關于PCS空心支護樁與U型板樁的技術性能對比探析
水系護岸工程、市政排水、景觀支護工程及交通路基支護工程的擋土支護結構均屬永久性支護結構，對于結構穩定性、耐久性、美觀度及易施度均有著極高的要求。而采用現場澆注法的傳統支護結構(如：鋼筋混凝土擋墻、鉆孔灌注樁等）都存在著施工工期長、工效低、工程造價高、施工工序復雜、結構質量不穩定、現場監理難度大的缺點，特別是水系支護工程，需避開豐水汛期方可施工。在國內最為常見的剛性支護結構形式是砌石擋墻（漿砌、干砌與石籠等），在石材資源豐富的地方，這種結構的優點是造價相對較低，而其缺點卻是顯而易見的：結構穩定性差、使用壽命短、后期維護成本高、地基處理工藝復雜、施工周期長、現場監理難度大。
由于傳統支護結構的以上眾多弊端與不足，使得混凝土預制擋土支護樁在近幾年得到了廣泛應用，特別是在廣東、福建、上海、江蘇、浙江、山東、河北、天津等地，市場需求量正在逐年增長。
目前，在土木工程圍護結構領域，用作擋土支護工程材料的預制混凝土樁的種類較多，有預制實心方樁、空心方樁、壁體樁、平板樁、U型板樁及PCS空心支護樁等。由于預制混凝土樁采用工廠化生產，具有產品性能可靠、質量穩定耐久、施工快捷高效、工程造價經濟等顯著優點，故而近幾年在中小河流治理、市政排水、交通路基及建筑基坑支護工程中得到了廣泛的應用。其中以U型板樁與PCS空心支護樁最為常見。
本文就兩種支護樁型的技術性能進行研究，并以U-CS-600-Ⅲ型與PCS600(420)-C型兩種相同截面高度的樁型進行探析對比如下：
一、樁的截面形狀設計
U型板樁的截面呈倒“U”字板式形狀，PCS空心支護樁截面形狀上下對稱，根據“蜂巢狀”六邊形的原形，在兩側加設榫卯結合部優化設計而來，呈外多邊形中空管狀。詳見下圖：
另外，U型板樁的榫頭設計為梯形，卯槽與榫頭匹配，也設計為梯形槽，這樣的棱角結構要求嵌合精度極高，因此施工中樁身兩側的榫卯破損率很高，后期修補工程量及費用較大，也影響了整體觀感。另外，對于弧形或扇形轉角軸線的施工，轉角處樁與樁之間榫卯嵌合不良。而PCS空心支護樁的榫頭設計為半圓形，卯槽深度比榫頭高度小10mm~20mm, 形狀與榫頭匹配，以利拼接時嚙合緊密；其次，PCS支護樁的榫卯比U型板樁的榫卯尺寸大了50%，結構受力優于U型板樁，再者，這種榫深卯淺的設計，在兩樁拼接時榫卯兩側可以留出空間，樁間扭角為6°，故在弧線施工時仍保持良好的嵌固性，進而保證了樁墻的整體穩定性與擋土性能。示意如下：
一、結構配筋及力學性能
1、兩種樁型的結構配筋對比：
兩種樁的預應力主筋均采用1420MPa35級延性低松弛預應力混凝土用螺旋槽鋼棒（GB/T5223.3-2005,簡稱PC鋼棒）；非預應力縱向主筋均采用熱軋帶肋鋼筋（GB1499.2-2007）；U-CS-600-Ⅲ的橫向鋼筋采用熱軋光圓鋼筋(GB1499.1-2008);PCS 600(420)-C的環箍筋采用低碳鋼熱軋圓盤條（GB/T701）。具體的配筋規格與數量如下表：
2、兩種樁型的力學性能參數對比：
進行結構力學性能計算時，兩種樁型均采用結構等效原則，即截面面積、截面慣性矩、形心位置三等效，將結構等效為“工”形截面。力學性能計算結果對比如下表：
計算后可以得出：抗裂彎矩的計算數據方面PCS600(420)-C型比U-CS-600-Ⅲ型大出46KN?m，大出比率為16.14%；抗彎彎矩的計算數據方面PCS600(420)-C型比U-CS-600-Ⅲ型大出199KN?m，大出比率為52.96%；抗剪承載力設計值的計算數據PCS600(420)-C型比U-CS-600-Ⅲ型小20KN?m，小于比率為6.41%
。
一、生產技術工藝
U型板樁的生產是采用傳統的長線臺座法工藝，PCS空心支護樁采用的是機械自動化程度極高的流水機組法工藝（先進工藝），技術工藝水平差異較大，主要工藝操作對比如下：
綜合評價：傳統的長線臺座法采用人工綁扎成籠，工藝落后，機械化、自動化程度低，勞動力密集、產能工效低下，產品質量受人為因素影響較大。
一、產品應用與其它性能
1、鋼制樁尖的應用：根據工程設計要求需要，可在樁尖端可安裝鋼制樁尖，根據工程地質需要，可提供米字型、開口型及椎尖型三種鋼樁尖，安裝鋼樁尖后，能有效克服樁端堅硬土層，使樁尖端順利進入設計嵌固土層，具有良好的穿透性能；而U型板樁是無法實現鋼尖安裝的。
2、樁節垂直接樁的應用：可以通過采用配套的專用機械連接接頭安裝在接樁兩個端面的專用錨固件上進行PCS的樁節垂直拼接，接樁時在兩個接合端面上涂刷含有環氧基團的高份子材料，既可增強接樁處的粘接強度，又可保證接樁接頭部位的防腐。而U型板樁是無法進行接樁的。
3、樁身外觀質量控制：U型板樁由于采用傳統的臺座工藝，樁身表面不美觀，制作粗糙，氣泡和麻面較多；另外，由于采用敞口型鉸接式鋼模，開放式人工布料，操作的隨意度較大；加上模具反復開合使用后變形在所難免，故而產品外觀尺寸偏差較大、厚薄不均是一種質量常態。而PCS空心支護樁采用封閉式離心鋼模，產品成型精度極高，外觀尺寸標準，表面光潔完整。
二、施工安裝易施性
對于U型板樁來說，由于其截面形狀的“先天”固有因素，在打樁施工時，產品截面形心與打樁力心難以重合一致，垂直度較難控制，施打時經常出現偏心受力，導致樁身發生傾斜、爆頭、劈裂等現象；另外，樁身混凝土密實度低，輕微磕碰就會造成裂損，因此，為了減少與控制上述產品施工損傷，產品必須輕吊輕下，嚴防磕損，施工的速度必須放慢，大大降低了施工效果（單套設備日施工完成量為10-20根）。
而PCS空心支護樁的截面為閉環式中空管狀，上下左右對稱，樁的空心中點即形心點，與施工力心容易重合，施工垂直度較易控制；加上PCS支護樁的樁身砼強度高，密實度高，一般吊裝碰撞不會造成磕損，無須“精細伺候”，工效自然較高（單套設備每日可施打50-80根）。
三、工程適應性對比
PCS產品具有強度高、耐沖擊等特點，使用C60或C80強度等級的混凝土，采用振動式與沖擊法均可施工，輔以樁端射水沉樁工藝，能有效克服粘土及砂土層中樁端阻力，對于硬度較高的地質情況，可通過改進施工工藝的方式進行沉樁，如使用鋼制樁尖、機械引孔植樁、沖擊施工沉樁等，因此，PCS樁適用于除巖層外的大部分地質情況。
U型板樁仍然是因為樁身砼強度與砼密實度的因素，耐打性較差，穿層能力表現一般，對于較硬土層難以穿透而無法將樁底送至設計標高，因此，其工程適應性相對有限，地質適用面較窄。
【結語】：綜上所述，U型板樁與PCS空心支護樁均屬預應力混凝土預制樁，且都是用于抵抗水平荷載的受彎混凝土構件，但由于它們的生產工藝及產品截面形狀不同，所以在產品質量控制、結構性能、應用性能及工程適用性能等方面也存在較大的差異。PCS空心支護樁作為一種新型預制支護樁，它彌補了現有國內同類產品的性能缺陷，可積極推動產業升級，切合了當今混凝土建材工廠預制化生產、裝配式施工的大主題，符合國家可持續發展戰略，有利于資源節約，其綜合性能的明顯優勢，在未來的工程實踐中應該會得到充分驗證。
