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摘要：近年来预应力离心混凝土空心方桩在工程中的应用越来越广泛。本文结合工程实际情况阐述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它在工程应用上的优点及存在的问题。
关键词：预应力离心混凝土空心方桩管桩轴向承载力经济性存在的问题
一、前沿
在目前的城市化建设进程中，离心成型的先张法预应力混凝土空心方桩是一种新型预制桩，是对管桩的一种深度开发的产品。作为一种性能稳定，可靠度高的成熟桩型已被编制为标准设计图集被广泛的应用到工业与民用建筑中。
二、预应力混凝土空心方桩的优势
1、简介
预应力混凝土空心方桩是专业工厂采用先张法预应力、离心成型和蒸汽养护制成的一种外方内圆的预制混凝土构件。其适用的地层为流塑、软塑状态的软弱地基，持力层宜为粘土层、砂层、埋藏较深的基岩以及强风化岩层或风化残积土层较厚的土层，尤其适用于软弱土层较厚的土层。其制作工艺及特性与现阶段已成熟广泛使用的管桩基本相同，具有管桩的性能稳定、生产周期短、节约材料等优点，其生产工艺先进科学且已成熟，配筋合理，环保节能。
2、方桩的形状
众所周知，相同面积的前提下圆形截面的周长最短。因此，方形桩可比相同混凝土用量的圆形桩有更大的摩擦面，也就是说可以与土层接触面产生更大的侧摩阻力。同时方桩在土层中桩体周边土与土的休止角比圆形桩的摩阻系数要大得多，这说明在相同的截面混凝土用量下，方桩可以获得更大的侧摩阻力。因此，一般说来对于摩擦桩或摩擦型端承桩，可用边长较小的空心方桩代替直径较大的管桩。
3、方桩承载力
以下通过本人参加设计计算的长安汽博园（杭州大江东）项目一期C#楼厂房桩基工程为例，结合工程实际情况通过单桩竖向承载力的简单对比说明。本工程±0.00相当于黄海高程6.400,桩顶标高相当于黄海高程4.400。场地地貌单元为钱塘江河流相冲积地貌，地貌单元单一，主要地层为：②-1砂质粉土，稍密状,局部粘粒含量较高，呈粘质粉土状，干强度低、韧性低。层厚3.00～0.40m。②-2砂质粉土，稍密状，干强度低、韧性低，层厚4.80～2.00m。②-3砂质粉土，稍密~中密状，干强度低、韧性低。层厚5.40～1.80m。②-4砂质粉土，稍密~中密状，局部夹粉砂薄层，干强度低、韧性低，层厚5.00～1.40m。②-5粉砂，中密状，局部夹有少量砂质粉土或细砂薄层，层厚9.30～2.60m。设计选取②-5层粉砂为桩端持力层，且进入该层不小于3d。场地典型地层剖面见下图1。
图1-场地典型地层剖面图
图2-场地地层物理力学指标设计参数表
图3-边长450方桩与直径500管桩承台平面尺寸
根据《建筑桩基技术规范JGJ94-2008》混凝土空心桩计算公式：
QUK=Qsk+Qpk=∑qsikli+qpk(Aj+λpAP1)（5.3.8-1）计算对比边长500方桩与直径500管桩单桩竖向承载力特征值：
（1）.预应力离心混凝土空心方桩(PHS-AB500(310))：
经计算单桩承载力特征值：Ra==975KN
（2）.高强混凝土管桩(PHC500AB100)：
经计算单桩承载力特征值：Ra==857KN
通过计算对比，本工程采用边长500方桩比直径500管桩承载力提高13.8%，可以节约大量的工程桩，相应的可以节约工程造价。
4、方桩承台尺寸
采用边长450方桩(PHS-AB450(260))时
经计算单桩承载力特征值：Ra==842KN
经计算比较边长450方桩与直径500管桩承载力基本相同，其承台平面尺寸见图3。
边长450方桩承台面积=2.475x0.9=2.2275m2
直径500管桩承台面积=3x1=3m2
边长450方桩承台混凝土用量比直径500管桩承台混凝土用量减少34.6%。
通过以上计算分析，在满足同等承载力的情况下采用空心方桩比采用管桩节约30%以上。减少了其上部基础造价的费用。承台越厚，桩间距越大时采用预应力离心混凝土空心方桩经济优势越明显。5、施工工艺
本工程试桩采用边长500mm，壁厚310mm预应力高强混凝土空心方桩，设计桩长14.0m，单桩竖向承载力特征值Ra=950kN。根据地层条件及厂区周边工程桩基施工经验，沉桩工艺采用锤击法沉桩，选用D72型（冲击部分重量7.2T）柴油锤，停锤标准采用以最后一击阵贯入度优先、桩顶标高为辅的双指标控制。设计院以及业主在设计前期经过试桩及单桩竖向抗压静载试验结果的精心比选，在工程中主要采用了PHS-AB400(220)-14a、PHS-AB500(310)-14a两种预应力高强混凝土空心方桩，在实际施工及使用中收到了很好的效果。
6、挤土效应
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，采用较小边长的空心方桩，其挤土效应小于管桩。如450的空心方桩明显比500的管桩的体积小，开口空心方桩可以有效产生“土塞效应”，减小挤土量。挤土效应自然也就小，施工时减少了对周边和环境的影响。
三、存在的问题
由于空心方桩笼筋骨架先天性的缺陷，呈椭方形，在进行螺筋滚焊时，经常性地出现点焊不到位，笼筋中主筋与螺筋脱焊，笼筋结构松散，造成在离心成型中主筋偏位，螺筋疏密不均，与规范要求的保护层出入过大，影响桩的预定防腐性能；而主筋偏位会造成该桩在施工中受力不均，性能减弱。由于空心方桩为四个棱角，其在离心成型中会出现离心受力不均，粗细骨料分布不合理，如若生成过程不严格把关，应用到工程实际中将出现相应的质量问题。
四、结束语
随着施工技术和设计理论的不断完善，在设计方面同管桩基本相同，同时可减小桩间距而易于工程桩排布。当软弱土层较厚，单桩承载力主要以摩擦力为主的桩基础可优先使用空心方桩。空心方桩因其诸多优点，凭借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，在公路、市政、水利等工程中，尤其是解决软土地基的方面因其能提供较大的侧摩阻力能够替代其他的桩型基础。在空心方桩的应用区域方面，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也都广泛适用。随着技术的进步及对预应力离心混凝土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。
参考文献
[1]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），中国建筑工业出版社，2008.
[2]《建筑结构设计优化案例分析》，中国建筑工业出版社，2011.
[3]浙江省建筑标准设计图集《预应力离心混凝土空心方桩（2013浙G35）》，浙江工商大学出版社，2013.