一、先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁的種類與規(guī)格

先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁是以預(yù)應(yīng)力鋼筋和高性能混凝土為主要材料，采用先張法預(yù)應(yīng)力離心成型工藝，并經(jīng)過蒸汽養(yǎng)護(hù)，制成的一種空心方型混凝土預(yù)制構(gòu)件。根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級可分為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土空心方樁（國標(biāo)為PHS，滬標(biāo)、蘇標(biāo)、津標(biāo)則為HKFZ），預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁（國標(biāo)為PS，滬標(biāo)、蘇標(biāo)、津標(biāo)則為KFZ），外邊長250?1000mm先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁的抗彎性或有效預(yù)壓應(yīng)力分為A型、B型、AB型、C型，單節(jié)長度7?30m。小口徑先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁（邊長<450mm）主要用于工業(yè)與民用建筑、鐵路、公>450mm）則主要用于港口、碼頭、大跨度橋梁、船臺船塢、取排水系統(tǒng)等建筑物基礎(chǔ)。

二、先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁的優(yōu)點(diǎn)

1. 同預(yù)應(yīng)力管樁比較

同預(yù)應(yīng)力管樁相比，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁能夠降低建筑成本、能耗，更符合國家節(jié)能減排政策。其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 主要性能一致時(shí)，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁比管樁更節(jié)約材料。基礎(chǔ)承載力是預(yù)制樁性能的主要指標(biāo)，基礎(chǔ)承載力由端阻力和側(cè)摩阻力組成，在軟土地區(qū)中側(cè)摩阻力發(fā)揮主要作用，通常占基礎(chǔ)承載力的70%以上。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī) 范》（JGJ94-2008），在工程地質(zhì)情況相同的條件下，側(cè)摩阻力同樁身側(cè)面積成正比。在實(shí)體形狀的橫截面積相同時(shí)，圓的周長最小，方形周長最長，即方形的側(cè)面積更大。反之，在相同側(cè)面積下，方形的體積相對于圓形要小，因而在性能一致時(shí)先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁用材低于管樁，具有較高的性價(jià)比。與管樁相比，在基礎(chǔ)承載力基本一致情況下，平均節(jié)約混凝土16.41%、鋼材15.9%，而混凝土和鋼材的使用成本通常占到成品樁的60%以上，因此先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁相比管樁耗材更少。此外，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁能夠節(jié)約承臺基礎(chǔ)的造價(jià)，以建筑中 最常使用的四樁平臺為例，使用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁在建筑施工中也可以節(jié)約承臺鋼筋混凝土約41.16%。

1.2 用材相同時(shí)，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁性能比管樁更優(yōu)。與用材相同的管樁相比，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁側(cè)摩阻力提高27.39%以上，抗震性能更強(qiáng)，抗裂彎矩提高30.67%以上、剛度提高48.83%以上。由于先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁的性能更好，并在抗震設(shè)計(jì)方面具有比管樁更強(qiáng)的優(yōu)勢，提高了建筑物的安全性。

1.3 施工方便。先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁具有施工破損率低的優(yōu)點(diǎn)，高強(qiáng)度混凝土和方形的頭部在角部混凝土厚實(shí)，使得先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁在施工中比管樁樁頭破損率低很多。方形比圓形更大的焊接周長充分保證了每節(jié)樁之間的有效焊接強(qiáng)度，大大減小了管樁在施工中出現(xiàn)的接頭脫焊或移位現(xiàn)象，使沉樁質(zhì)量更優(yōu)。由于環(huán)保的要求，預(yù)制混凝土樁施工主要使用靜壓法，靜壓法施工又可以根據(jù)施加靜壓力方式的不同分為頂壓法施工和抱壓法施工兩種類型。先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁適用于各種施工方式。而管樁由于樁身存在一定的橢圓度，采用抱壓施工時(shí)易出現(xiàn)樁身抱碎事故。

1.4 易于堆放和運(yùn)輸，大大減少安全隱患。管樁由于圓形外表易滾動，不易于堆放和運(yùn)輸，也往往容易引起安全事故。先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁則克服了該問題，其方形外表使得先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁更容易堆放和運(yùn)輸，減少安全事故的發(fā)生率，同時(shí)堆放節(jié)省場地。

1.5 擠土效應(yīng)更低。在滿足相同技術(shù)性能情況下先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁樁徑小，或者樁徑相當(dāng)?shù)脴稊?shù)量少，減少了擠土量，在城市建筑密度較高的情況下，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁較其他預(yù)制樁型擠土少，減少了施工對周邊建筑地基的影響。

2. 同實(shí)心方樁比較

2.1 質(zhì)量優(yōu)。實(shí)心方樁混凝土強(qiáng)度低，一般情況下不超過C40。而且實(shí)心方樁的生產(chǎn)過程為純手工操作，包括混凝土攪拌、喂料、振搗、繞籠等，人工操作的不穩(wěn)定性，決定了其質(zhì)量波動大，在運(yùn)輸及施工中的破損率極高。

先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁從混凝土的攪拌開始包括喂料、離心、繞籠、蒸養(yǎng)等，全部為機(jī)械化作業(yè)，并且先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁混凝土強(qiáng)度高，能夠達(dá)到C60以上，承載力比較大，所以先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁的自身成樁質(zhì)量較好，在運(yùn)輸及施工中的破損率極低，遠(yuǎn)小于實(shí)心方樁，能充分保證工程質(zhì)量。

2.2 節(jié)約混凝土和鋼材。先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁結(jié)合了管樁的先進(jìn)生產(chǎn)工藝與實(shí)心方樁的外形特點(diǎn)，不僅其本身的性能優(yōu)于實(shí)心方樁，而且節(jié)約混凝土和鋼材。

2.3 工期短。實(shí)心方樁成樁后需要養(yǎng)護(hù)28天以上方可使用，而先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁采用先進(jìn)的養(yǎng)護(hù)方法，采用壓蒸方式養(yǎng)護(hù)產(chǎn)品只需1天，普通蒸汽養(yǎng)護(hù)產(chǎn)品7天即可使用，大大提升了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

2.4 接樁便捷。實(shí)心方樁由于自身的接頭方式繁瑣，接樁時(shí)間比較長，且接頭質(zhì)量差。而空心方樁接頭方式簡單，接頭質(zhì)量保證率高。實(shí)心方樁抗裂性能差，施工起吊繁瑣困難。先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁抗裂性能好，施工起吊簡單便利，施工速度快。

三、先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁的生產(chǎn)工藝

空心方樁生產(chǎn)工藝與現(xiàn)有的管樁生產(chǎn)工藝基本相同，主要不同點(diǎn)為：采用與空心方樁鋼模模具相配套的近似方形的鋼筋骨架，成型用的模具內(nèi)截面呈正方形結(jié)構(gòu)。同時(shí)傳統(tǒng)方樁均采用四邊直角形式，導(dǎo)致在樁材運(yùn)輸和樁基施工時(shí)四角混凝土容易大面積磕落，影響施工質(zhì)量和建筑物的使用壽命，而先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁樁身采用應(yīng)力消除圓弧角，四邊角不對稱應(yīng)力消除弧，解決了直角帶來的有關(guān)問題，提升 了先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁的樁身質(zhì)量和生產(chǎn)效率。具體生產(chǎn)工藝見圖1。

圖1 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁生產(chǎn)工藝流程圖

3.1 混凝土原材料的計(jì)量、攪拌。根據(jù)設(shè)計(jì)好的配合比，將砂、石、水泥、水、外加劑和摻合料等經(jīng)精確計(jì)量，用混凝土強(qiáng)制式攪拌機(jī)制成3?5cm的低坍落度的新拌混凝土，設(shè)計(jì)要求混凝土強(qiáng)度等級不低于C60或C80。

3.2 空心方樁端板制作。與管樁端板制作基本一致，但方樁的端板外形是方形的，且預(yù)應(yīng)力主筋的沉孔沿端板四邊、角均勻分布。端板安裝前，四周需焊接厚度為1.5?2mm的薄鋼板制作成的方形樁套箍。

3.3 骨架制作。預(yù)應(yīng)力主筋采用低松弛型的預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒，需要精確定長、切斷、鐓頭；螺旋筋采用直徑4?6mm的低碳冷拔鋼絲；根據(jù)空心方樁結(jié)構(gòu)配筋特點(diǎn)，方形鋼筋骨架采用專用的方樁骨架自動焊接機(jī)加工。

3.4 安裝鋼筋骨架。將制作好的鋼筋骨架、方形端板（已焊套箍）放置于空心方樁的鋼模具內(nèi)，并與預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固板、張拉板、張拉桿等連接。

3.5 混凝土布料。按每根空心方樁的用量要求，將新拌混凝土沿模具均勻填滿下半模，在張拉一端盡可能多布一些混凝土，現(xiàn)在很多生產(chǎn)企業(yè)都采用計(jì)算機(jī)控制。

3.6 合模。將空心方樁上半鋼模吊至下半鋼模上方，并用螺栓將上下兩半鋼模固定，以確保模具在高速空心作業(yè)過程中不松動和混凝土不漏漿。

3.7 預(yù)應(yīng)力張拉。采用千斤頂式的張拉機(jī)對合模后的空心方樁鋼筋骨架進(jìn)行整體張拉，張拉至鋼筋強(qiáng)度的70%后，用大螺母將張拉桿固定在鋼模具上。

3.8 離心成型。將上述張拉錨固后的帶?？招姆綐兜踔岭x心機(jī)上方，按初速、中速、中高速、高速的離心速度逐級加速，離心時(shí)間一般為10?18min。通過離心密實(shí)成型工藝，使新拌混凝土沿空心方樁的模具四周均勻密實(shí)。離心結(jié)束后，將張拉端抬高，傾倒離心過程中產(chǎn)生的廢漿水。

3.9 初級蒸氣養(yǎng)護(hù)。將離心成型后的帶?？招姆綐兜踔脸赫魵怵B(yǎng)護(hù)池（坑）內(nèi)，靜停1?2h，緩慢升溫至9 0?100°C，常壓下養(yǎng)護(hù)4?8h，使混凝土強(qiáng)度達(dá)到40MPa以上。

3.10 高壓蒸養(yǎng)。設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級為C80以上的空心方樁，需將脫模后的空心方樁再進(jìn)入高壓釜進(jìn)行高溫蒸氣養(yǎng)護(hù)，最高溫度為180?200°C，飽和蒸氣壓力為1.0MPa，養(yǎng)護(hù)時(shí)間8?12h，使混凝土強(qiáng)度達(dá)到80MPa以上。經(jīng)高壓養(yǎng)護(hù)后的管樁可以直接出廠。

四、先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁的實(shí)際應(yīng)用效果

在實(shí)踐中，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁能夠降低工程造價(jià)。以上海松江區(qū)大學(xué)城某小高層住宅樓、上海浦東新區(qū)高行鎮(zhèn)某多層住宅、上海三林01街坊二期多層住宅為例，建筑基礎(chǔ)造價(jià)平均可節(jié)約13.9%。通過上海?；▓@樁基項(xiàng)目與建滔?；▓@千燈一期樁基項(xiàng)目相比較，400mm的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁每米價(jià)格比500mm的管樁每米節(jié)省10元。象山和園項(xiàng)目經(jīng)過試樁和靜載試驗(yàn)，邊長為450mm預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁的單樁豎向極限承載力均達(dá)到3500KN以上，超過設(shè)計(jì)值要求的2500?3000KN，而且實(shí)際施工中采用靜力壓入，噪音較小，施工速度快，一臺靜壓樁機(jī)每天可壓入500m以上的樁，擠土效應(yīng)也在可承受范圍內(nèi)，對周邊建筑的影響不大。

稍顯不足的是，目前先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁仍在推廣階段，生產(chǎn)企業(yè)較少，產(chǎn)能不足，導(dǎo)致供樁速度較慢，有時(shí)滿足不了施工進(jìn)度的需要。