浅谈空心方桩在工程中的应用及优点

姜泉泉

（江苏省水利建设工程有限公司，江苏，225004）

浅谈空心方桩在工程中的应用及优点

姜泉泉

（江苏省水利建设工程有限公司，江苏，225004）

空心方桩在工程中越来越广泛的应用使得它的优点也越加明显。本文首先阐明了空心方桩的工程应用情况，其次根据它的应用情况归纳出了它在应用上的优点。

空心方桩；工程应用；应用优势

引言

在城市建设的步伐不断加快的今天，使用各种不同种类的桩基来充当建筑（构筑）物的基础已成为被广泛采用的方法，取得了全球公认的效果。这种方法能够很好地改善地基基础的承载力不足情况，尤其适用于控制软土地基上的不均匀沉降问题。桩基型式主要有预制成型桩、钻孔灌注桩和震动灌注桩等。它们被广泛应用在不同的地质状况和工程类型中，以满足不同的控制需要。预制成型、现场沉入的桩基因为其检测手段简单、施工速度快及生产质量稳定的优点，被广泛应用于各种工程。在预制成型桩中，钢筋混凝土预制的实心方桩最为常用。它是桩基工程中应用最普遍、历史最悠久的一种桩型，具有接桩安全可靠、沉桩速度快、生产加工方便等优点。尤其是应用在以摩擦阻力占主导因素、端承力为次要因素的软土地基中，因其有较大的周长而具有较大的单桩承载力。但是混凝土预制的实心方桩也有诸多不足，如混凝土的消耗较大、自重大，沉桩时的挤土效应过大，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度没有得到充分发挥，产品的经济效益不够等。

近几年出现了一种名为预应力混凝土空心方桩的新型桩型，该桩型已被成功地应用在几十余项工程中，累计长度达100万m左右，获得了良好的社会效益和经济效益。

一、空心方桩在工程中的应用

1、应用原理

按照一般的工程质量要求和技术经济指标的要求，空心方桩适用在底层为软塑或者流塑状态的较为软弱的地质，持力层宜为深埋基岩、砂层、粘土层、强风化岩层或风化残积土层比较厚的地层，尤其是软弱土层比较厚的地基。在石灰岩地层、由松软突变到十分坚硬的地层、孤石和障碍物多的地层及有坚硬隔层的地层中是不适宜用空心方桩施工的。由于桩空心、开口的特点，在把桩压入中的时候，土体能向桩孔内挤进一定的深度，从而形成土塞，有时甚至能将桩口完全堵住。因此，空心方桩在承载力和断面的混凝土方桩相同的同时又节约了材料。此外，由于此类空心方桩在应用于某些软弱土地基的工程中时，开口的桩身重能挤进一部分土体，从而在一定程度上降低了场地的挤土效应，也减少了对周围环境的影响。如果地基工程中土质较硬，则使用带桩尖来解决沉桩问题。空心方桩通常使用静压法施工，此方法一方面可以通过削弱锤击产生的桩身拉应力来减少桩体配筋，另一方面也可以减少噪声污染，从而体现出以人为本的设计理念。

2、应用分析

普通预制的钢筋混凝土的空心方桩的截面形状和空心方桩有些相似，但是它们的生产工艺有很大差异。本文研究的是使用离心法生产出的空心方桩，和早期的“空心方桩”在概念上有本质的不同。早期的预制空心方桩在制作方法上有胶囊抽芯和木笼（钢管）抽芯两种。木笼（钢管）法十分浪费材料。而在胶囊抽芯法中，因为气囊是软性变化，所以桩内壁的厚度会不等，容易产生空腔偏心。尤其是当空心胶囊上浮时会影响钢筋的保护层厚度，而保护层厚度如果小于25mm，则会极易导致桩表面产生横向和纵向的裂缝。如果胶囊因为周转次数多而受损或与钢筋笼的绑扎不牢固或者胶囊质量不好而导致漏气、气压控制不稳、补齐不及时，也极易产生横向裂缝。在港口码头建设中应用较多的预应力混凝土的空心方桩，在拼接时采用的是空心对接，能使得桩身中部的空心段的刚度一致，而拼接后桩顶、桩尖仍是实心段。因为实心段和空心段的纵横向震动幅度和频率的不协调，再加上胶囊出口部位作为施工的薄弱环节会成为基桩断裂的开始位置，进而使得整根基桩断裂。如果去除拼接时的实心段，在预制时将空心胶囊沿着桩轴线由桩头直线抽出，从而避免胶囊出口处产生结构不均衡的现象，这时实心接头就变成了空心拼接。综上所述，此类桩因为制作工艺不太科学，使得它们的应用受到很大程度的限制。

3、实例应用

在本人所参加的项目中，以江苏华电句容电厂厂前区七幢楼桩基工程为例，在工程中主要采用了 HKFZ-A250(150)与 HKFZ-A500(300)两种预应力空心方桩。通过设计院以及业主在设计前期的精心比选，最终优选了这两种桩型，在实际施工及使用中同样也收到了很好的效果。

二、在应用中的优势：

1、同规格的方桩和管桩，方桩的摩擦力要比管桩的大

用500桩作为例子：方桩的截面积是250000mm2，而管桩的截面积是 196250mm2。由此可以看出相同规格的方桩和管桩作比较，方桩的截面积比管桩大得多，而且外形是方形（或多边形）的，这样在土层中桩体周围土和土的休止角的摩擦系数要比圆形桩大得多。这就说明相同规格的桩在相同地质条件下，方桩获得的承载力要比管桩更大。经过对比发现，方桩每千牛承载力的造价要低于管桩。因此，在选择桩型时，完全能选择不管桩规格小的方桩，以降低工程的基础造价。

2、同规格的方桩承载力要远大于管桩

拿 400方桩和 500管桩作比较，400方桩的竖向承载力的设计值是2066 kN, 而500管桩的设计承载力是1920 kN。在实际的设计过程中，设计师通过理论计算得出，用350的空心方桩就完全可以替代500的空心管桩。仅从桩基的造价角度来看，方桩的成本比管桩低近10%。

3、空心方桩的挤土效应小于管桩

在施工过程中，桩基施工产生的挤土效应对施工的不利影响是不容忽视的。在设计承载力相近的条件下，较小的空心方桩的挤土效应当然小于空心管桩。如400的空心方桩明显比500的管桩的体积小，相应的挤土量就少，挤土效应自然也就小，这样对周边和施工环境的影响要小得多。

4、空心方桩的抗剪力较大

由理论计算的，相同桩径的方桩的抗剪力是管桩的2到3倍，而在日本的测试中得出的是4.5倍。这就说明空心方桩的抗震能力比管桩强得多，因而在高层建筑、地震多发地带和大面积地下室建筑之中应该推广应用。

5、空心方桩施工较方便，破损率小

方形桩头的耐冲击力好的特性使得桩头的破损率较小。而其方形桩焊接的周长比较长，焊接十分牢靠，不容易脱节。此外，方形桩的连接方式适宜开发出不用焊接的快速连接，这样能提高施工效率。近来，有的桩基研发机构就在研究空心方桩的快速连接方式。

6、空心方桩与管桩相比，费用更低

由于预应力空心方桩与预应力管桩相比较而言，其能够减少对其上部的基础承台的尺寸，这也就意味着空心方桩的应用减少了其上部基础造价的费用。这是与管桩相比具有优点的又一个地方。

因为预应力混凝土空心方桩相比较管桩而言有以上诸多优点，而且造价相对比较低，所以非常值得选用。最近两年它在江浙沪一带得到大力的推广应用，有慢慢代替预应力空心管桩的趋势。相信在不久的未来，随着技术人员对预应力空心方桩认识上的不断深入，它一定会在全国范围得到推广和应用。

三、结束语

随着施工技术和设计理论的不断完善，空心方桩凭借其良好的经济指标和技术性能，将会在建筑工程中取得良好的应用前景。此外，在电力工程、公路工程、水利工程中，尤其是解决软土地基的方面也能够取代其他的桩型基础。在空心方桩的应用区域方面，不仅仅是局限在长江三角洲及珠江三角洲等沿海地区，黄河、长江等江河流域、冲积层、风化残积层、坡积层地区及湖泊软土地区，甚至青藏高原地区和黄土高原地区也都能够得到广泛应用。

[1] 杨克己.实用桩基工程.北京:人民交通出版社。2004

[2] 朱瑞.预应力混凝土工业技术及其现代化北京:中国铁道出版社，2002。

[3] 章杰春.当前预应力高强混凝土管桩生产和应用存在的问题.混凝土与水泥制品，2001年第3期。6月:29-30

TU751

1674-3954（2011）03-0140-01