联东U谷上海嘉定项目桩基础选型研究
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摘要： 本文结合上海嘉定地区的工程地质条件论述了联东U谷项目采用预应力高强混凝土空心方桩(HKFZ)和预应力高强混凝土管桩(PHC)各自的特点，并进行了经济性的比较。
关 键 词：预应力高强混凝土空心方桩(HKFZ)；预应力高强混凝土管桩(PHC)；经济性比较
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
工程概况和基础选型:
联东U谷上海嘉定一期工程建造总部厂房及配套设施位于上海市嘉定区百安公路东侧、恒永路北侧，总建筑面积约16万平米。拟建场地属Ⅳ类建筑场地，场地地基有填土、粉质黏土、淤泥质土、粉土、砂土等多种类型，无论垂直或水平均欠匀质，总体上属欠均匀地基。根据设计方案，A区、B区为地上3F～4F的厂房，柱网8mX8m，框架结构，厂房内首层地面要求约50KN/m2；楼层设计活荷载5KN/m2，单柱荷载约2000～3000kN，轴力较大，根据工程经验应采用桩基础。结合土工试验、原位测试结果及土层埋深等因素，单桩竖向承载力设计值的设计参数取值见表1所列相关的桩侧极限摩阻力及桩端极限端阻力。
表1桩基桩侧极限摩阻力标准值fs与桩端极限端阻力标准值fp参数表
桩型选择主要受场地周边环境和沉桩可行性两大因素决定。为合理选择桩型，结合本工程地层条件对各种方案优、缺点进行比较，详见下表2。
表2 备选桩型优、缺点比较
综上，从沉（成）桩可行性、场地周边环境条件、单桩桩身变形、经济性及目前桩基施工水平等因素综合分析，本工程桩型可采用预制桩，桩基持力层选择⑦1-2层时，可选择ø400～500mm的PHC管桩或300X300～400X400mm的HKFZ方桩，但管桩还是方桩才是最经济的基础方案呢，需要进一步论证对比。
二、管桩和方桩的理论比较：(300X300预应力方桩与ø400管桩的性价比论证)
空心方桩是一种结合预应力管桩和预制方桩二者的优点,同时克服了其大部分缺点的新型桩型,现国际上(如美国、日本等)已大力开始推广使用.按混凝土的等级强度及混凝土承载面的大小可分为KFZ、HKFZ、TKFZ,分别为预应力混凝土空心方桩(KFZ)、预应力高强混凝土空心方桩(HKFZ)、预应力混凝土薄壁空心方桩(TKFZ),其中TKFZ主要用于摩擦桩为主的地质,而HKFZ主要适合于承载力要求较高或有高耐腐蚀要求的地质情况,KFZ与TKFZ的混凝土强度等级为C60,HKFZ的混凝土强度等级为C80.空心方桩的外边长主要有250*250-1000*1000,以每50为增量.相对于其它桩型,特别是预应力混凝土管桩而言,其突出的优点在:
1、同截面混凝土下方桩外表面积大于管桩,且成方型或多边角型的外形,在土层中桩体周边土与土的休止角比圆型的摩阻系数要大得多.这就意味着空心方桩比管桩在同等地质条件下能获得更大的承载力,为工程省下大量的基础资金;
2、由于桩的外边长从400减小到300，承台或剪力墙基础的尺寸可进一步减小，基础的减小可减小钢筋的用量和基础的深度，这意味着设计人员在同样的设计承载力下，可优选方桩，桩材料费用可省下一大笔。两种桩型的性价指标对比详见表3。
表3 400管桩、300空心方桩性价对比表
3、空心方桩的理论计算抗剪力是同混凝土用量管桩的1-2倍，据日本建设省的实际测试是管桩的3.5倍，这说明空心方桩的抗震性能非常优越，很值得在多震的区域及高层建筑、大面积地下室的建筑物基础中推广使用。
4、空心方桩继承并发扬了原有混凝土方桩的施工破损率低的特点，高强混凝土配上方形的头部，更能承受比圆形头部的耐冲击性能，使桩在施工中比管桩小得多的桩头破损；方形比圆形更大的焊接周长充分保证每节桩之间的有效焊接强度，大大减小了管桩在施工中出现的节头脱焊或移位现象，使沉桩质量更优。两种桩型的技术指标对比详见下表4。
表4 HKFZ-300A方桩与PHC-400A管桩的技术指标对比
5、承台造价节约
承台计算：以单个4桩承台使用混凝土（带钢筋），以国家规范承台之间中心距不得低于3.5d计算。承台高度按照80cm计算。
1、管桩（5.5dx5.5d）x承台厚度80cm=(0.4x5.5)x(0.4x5.5)x0.8=3.87 m³
2、空心方桩（5.5dx5.5d）x承台厚度80cm=(0.3x5.5)x(0.3x5.5)x0.8=2.17 m³
3、以混凝土（带钢筋）1000元/m³承台计算
管桩：3.87 m³x1000元/m³=3870元；方桩：2.17m³x1000元/m³=2170元
按这样计算每个承台可以节省1700元。
由上表可以清楚地看出，选用300空心方桩在力学性能上完全可以替代ø400管桩，同时使用小桩径的基础，在施工速度、挤土影响等方面又可大大改进，其性能上还超越管桩。同时，从经济角度上来看，根据桩基技术规范，各桩间中心距不宜小于桩外边长的3.5倍，（大约可节省43%的承台费用）。
三、典型户型试算对比：
为了更加准确的进行对比，我们选取具有代表性的B2户型(建筑面积2968m2)进行了两种桩型的试算对比，根据地勘报告，设计出管桩和方桩的两版图纸，供成本部门综合测算。方桩和管桩根据边柱中柱轴力的不同，对桩径做了最佳的组合配置，详见下表。
从上表可以看出，管桩方案折合建筑单方成本72元/m2，方桩方案为60元/m2，差值为12元/m2，若按一期总建筑面积16 万平米计算，采用方桩方案可节省192万元，经济效益非常可观。
四、结论：
从以上综合分析可以得出，空心方桩无论是在性能指标还是经济指标方面都明显优于管桩，在当下建筑领域，开发商越来越看重项目的成本控制，降低了成本才能增加利润，若项目所在地区的空心方桩的供应不成问题，而地质情况及单体建筑又适合做预制桩基础，那么空心方桩必是桩基方案的第一选择。
参考文献：
联东U谷-上海嘉定一期工程岩土工程勘察报告
建筑地基基础设计规范GB50007-2011
建筑桩基设计规范JGJ94-2008
预应力混凝土管桩图集10G409
HKFZ∕KFZ先张法预应力混凝土空心方桩图集2009沪G/T-502