一、先張法預應力混凝土空心方樁的種類與規(guī)格

先張法預應力混凝土空心方樁是以預應力鋼筋和高性能混凝土為主要材料，采用先張法預應力離心成型工藝，并經(jīng)過蒸汽養(yǎng)護，制成的一種空心方型混凝土預制構件。根據(jù)混凝土強度等級可分為預應力高強混凝土空心方樁（國標為PHS，滬標、蘇標、津標則為HKFZ），預應力混凝土空心方樁（國標為PS，滬標、蘇標、津標則為KFZ），外邊長250?1000mm先張法預應力混凝土空心方樁的抗彎性或有效預壓應力分為A型、B型、AB型、C型，單節(jié)長度7?30m。小口徑先張法預應力混凝土空心方樁（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。

二、先張法預應力混凝土空心方樁的優(yōu)點

1. 同預應力管樁比較

同預應力管樁相比，先張法預應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)在以下幾個方面。

1.1 主要性能一致時，先張法預應力混凝土空心方樁比管樁更節(jié)約材料。基礎承載力是預制樁性能的主要指標，基礎承載力由端阻力和側摩阻力組成，在軟土地區(qū)中側摩阻力發(fā)揮主要作用，通常占基礎承載力的70%以上。根據(jù)《建筑樁基技術規(guī) 范》（JGJ94-2008），在工程地質情況相同的條件下，側摩阻力同樁身側面積成正比。在實體形狀的橫截面積相同時，圓的周長最小，方形周長最長，即方形的側面積更大。反之，在相同側面積下，方形的體積相對于圓形要小，因而在性能一致時先張法預應力混凝土空心方樁用材低于管樁，具有較高的性價比。與管樁相比，在基礎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，因此先張法預應力混凝土空心方樁相比管樁耗材更少。此外，先張法預應力混凝土空心方樁能夠節(jié)約承臺基礎的造價，以建筑中 最常使用的四樁平臺為例，使用先張法預應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，先張法預應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，先張法預應力混凝土空心方樁側摩阻力提高27.39%以上，抗震性能更強，抗裂彎矩提高30.67%以上、剛度提高48.83%以上。由于先張法預應力混凝土空心方樁的性能更好，并在抗震設計方面具有比管樁更強的優(yōu)勢，提高了建筑物的安全性。

1.3 施工方便。先張法預應力混凝土空心方樁具有施工破損率低的優(yōu)點，高強度混凝土和方形的頭部在角部混凝土厚實，使得先張法預應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，使沉樁質量更優(yōu)。由于環(huán)保的要求，預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。先張法預應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，采用抱壓施工時易出現(xiàn)樁身抱碎事故。

1.4 易于堆放和運輸，大大減少安全隱患。管樁由于圓形外表易滾動，不易于堆放和運輸，也往往容易引起安全事故。先張法預應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應力混凝土空心方樁更容易堆放和運輸，減少安全事故的發(fā)生率，同時堆放節(jié)省場地。

1.5 擠土效應更低。在滿足相同技術性能情況下先張法預應力混凝土空心方樁樁徑小，或者樁徑相當?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，先張法預應力混凝土空心方樁較其他預制樁型擠土少，減少了施工對周邊建筑地基的影響。

2. 同實心方樁比較

2.1 質量優(yōu)。實心方樁混凝土強度低，一般情況下不超過C40。而且實心方樁的生產(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，決定了其質量波動大，在運輸及施工中的破損率極高。

先張法預應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，全部為機械化作業(yè)，并且先張法預應力混凝土空心方樁混凝土強度高，能夠達到C60以上，承載力比較大，所以先張法預應力混凝土空心方樁的自身成樁質量較好，在運輸及施工中的破損率極低，遠小于實心方樁，能充分保證工程質量。

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

2.3 工期短。實心方樁成樁后需要養(yǎng)護28天以上方可使用，而先張法預應力混凝土空心方樁采用先進的養(yǎng)護方法，采用壓蒸方式養(yǎng)護產(chǎn)品只需1天，普通蒸汽養(yǎng)護產(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。實心方樁由于自身的接頭方式繁瑣，接樁時間比較長，且接頭質量差。而空心方樁接頭方式簡單，接頭質量保證率高。實心方樁抗裂性能差，施工起吊繁瑣困難。先張法預應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、先張法預應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，成型用的模具內截面呈正方形結構。同時傳統(tǒng)方樁均采用四邊直角形式，導致在樁材運輸和樁基施工時四角混凝土容易大面積磕落，影響施工質量和建筑物的使用壽命，而先張法預應力混凝土空心方樁樁身采用應力消除圓弧角，四邊角不對稱應力消除弧，解決了直角帶來的有關問題，提升 了先張法預應力混凝土空心方樁的樁身質量和生產(chǎn)效率。具體生產(chǎn)工藝見圖1。

圖1 先張法預應力混凝土空心方樁生產(chǎn)工藝流程圖

3.1 混凝土原材料的計量、攪拌。根據(jù)設計好的配合比，將砂、石、水泥、水、外加劑和摻合料等經(jīng)精確計量，用混凝土強制式攪拌機制成3?5cm的低坍落度的新拌混凝土，設計要求混凝土強度等級不低于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，且預應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。預應力主筋采用低松弛型的預應力混凝土用鋼棒，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)空心方樁結構配筋特點，方形鋼筋骨架采用專用的方樁骨架自動焊接機加工。

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，并與預應力鋼筋錨固板、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)都采用計算機控制。

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 預應力張拉。采用千斤頂式的張拉機對合模后的空心方樁鋼筋骨架進行整體張拉，張拉至鋼筋強度的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心機上方，按初速、中速、中高速、高速的離心速度逐級加速，離心時間一般為10?18min。通過離心密實成型工藝，使新拌混凝土沿空心方樁的模具四周均勻密實。離心結束后，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。將離心成型后的帶模空心方樁吊至常壓蒸氣養(yǎng)護池（坑）內，靜停1?2h，緩慢升溫至9 0?100°C，常壓下養(yǎng)護4?8h，使混凝土強度達到40MPa以上。

3.10 高壓蒸養(yǎng)。設計混凝土強度等級為C80以上的空心方樁，需將脫模后的空心方樁再進入高壓釜進行高溫蒸氣養(yǎng)護，最高溫度為180?200°C，飽和蒸氣壓力為1.0MPa，養(yǎng)護時間8?12h，使混凝土強度達到80MPa以上。經(jīng)高壓養(yǎng)護后的管樁可以直接出廠。

四、先張法預應力混凝土空心方樁的實際應用效果

在實踐中，先張法預應力混凝土空心方樁能夠降低工程造價。以上海松江區(qū)大學城某小高層住宅樓、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，建筑基礎造價平均可節(jié)約13.9%。通過上海?；▓@樁基項目與建滔裕花園千燈一期樁基項目相比較，400mm的先張法預應力混凝土空心方樁每米價格比500mm的管樁每米節(jié)省10元。象山和園項目經(jīng)過試樁和靜載試驗，邊長為450mm預應力混凝土空心方樁的單樁豎向極限承載力均達到3500KN以上，超過設計值要求的2500?3000KN，而且實際施工中采用靜力壓入，噪音較小，施工速度快，一臺靜壓樁機每天可壓入500m以上的樁，擠土效應也在可承受范圍內，對周邊建筑的影響不大。

稍顯不足的是，目前先張法預應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，導致供樁速度較慢，有時滿足不了施工進度的需要。