国家“绿色低碳”的发展理念和“建筑工业化”发展战略对桩基技术提出了新要求。城市更新面临更为复杂敏感的密集核心区环境条件下的工程建设难题，作为建筑工业的重要基础之一——桩基技术面临着严苛挑战。开展新型预制桩型研发是工程建设的迫切需求，符合国家发展战略。

碳排放量产业分布

相较于传统灌注桩资源消耗量大、环境问题突出，传统管桩软土单桩承载力低、布桩密集挤土效应严重、端板焊接质量不可控等缺点，预制桩具有工艺简单、质量可靠、造价便宜、检测方便等优点，已广泛应用于各类建筑物和构筑物中。

据中国混凝土与水泥制品协会统计，2022年全国产量超过4亿米，年预制桩产值超过1000亿，成产和使用均居全球首位，但目前预制桩技术创新仍存在诸多问题。具体表现为：

1.软土地区预制桩侧阻力较低，单桩承载力不高

深厚软土地区淤泥土、黏土层比较厚，如何设计更合适的桩身截面和形状，有效提高桩侧阻力，提高单桩承载力是预制桩生产企业、业主、设计、施工单位共同关心的热点问题。

2.管桩的耐久性能不达标

在沿海深厚软土地区，腐蚀性地质较多，该环境下，钢筋锈蚀引起的锈胀裂缝，会导致预应力管桩的抗拉开裂荷载明显的降低：

1）当管桩的抗拉承载力下降30%~50%时，管桩的破坏形态会由桩身拉断破坏转变为端头连接破坏；

2）当预应力管桩的抗剪承载力下降30%~43%时，预应力管桩的破坏形态为端头连接端剪切破坏。

3.预制空心桩难以穿透密实的硬质土层

当土层中存在密实的硬质土层（粉土、粉砂、砾石）时，容易出现爆桩、断桩等情况。如何优化预制桩的结构，提高穿层能力，是扩大预制桩适用范围的难点问题。

针对行业现状与需求，兆弟团队勇担责任感与使命感，创新性地研发了承载能力优异、绿色、耐久的实心异型方桩、空心异型方桩、板桩等预制桩产品。

桩身为纵向变截面方形，上下节桩采用上螺下锁式的螺锁式机械连接的预应力混凝土实心预制方桩，是为实心异型方桩。通过Mohr-Coulomb计算模型、众多项目静载试验数据、大量工程案例显示，实心异型方桩性能优异。

传统管桩取边长500mm、普通方桩取边长450mm，异型方桩取边长450mm（异型桩参数详下表）取两节作算例，长度约为20m，土体宽度取6m，深度为40m。

桩土承载性能以桩顶荷载800kN为例，通过Mohr-Coulomb计算模型分析可知：

1.异型方桩的承载力高于传统管桩的承载力。

在桩顶荷载800kN时，异型方桩的沉降值约为传统管桩的0.8倍，约为普通方桩的0.9倍，且桩顶荷载越大，异型方桩的优势越明显。

2.异型方桩桩身轴力衰减明显小于传统管桩。

当桩顶荷载为800kN时，500mm传统管桩桩底反力约为450kN，450mm普通方桩桩底反力约为380kN，而异型方桩的桩底反力约为180kN，由此可见，异型方桩在桩身轴力衰减方面优势也相当明显。

另，根据众多项目静载试验数理统计结果，实心异型方桩侧摩阻力提高系数完全能达到，甚至超过行业标准JGJ/T 405-2017规定计算得出的1.1~1.3的提高系数。

实心异型方桩性能小结：

经济性：实心异型方桩相较于普通方桩，其侧阻力可提高10%-30%，大幅节约工程造价；且达到相同承载力所需的桩径更小，承台混凝土用量更少，经济效益显著；

耐久性：采用螺锁式机械连接，接桩方便快捷，提高了施工的可靠度，涂抹的环氧树脂对连接件起了保护作用，防腐性能有较大的提高；

适用性：实心异型方桩扩大了预制桩的适用范围，解决了空心桩穿越硬夹层困难的问题，减少施工难度、施工速度更快。

针对螺锁式机械连接要求的桩端面倾斜度不超过0.2mm的生产制作难题，预应力混凝土管桩、普通方桩存在生产工艺复杂、集成化效率较低等不足的情况，兆弟发明了无端板预应力主筋张拉系统，建立了可移动、集成化现场异型桩制造系统，相较于预应力管桩，可节省劳动力90%，生产线日效率提高3倍。

实心异型方桩适用范围广泛，多种工程地质情况均可使用，目前已在浙江、江苏、福州、厦门、泉州等多地2000余项重大工程项目中得到成功应用，社会效益、经济效益和环境效益显著。

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