预制X形混凝土管桩研究及应用初探

预制X形混凝土管桩研究及应用初探

1.陆见华 2.姜正晖 3.张登明

(1.杭州天华科技 河海大学特约研究员  浙江杭州 310012）

(2.浙江省交通设计院 博士  研发部主任  3.建华建材（嘉兴）

摘要：预制X形管桩是一种新型异形桩，该桩具有节省材料，施工快捷等优点。本文从现浇X Y形桩的基础上，简要介绍预制X形管桩的模具制作、工厂化试生产和现场检测X形桩单桩承载力情况，并对其应用前景进行概述，以期加深人们对预制X形桩的认识和了解，从而促进对这一新型桩的应用和研究。

关键词：X形桩；异形桩；预制桩；承栽机理

  引言

  我国传统桩基础工程桩形“非圆即方”，除方桩能少许扩大侧摩阻力外，其余大部是等截面侧表面积比值较小的圆桩。空心方桩相对于圆管桩优点在于：

  ① 外表面积大，这意味着在等地质条件下方桩摩擦承载力比圆桩更大；实际使用效果350mm的空心方桩承载力相当于500mm外径的圆管桩，而售价比500mm圆管桩要低，大量工程实例证明每KN承载力造价方桩要低于圆桩；、

  ② 方桩抗剪力理论上是同等圆管桩的2-3倍，据日本实际测试资料是圆管桩的4.5倍，这说明空心方桩抗震性能优越，值得在多震区域高层建筑中使用；

  ③  空心方桩耐冲击性更好, 破损率小, 焊接周长大，保证桩节间有效焊接；

  日本作为空心方形管桩发明者，从上世纪60年代起大量推广，近年圆管桩逐年减小，2004年全国使用不到500万米；而新型方桩使用已经占所有桩型的40%。美国2003年空心方桩使用达到了9000万米，占总用桩量的35%。

  我国建材行业参照国外经验, 适应我国地质条件和业需求的空心方桩已在实践中大量使用，近年来长三角地区预制空心方桩市场需求急剧扩大。

  Y形、X形桩则比方桩更进一步提高了桩体等截面周边扩大比，这两种现浇桩巧妙地将传统沉管灌注桩圆形桩模设计成独特的Y形和X形，从而增加了桩侧表面积及单桩承载力。这两种基于传统沉管灌注桩技术的现浇桩是由杭州天华科技陆氏父子和原河海大学刘汉龙老师自主开发的专利技术,在软基处理方面具有广阔的应用前景。见图1。

图1  Y 形及X形桩示意图

  2016年国家首次正式将“工匠精神”写入《政府工作报告》。总理宣言“鼓励企业开展个性化定制、柔性化生产，培育精益求精的工匠精神，增品种、提品质、创品牌”。 ，李克强总理“9.14”又在国务院常务会议提出“建筑产业调整升级，大力发展装配式预制构件”的政策。

  杭州天华科技陆见华及时将Y形及X形桩这两种异形现浇桩综合评估后，进行了预制X形管桩的模具制作以及工厂化生产的探索。率先在申嘉湖一期工程中应用过Y形现浇桩的浙江省交通设计院亦有意在申嘉湖西延工程中试验性应用预制X形管桩。本文首先对预制X形管桩的研发思路、截面特性、技术原理和研究现状简单介绍，接着对其桩基质量检测以及现场适应性进行论述，这对于今后预制X形管桩的研究和市场推广应用有着重要的现实意义。

  1预制X形桩概述

  1．1研发思路

  目前增加单桩承载力途径主要有两条：一是通过对圆形桩端部施加诸如夯扩、爆扩、旋扩、支盘挤扩以及桩底注浆等相关工艺来增加桩端承力；二是通过“竹节桩”、“桩侧注浆”等改变桩的横截面积增加桩侧摩阻力，改变桩横截面积主要是基于等截面周边扩大原理，牟玉玮曾提出“任何异形桩垂直承载力都大于等截面、等长的实腹圆柱桩(侧表面积增加，摩阻力相应增加)，同时水平承载能力亦得到提高(惯性矩增大)”.常用异形桩截面几何特性分析见表1。

表1 异形桩截面几何特性分析

注：h，b，t分别代表桩横截面的长、宽、突出部长度。

  预制X形管桩的断面形状为X形，即将空心方桩的四个直角按对角线方向再适度向外延伸，其结构形式如图2。设计原理正是充分利用了等截面异形桩桩侧表面积增加，进而增加了桩侧摩阻力与惯性矩，既最大程度地发挥地基土和桩本身的承载能力，又使桩体混凝土材料的潜力得到充分发挥。

图2 x形桩截面

  在桩身面积相同的情况下，预制X形桩比圆形桩和方形桩具有更大的惯性距，而且预制X形桩还具有较大的周长面积比，即与同截面面积的圆形桩或方形桩的截面惯性距之比与ɑ和θ呈正比例关系、与S呈反比关系。因而可以大大提高单桩承载力和抗弯能力，从而提高性价比。

  1．2桩模的制作

  预制X形管桩作为一种新型的异形桩，其机理简洁明了，而制作实施起来又比较简单方便，这是因为之前有了离心法生产空心方桩的基础。最早的离心方桩就是在普通圆形管桩模具内增加4块衬板，与原先的圆形桩模共同作用，将模内空间隔除4块弓形区域，形成“外圆内方”的离心模具。

图3 制成的X形桩

  现在的预制X形管桩是利用标准600mm的圆形管桩，将方桩那样的4块平板换成对应的梯形板即可。这样形成的X形管桩中心部位是一根300mm的方桩，端头板及钢筋笼直接可以套用300mm的小方桩，以便于沿用已有的生产线以及打桩施工的工具和习惯，有利大面积推广应用。

  1. 3钢筋笼的制作

  预制X形管桩钢筋笼中心部位是个类似于300mm方桩的正方形四角笼，但是只在四个笼角放有四根预应力主筋，另外的四根主筋移到四个角笼上了。

图4  X形桩模

  角笼为尺寸12×12×10mm的等腰三角形，每个顶角位置放置一根主筋，中x笼四个角沿放射方向分别放置四个角笼，这样就使得X形桩的四个角也能以钢筋混凝土作为桩体主材料了，以增加X形桩垂直和水平方向的抗荷载能力。