預制X形混凝土管樁研究及應用初探

預制X形混凝土管樁研究及應用初探

1.陸見華 2.姜正暉 3.張登明

(1.杭州天華科技 河海大學特約研究員  浙江杭州 310012）

(2.浙江省交通設計院 博士  研發(fā)部主任  3.建華建材（嘉興）

摘要：預制X形管樁是一種新型異形樁，該樁具有節(jié)省材料，施工快捷等優(yōu)點。本文從現(xiàn)澆X Y形樁的基礎上，簡要介紹預制X形管樁的模具制作、工廠化試生產(chǎn)和現(xiàn)場檢測X形樁單樁承載力情況，并對其應用前景進行概述，以期加深人們對預制X形樁的認識和了解，從而促進對這一新型樁的應用和研究。

關鍵詞：X形樁；異形樁；預制樁；承栽機理

  引言

  我國傳統(tǒng)樁基礎工程樁形“非圓即方”，除方樁能少許擴大側(cè)摩阻力外，其余大部是等截面?zhèn)缺砻娣e比值較小的圓樁?？招姆綐断鄬τ趫A管樁優(yōu)點在于：

  ① 外表面積大，這意味著在等地質(zhì)條件下方樁摩擦承載力比圓樁更大；實際使用效果350mm的空心方樁承載力相當于500mm外徑的圓管樁，而售價比500mm圓管樁要低，大量工程實例證明每KN承載力造價方樁要低于圓樁；、

  ② 方樁抗剪力理論上是同等圓管樁的2-3倍，據(jù)日本實際測試資料是圓管樁的4.5倍，這說明空心方樁抗震性能優(yōu)越，值得在多震區(qū)域高層建筑中使用；

  ③  空心方樁耐沖擊性更好, 破損率小, 焊接周長大，保證樁節(jié)間有效焊接；

  日本作為空心方形管樁發(fā)明者，從上世紀60年代起大量推廣，近年圓管樁逐年減小，2004年全國使用不到500萬米；而新型方樁使用已經(jīng)占所有樁型的40%。美國2003年空心方樁使用達到了9000萬米，占總用樁量的35%。

  我國建材行業(yè)參照國外經(jīng)驗, 適應我國地質(zhì)條件和業(yè)需求的空心方樁已在實踐中大量使用，近年來長三角地區(qū)預制空心方樁市場需求急劇擴大。

  Y形、X形樁則比方樁更進一步提高了樁體等截面周邊擴大比，這兩種現(xiàn)澆樁巧妙地將傳統(tǒng)沉管灌注樁圓形樁模設計成獨特的Y形和X形，從而增加了樁側(cè)表面積及單樁承載力。這兩種基于傳統(tǒng)沉管灌注樁技術的現(xiàn)澆樁是由杭州天華科技陸氏父子和原河海大學劉漢龍老師自主開發(fā)的專利技術,在軟基處理方面具有廣闊的應用前景。見圖1。

圖1  Y 形及X形樁示意圖

  2016年國家首次正式將“工匠精神”寫入《政府工作報告》?？偫硇浴肮膭钇髽I(yè)開展個性化定制、柔性化生產(chǎn)，培育精益求精的工匠精神，增品種、提品質(zhì)、創(chuàng)品牌”。 ，李克強總理“9.14”又在國務院常務會議提出“建筑產(chǎn)業(yè)調(diào)整升級，大力發(fā)展裝配式預制構(gòu)件”的政策。

  杭州天華科技陸見華及時將Y形及X形樁這兩種異形現(xiàn)澆樁綜合評估后，進行了預制X形管樁的模具制作以及工廠化生產(chǎn)的探索。率先在申嘉湖一期工程中應用過Y形現(xiàn)澆樁的浙江省交通設計院亦有意在申嘉湖西延工程中試驗性應用預制X形管樁。本文首先對預制X形管樁的研發(fā)思路、截面特性、技術原理和研究現(xiàn)狀簡單介紹，接著對其樁基質(zhì)量檢測以及現(xiàn)場適應性進行論述，這對于今后預制X形管樁的研究和市場推廣應用有著重要的現(xiàn)實意義。

  1預制X形樁概述

  1．1研發(fā)思路

  目前增加單樁承載力途徑主要有兩條：一是通過對圓形樁端部施加諸如夯擴、爆擴、旋擴、支盤擠擴以及樁底注漿等相關工藝來增加樁端承力；二是通過“竹節(jié)樁”、“樁側(cè)注漿”等改變樁的橫截面積增加樁側(cè)摩阻力，改變樁橫截面積主要是基于等截面周邊擴大原理，牟玉瑋曾提出“任何異形樁垂直承載力都大于等截面、等長的實腹圓柱樁(側(cè)表面積增加，摩阻力相應增加)，同時水平承載能力亦得到提高(慣性矩增大)”.常用異形樁截面幾何特性分析見表1。

表1 異形樁截面幾何特性分析

注：h，b，t分別代表樁橫截面的長、寬、突出部長度。

  預制X形管樁的斷面形狀為X形，即將空心方樁的四個直角按對角線方向再適度向外延伸，其結(jié)構(gòu)形式如圖2。設計原理正是充分利用了等截面異形樁樁側(cè)表面積增加，進而增加了樁側(cè)摩阻力與慣性矩，既最大程度地發(fā)揮地基土和樁本身的承載能力，又使樁體混凝土材料的潛力得到充分發(fā)揮。

圖2 x形樁截面

  在樁身面積相同的情況下，預制X形樁比圓形樁和方形樁具有更大的慣性距，而且預制X形樁還具有較大的周長面積比，即與同截面面積的圓形樁或方形樁的截面慣性距之比與ɑ和θ呈正比例關系、與S呈反比關系。因而可以大大提高單樁承載力和抗彎能力，從而提高性價比。

  1．2樁模的制作

  預制X形管樁作為一種新型的異形樁，其機理簡潔明了，而制作實施起來又比較簡單方便，這是因為之前有了離心法生產(chǎn)空心方樁的基礎。最早的離心方樁就是在普通圓形管樁模具內(nèi)增加4塊襯板，與原先的圓形樁模共同作用，將模內(nèi)空間隔除4塊弓形區(qū)域，形成“外圓內(nèi)方”的離心模具。

圖3 制成的X形樁

  現(xiàn)在的預制X形管樁是利用標準600mm的圓形管樁，將方樁那樣的4塊平板換成對應的梯形板即可。這樣形成的X形管樁中心部位是一根300mm的方樁，端頭板及鋼筋籠直接可以套用300mm的小方樁，以便于沿用已有的生產(chǎn)線以及打樁施工的工具和習慣，有利大面積推廣應用。

  1. 3鋼筋籠的制作

  預制X形管樁鋼筋籠中心部位是個類似于300mm方樁的正方形四角籠，但是只在四個籠角放有四根預應力主筋，另外的四根主筋移到四個角籠上了。

圖4  X形樁模

  角籠為尺寸12×12×10mm的等腰三角形，每個頂角位置放置一根主筋，中x籠四個角沿放射方向分別放置四個角籠，這樣就使得X形樁的四個角也能以鋼筋混凝土作為樁體主材料了，以增加X形樁垂直和水平方向的抗荷載能力。