空心方桩与管桩的性能对比

管桩和空心方桩的对比分析目前在市场上部分厂家非客观的反映空心方桩的综合性能比管桩优越，一味的诋毁管桩，否定管桩在地基基础应用上的成果和认可，通过和山东省内有经验的勘察、设计大师、部分管桩生产厂家、预制桩施工单位做沟通交流，特从预制桩的发展历程到施工上的真实表现，以作如下客观的反映现状：一、预制桩的发展历程介绍：50年代我国大部分预制桩为实心混凝土方桩，到了60年代研发了空心方桩、预应力空心方桩（采用振动、抽芯式工艺），后因其产品本身缺陷被预应力混凝土管桩取代。98年云南中技公司开始试生产离心法空心方桩，并在一些小型民用建筑中试用，同时颜小荣申请了相关专利(其专利号200410040717.5一种离心法蒸汽养护制造预应力高强混凝土空心方桩的方法)，后被别人无效。贾燎在2003年12月也申请了专利，专利号为200320116232.0一种离心砼方桩及成型模具。中国建筑科学研究院副院长黄强在2005年1月申请了专利，专利号为CN200520001774.2预应力混凝土空心方桩及桩尖，颜剑鸣、泰州海恒建材机械有限责任公司等个人和企业均在07年之前申请了相关空心方桩的专利。相关书籍早在02年就已经有详细介绍，如阮启楠在2002年所著的《预应力混凝土管桩》。2006年上海中技开始仿效管桩离心方法制作空心方桩，在生产和使用过程中质量问题频繁，在上海及周边有一定的市场，但此桩种及相关标准至今仍不成熟。2007年上海中技桩业有限公司在其基础上再一次申请专利，专利号为ZL200710068545.6。但是离心空心方桩由于其钢筋混凝土的保护层、最小配筋率、桩身混凝土截面的不均匀性、法向应力作用不均等一些技术指标不符合国家规范的要求，桩身的成桩质量得不到控制，施工时造成烂桩率偏高且以专利的名义在市场上哄抬价格，垄断市场，所以一直得不到推广应用。目前只能应用于一些非重要民用建筑工程基础及较大面积的软基础加固，基础改善处理等工程，国家重点工程极少使用空心方桩。预应力离心空心方桩20年以前在日本已经不能作为基础桩来使用了，只能应用于基础加固工程等非承重结构工程。二、常见预制桩的工艺流程空心方桩（与管桩）生产工艺（相同）三、工艺生产及施工中产生问题的对比分析1.供应：管桩厂全国有500—600家，每年的产能在4亿米左右，而稍大的区域都有6—10家管桩厂。对本区域的工地都能及时、充足的供应，其庞大的区域产能与市场需求成合理比例。如其中一家管桩厂出现不可预测的问题，其他厂家可以及时予以补充，确保工地的顺利、按时完成。空心方桩为中技一家供应，产能低供应量小，一旦出现供应问题，只能是协调再协调，等待再等待，实在没法，只能停工，来一个长时间的等待了。工作出问题，没有退路，没有备选方案，更没有可替代方案。2.生产工艺：管桩：由于其不可比拟的结构，从筋笼制作，到离心成型，后到成品出厂，都是一个天地合一的完美产品。管桩在中国市场中使用的年限近40年，所应用的工地以10万为计量单位。可以这么说，广泛的市场使用正掷地有声地告诉我们，其产品的生产工艺是一流的、完美的，誉为基础行业的定基神针都不为过。空心方桩：由于其笼筋骨架先天性的缺陷，呈椭方形，为此，在进行螺筋滚焊时，经常性地出现点焊不到位，或者部分位置根本就没有焊接，笼筋中主筋与螺筋脱焊严重，笼筋结构松散，直接影响该桩在离心成型中主筋偏位，螺筋疏密不均，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，造成大面积烂桩，严重影响工程质量。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，桩会出现相应的质量问题。在离心中受力不均会使笼筋的结构变形，影响桩身质量。方形笼筋焊接不牢，容易松散。合缝处严重漏浆桩头容易空洞3.施工：管桩：由于其结构的优越性，合理性，钢材与混凝土高度的融合性，为此，管桩在施工中施工高效、简便，穿透力强，如：接头易对，焊接方便，受力均匀，穿透力强，对一些不能作持力层的地质具有较强的穿透力，达到设计要求。空心方桩：其结构先天性的缺陷，桩身质量不稳定，桩头结构的缺陷，易形成空洞、蜂窝，为此，一旦用锤击施工，地质稍硬，易出现大面积爆头，而由于桩头结构的缺陷，空心方桩的接头部位易出现质量问题。由于其桩头结构的隐患，及外延面积大，摩擦力稍大，为此，空心方桩的穿透力较弱，不易进入持力层，或者进入持力层也难达到预定桩长，对有硬夹层的地质，空心方桩是奈何不了的。经向具有丰富空心方桩项目施工经验的资深人士了解，空心方桩在施工中普遍存在施工后桩位偏心严重，大额超出规范的施工桩数和单桩允许偏位量。4.风险控制：管桩：市场使用面广，生产厂家多，互补性强，质量可靠，相互间可作权衡比较，选择余地大。空心方桩：①独家经营，空心方桩只有中技一家无对比性，无选择余地，一旦出现质量问题、供应问题，及其他不可预测的问题，则解决起来棘手，会相当被动，受制于人。如在该节骨眼上，对方提出一些附加条件，问题则显得更复杂，更难解决。②如工程施工至一半，出现不可调和的问题，则只能改用其他的桩型。为此，会出现两个棘手的问题：其一，更改图纸，需要时间，一般在15—20天左右，拉长施工时间；其二，由于一些单栋楼施工至一半，另更改一种桩型会造成同一栋楼使用两种不同类型的桩型，从而使同一楼号出现沉降不均，严重影响桩基的稳定性。桩型规格型号抗弯承载力设计值KN•m竖向抗压承载力设计值KN抗剪承载力设计值KN螺旋筋规格mm预应力主筋配筋配筋率(%)每米单价(元/米)管桩PHC500AB1002103150233511×10.70.787173PHC500AB1252263700274512×10.70.733185空心方桩PHS-AB400(220)139284715548×10.70.509165PHS-AB450(260)2243468196412×10.70.7222485.防腐性能管桩:2010年管桩经过全方位的技术改良和性能提升,出了新的预应力混泥土管桩国标设计图集(10G409),管桩的综合性能得到大幅度的提升,其保护层的厚度全部提升到40MM,而预制桩的保护层厚度的硬性指标为35MM,为此,管桩从防腐性能方面来讲,是符合相应的技术规范的。空心方桩:由于桩型结构的先天缺陷,其桩保护层的厚度都是不达标的,在土质,地下水出现弱腐蚀,中腐蚀时,空心方桩的使用寿命将出现一定幅度的缩减,影响桩基的工程质量和使用寿命。6.市场反应齐鲁晚报2012年5月4日B02、B03两个版面分别以《异地被淘汰“方桩”潜入山东》和《天津两次叫停“方桩工地”》为题介绍了中技空心方桩的各工地情况。四、桩身设计结构、技术参数图表注解：管桩螺旋筋每端加密区为2000mm,加密区间距为45mm,非加密区间距为80mm，直径500管桩的螺旋筋直径为5mm；空心方桩螺旋筋每端加密区为1500mm,加密区间距为50mm,非加密区间距为100mm，直径500以下的方桩螺旋筋直径为4mm。通过以上案例及数据分析可以得出：空心方桩宣称在外表面积摩擦侧阻方面能提高部分承载力；但空心方桩混凝土强度由于其是方型离心成型存在混凝土离散性扩大不密实的现象、配筋率低安全性能下降，在实际施工过程中遇到地质起伏时由于外方内圆造成应力集中到四个角上，会出现不同程度的纵裂、环裂，直接会影响设备厂房等隐蔽基础的安全性，加上东营区域地下水位较高并且水中含有对钢筋腐蚀性介质，对出现有纵裂、环裂方桩基础的耐久性将大打折扣。方型的桩基础在抗剪力方面是其软弱的一个指标尤其是在东营软土地质情况下；空心方桩的构造及施工难度都将影响整个建筑物的安全及对社会造成巨大生命和财产安全隐患。五、算例比较按房型结构的桩基类型：1.条形基础：由于布桩在条基以下，可不用考虑承台问题，只需测算桩价即可。2.筏板基础,整个基础为整体受力,只可测算桩价即可。3.剪力墙基础：只需考虑布桩横向所增加的承台与剪力墙连接部分，该部分相对较小，可相当于增加桩价2%—3%，对整个桩基造价影响较小。4.承台结构：该种基础结构是主要分析的课题。我们所要计算的基础工程造价，是做到±0.00后，也就是完成包括桩、施工、承台、防水材料、底板等之后的所有费用的总和，而不是只考虑桩型、承台的造价。1.工程桩所需费用的比较：某工程单桩承载力为F，摩擦桩，在满足单桩承载力的情况下进行比较。空心方桩边长300(130)mm与管桩直径400(95)mm比较：需要空心方桩桩长L1=F/(4×0.3)=F/1.2；需要管桩桩长L2=F/(3.1416×0.4)=F/1.25664；空心方桩比管桩用量多(L1/L2-1)*100%=4.72%；也就是说，在同等单桩承载力情况下，当管桩需要使用100万米时，空心方桩需要使用104.72万米。而管桩400mm其他方面（如抗弯、抗裂、抗剪、含钢量）远优于空心方桩外边长300mm，同样的价格可以买到含钢量大的管桩。2、基础所需费用的比较：某工程底板浇筑面积为10万m2，空心方桩边长300(130)mm与管桩直径400(95)mm比较：方桩承台管桩承台浇筑底板后，造价几乎相同。以下为部分管桩和空心方桩工地异常的情况分析：四角混凝土不密实，送桩时受力不均。四角磕损严重，离心时出现死角，强度不够。压力值偏大，混凝土强度不均匀，一侧大面积损坏。桩头普遍出现问题华天商城工地现场钢筋笼焊接不牢，螺旋筋脱落，加密区不够。端板下部混凝土填充不密实，桩头含钢量低。（新媒体展示中心项目）运输过程中出现磕损经向具有丰富空心方桩项目施工经验的资深人士了解，空心方桩在施工中普遍存在施工后桩位偏心严重（如下图），大额超出规范的施工桩数和单桩允许偏位量。综合分析，空心方桩不管是结构性能还是生产工艺，以及施工中的质量控制，与预应力管桩都没有可比性，而在特殊地质及特殊基础形式上稍有一点优势，而优势是建立在过分压缩管桩的承载力，过分放大空心方桩的承载力的非理性基础上，而在这种特定的地质、桩基形式上，如稍作一些破坏性实验指导设计，则可大幅度提升管桩的承载力，降低基础造价，全方面考证，空心方桩与管桩无可比性，更何谈其优越性？多角度分析，管桩抗弯承载力、抗剪承载力、主筋配筋率等各项目指标均全面优于空心方桩。