。但是混凝土預制的實心方樁也有諸多不足，如混凝土的消耗較大、自重大，沉樁時的擠土效應過大，鋼筋的抗拉強度和混凝土的抗壓強度沒有得到充分發揮，產品的經濟效益不夠等。

近幾年出現了一種名為預應力混凝土空心方樁的新型樁型，該樁型已被成功地應用在幾十余項工程中，累計長度達100萬m左右，獲得了良好的社會效益和經濟效益。

一、空心方樁在工程中的應用

1、應用原理

按照一般的工程質量要求和技術經濟指標的要求，空心方樁適用在底層為軟塑或者流塑狀態的較為軟弱的地質，持力層宜為深埋基巖、砂層、粘土層、強風化巖層或風化殘積土層比較厚的地層，尤其是軟弱土層比較厚的地基。在石灰巖地層、由松軟突變到十分堅硬的地層、孤石和障礙物多的地層及有堅硬隔層的地層中是不適宜用空心方樁施工的。由于樁空心、開口的特點，在把樁壓入中的時候，土體能向樁孔內擠進一定的深度，從而形成土塞，有時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又節約了材料。此外，由于此類空心方樁在應用于某些軟弱土地基的工程中時，開口的樁身重能擠進一部分土體，從而在一定程度上降低了場地的擠土效應，也減少了對周圍環境的影響。如果地基工程中土質較硬，則使用帶樁尖來解決沉樁問題。空心方樁通常使用靜壓法施工，此方法一方面可以通過削弱錘擊產生的樁身拉應力來減少樁體配筋，另一方面也可以減少噪聲污染，從而體現出以人為本的設計理念。

2、應用分析

普通預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，但是它們的生產工藝有很大差異。本文研究的是使用離心法生產出的空心方樁，和早期的“空心方樁”在概念上有本質的不同。早期的預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）法十分浪費材料。而在膠囊抽芯法中，因為氣囊是軟性變化，所以樁內壁的厚度會不等，容易產生空腔偏心。尤其是當空心膠囊上浮時會影響鋼筋的保護層厚度，而保護層厚度如果小于25mm，則會極易導致樁表面產生橫向和縱向的裂縫。如果膠囊因為周轉次數多而受損或與鋼筋籠的綁扎不牢固或者膠囊質量不好而導致漏氣、氣壓控制不穩、補齊不及時，也極易產生橫向裂縫。在港口碼頭建設中應用較多的預應力混凝土的空心方樁，在拼接時采用的是空心對接，能使得樁身中部的空心段的剛度一致，而拼接后樁頂、樁尖仍是實心段。因為實心段和空心段的縱橫向震動幅度和頻率的不協調，再加上膠囊出口部位作為施工的薄弱環節會成為基樁斷裂的開始位置，進而使得整根基樁斷裂。如果去除拼接時的實心段，在預制時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生結構不均衡的現象，這時實心接頭就變成了空心拼接。綜上所述，此類樁因為制作工藝不太科學，使得它們的應用受到很大程度的限制。

3、實例應用

在本人所參加的項目中，以江蘇華電句容電廠廠前區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)兩種預應力空心方樁。通過設計院以及業主在設計前期的精心比選，最終優選了這兩種樁型，在實際施工及使用中同樣也收到了很好的效果。

二、在應用中的優勢：

1、同規格的方樁和管樁，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要比圓形樁大得多。這就說明相同規格的樁在相同地質條件下，方樁獲得的承載力要比管樁更大。經過對比發現，方樁每千牛承載力的造價要低于管樁。因此，在選擇樁型時，完全能選擇不管樁規格小的方樁，以降低工程的基礎造價。

2、同規格的方樁承載力要遠大于管樁

拿 400方樁和 500管樁作比較，400方樁的豎向承載力的設計值是2066 kN, 而500管樁的設計承載力是1920 kN。在實際的設計過程中，設計師通過理論計算得出，用350的空心方樁就完全可以替代500的空心管樁。僅從樁基的造價角度來看，方樁的成本比管樁低近10%。

3、空心方樁的擠土效應小于管樁

在施工過程中，樁基施工產生的擠土效應對施工的不利影響是不容忽視的。在設計承載力相近的條件下，較小的空心方樁的擠土效應當然小于空心管樁。如400的空心方樁明顯比500的管樁的體積小，相應的擠土量就少，擠土效應自然也就小，這樣對周邊和施工環境的影響要小得多。

4、空心方樁的抗剪力較大

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

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比較長，焊接十分牢靠，不容易脫節。此外，方形樁的連接方式適宜開發出不用焊接的快速連接，這樣能提高施工效率。近來，有的樁基研發機構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，費用更低

由于預應力空心方樁與預應力管樁相比較而言，其能夠減少對其上部的基礎承臺的尺寸，這也就意味著空心方樁的應用減少了其上部基礎造價的費用。這是與管樁相比具有優點的又一個地方。

因為預應力混凝土空心方樁相比較管樁而言有以上諸多優點，而且造價相對比較低，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用，有慢慢代替預應力空心管樁的趨勢。相信在不久的未來，隨著技術人員對預應力空心方樁認識上的不斷深入，它一定會在全國范圍得到推廣和應用。

三、結束語

隨著施工技術和設計理論的不斷完善，空心方樁憑借其良好的經濟指標和技術性能，將會在建筑工程中取得良好的應用前景。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。在空心方樁的應用區域方面，不僅僅是局限在長江三角洲及珠江三角洲等沿海地區，黃河、長江等江河流域、沖積層、風化殘積層、坡積層地區及湖泊軟土地區，甚至青藏高原地區和黃土高原地區也都能夠得到廣泛應用。

[1] 楊克己.實用樁基工程.北京:人民交通出版社。2004

[2] 朱瑞.預應力混凝土工業技術及其現代化北京:中國鐵道出版社，2002。

[3] 章杰春.當前預應力高強混凝土管樁生產和應用存在的問題.混凝土與水泥制品，2001年第3期。6月:29-30

TU751

1674-3954（2011）03-0140-01