鋼筋機(jī)械錨固技術(shù)在抗浮預(yù)制樁中的應(yīng)用

鐘凱強(qiáng)

中鐵十七局集團(tuán)建筑工程有限公司，山西 太原 030006

預(yù)制樁施工主要采用錘擊法和靜壓法，且目前預(yù)制樁生產(chǎn)多采用先張法預(yù)應(yīng)力樁，樁頂設(shè)置有樁帽，用于錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋和承受預(yù)制樁施打直接作用力。采用預(yù)制樁作為抗拔樁，需要樁基主筋錨入基礎(chǔ)內(nèi)，預(yù)制樁錨筋則需要破除樁頭，且對(duì)于預(yù)制樁采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)作為主筋，鋼絞線(xiàn)錨固力較小，需增加錨固長(zhǎng)度。鑒于以上特點(diǎn)，抗拔預(yù)制樁錨固引入鋼筋機(jī)械錨固技術(shù)，利用樁帽錨板作鋼筋錨固板，很好地解決了預(yù)制樁樁頭難破除、錨固鋼筋增加等問(wèn)題。

1 工程概況

某綜合管廊位于濱海吹填區(qū)，區(qū)域地層較軟，有液化現(xiàn)象，地下水位高。管廊地基設(shè)計(jì)采用預(yù)制方樁進(jìn)行地基加固處理，并做抗浮樁使用。預(yù)制樁為尺寸為400mm×400mm的預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心方樁，樁基為混凝土C60，主筋采用12根直徑為12.6mm的預(yù)應(yīng)力鋼筋，箍筋采用直徑為5mm的鋼絲，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為9m，單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=800kN，單樁抗拔力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值Tuk=100kN。樁端入持力層中砂厚度≥2m，樁頂嵌入管廊底板深度為50mm。

2 鋼筋錨固板設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

鋼筋機(jī)械錨固技術(shù)是將螺帽與墊板合二為一的錨固板通過(guò)螺紋與鋼筋端部相連形成的錨固裝置。其作用機(jī)理是鋼筋的錨固力全部由錨固板承擔(dān)或錨固板和鋼筋的黏結(jié)力共同承擔(dān)。結(jié)合該技術(shù)的應(yīng)用、預(yù)制樁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及生產(chǎn)工藝，將預(yù)制樁樁帽錨板優(yōu)化制作成鋼筋連接錨板，用于預(yù)制樁與伸入基礎(chǔ)內(nèi)錨固鋼筋的連接。該連接裝置和方式必須使錨固鋼筋與樁帽錨板連接作用力大于抗拔樁承載力，才能滿(mǎn)足使用要求。

2.2 錨墊板設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，每根預(yù)制樁抗拔力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值Tuk=100kN，承載力要求分析連接裝置受力情況，并進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算，該連接裝置從上到下依次為錨固鋼筋、錨墊板、預(yù)制樁主筋。解析結(jié)構(gòu)組成，并進(jìn)行力學(xué)分析如下：抗拔樁設(shè)計(jì)抗拔力方向沿樁身豎直向上，抗拔力最先作用于錨固鋼筋上，拉力通過(guò)錨固鋼筋傳至錨固鋼筋與錨墊板連接處，通過(guò)螺紋連接將拉力傳給錨墊板，錨墊板承受拉力主要形成剪切應(yīng)力，并通過(guò)與樁基主筋錨固分散傳入預(yù)制樁樁身。考慮該工程預(yù)制樁單樁豎向抗拔承載力設(shè)計(jì)值較小，確定錨固鋼筋采用8根直徑為16mm的螺紋鋼筋，錨墊板結(jié)合預(yù)制樁生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，采用Q235鋼板。

（1）各部件承載力驗(yàn)算。根據(jù)各部位受力情況分析，要滿(mǎn)足抗拔設(shè)計(jì)要求，錨固鋼筋、預(yù)制樁主筋應(yīng)滿(mǎn)足承載力要求。錨固鋼筋采用HRB400鋼筋，錨固鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fyk=400N/mm2，考慮鋼筋螺紋連接，按標(biāo)準(zhǔn)要求剝肋有效直徑取15.1mm。

式中：σ1為錨固鋼筋受拉應(yīng)力；F1為單根錨固鋼筋承受拉力，F(xiàn)1=Tuk÷n（n為鋼筋根數(shù)）；S1為受拉鋼筋有效截面面積。

驗(yàn)算得σ1=69.83N/mm2＜fyk=400N/mm2，滿(mǎn)足要求。

預(yù)制樁預(yù)應(yīng)力鋼筋直徑為12.6mm，預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fptk=1420N/mm2，有效截面面積取公稱(chēng)面積125mm2。

式中：σ2為預(yù)制樁預(yù)應(yīng)力鋼筋受拉應(yīng)力；F2為單根預(yù)制樁預(yù)應(yīng)力鋼筋承受拉力，F(xiàn)2=Tuk÷n（n=12）；S2為受拉預(yù)制樁預(yù)應(yīng)力鋼筋有效截面面積。

驗(yàn)算得σ2=66.7N/mm2＜fptk=1420N/mm2，滿(mǎn)足要求。

（2）錨板厚度設(shè)計(jì)。根據(jù)力學(xué)分析，錨板厚度需同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)條件：一是滿(mǎn)足自身抗剪強(qiáng)度要求，二是滿(mǎn)足鋼筋螺紋連接長(zhǎng)度要求。

滿(mǎn)足錨板抗剪強(qiáng)度的鋼板厚度t1的計(jì)算。由于預(yù)制樁采用先張法生產(chǎn)，即預(yù)制樁生產(chǎn)過(guò)程中預(yù)應(yīng)力鋼筋已張拉至設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且錨固位置均勻分布于錨板四周，為保證受力均勻，后錨固鋼筋連接點(diǎn)分布于預(yù)制樁預(yù)應(yīng)力鋼筋之間，使錨板受力均勻。受力計(jì)算按照錨板上下等效計(jì)算。錨板采用Q235鋼板，抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fv=125N/mm2，鋼板中間割除直徑為250mm的圓，鋼板橫截面面積最小錨固鋼筋間距Bp=296mm，取鋼板抗剪截面有效面積長(zhǎng)度L=Bp-D=46mm。

式中：v為鋼板承受剪切力；t1為鋼板厚度。

由于v≤Tuk，計(jì)算得t1≥17.4mm。

滿(mǎn)足鋼筋螺紋連接厚度t2的計(jì)算。鋼筋螺紋連接長(zhǎng)度（鋼板厚度）滿(mǎn)足錨固要求，根據(jù)國(guó)標(biāo)鋼筋套筒要求，不同直徑鋼筋螺紋連接的螺紋尺寸有基本規(guī)定。采用普通三角形螺紋牙，將螺紋展開(kāi)按三棱柱尺寸作近似計(jì)算，依據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，得到：

式中：P為螺紋間距；d為螺紋大徑；d1為螺紋小徑；h為螺紋工作高度；b為螺紋牙底寬度。

螺紋承受靜力荷載，為單向受彎構(gòu)件，考慮螺紋受力不均勻等情況，采取修整系數(shù)γ=5P÷d,螺紋彎曲應(yīng)力計(jì)算如下：

式中：Z為螺紋工作牙圈數(shù)；F為軸向拉力。

錨板材質(zhì)與錨固鋼筋材質(zhì)不同，選取強(qiáng)度較小的錨墊板進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)規(guī)定，直徑為16mm的螺紋鋼絲頭螺距P=2mm，考慮剪切力效應(yīng)，由σ≤fv計(jì)算取整得Z≥4，即滿(mǎn)足鋼筋螺紋長(zhǎng)度的錨板厚度t2≥8mm。

錨板厚度確定。通過(guò)計(jì)算，錨板厚度必須同時(shí)滿(mǎn)足t1、t2的要求，考慮機(jī)械錨固連接鋼筋絲頭加工的精度、安裝誤差等對(duì)鋼筋和錨板連接質(zhì)量的影響，在滿(mǎn)足理論驗(yàn)算的基礎(chǔ)上，增加2圈螺紋，確定錨板厚度t=22mm。

2.3 錨板加工

預(yù)制樁樁帽錨板由預(yù)制樁生產(chǎn)廠家根據(jù)設(shè)計(jì)要求在工廠定制生產(chǎn)，加工應(yīng)注意以下內(nèi)容：（1）錨板幾何尺寸按設(shè)計(jì)加工，厚度尺寸誤差為正誤差；（2）錨板錨固孔應(yīng)采用機(jī)械自動(dòng)加工，保證其精度，兩相鄰孔之間的距離偏差不得＞0.5mm；（3）錨固鋼筋錨固孔加工應(yīng)按照《鋼筋錨固板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ 256—2011）技術(shù)要求進(jìn)行，螺紋規(guī)格要符合國(guó)標(biāo)要求；（4）加工好的錨板應(yīng)進(jìn)行防腐處理，鋼筋錨固孔要做好保護(hù)和防銹。

3 預(yù)制樁錨固鋼筋安裝

3.1 預(yù)制樁生產(chǎn)

預(yù)制樁在預(yù)制場(chǎng)集中加工生產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)格按照預(yù)制樁生產(chǎn)工藝進(jìn)行，生產(chǎn)過(guò)程控制還應(yīng)注意以下三點(diǎn)：（1）在進(jìn)行樁帽錨板安裝時(shí)，要嚴(yán)格控制錨板安裝精度，保證錨板頂平面與樁身中線(xiàn)垂直；（2）采用先張法進(jìn)行樁身主筋張拉，控制張拉力應(yīng)均勻施加，張拉應(yīng)力要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；（3）預(yù)制樁生產(chǎn)過(guò)程中，鋼筋錨固孔要采用有效措施進(jìn)行保護(hù)，防止污染或堵塞。

3.2 預(yù)制樁施工

預(yù)制樁進(jìn)場(chǎng)后，應(yīng)對(duì)預(yù)制樁進(jìn)行檢查驗(yàn)收，確保施打預(yù)制樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，檢查合格后準(zhǔn)許進(jìn)行沉樁施工。預(yù)制樁應(yīng)嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行施工，保證沉樁和樁頭質(zhì)量。預(yù)制樁沉樁完成后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行樁頂剩余土層清理，對(duì)有銹蝕錨板進(jìn)行除銹，再次進(jìn)行防腐防銹蝕處理。

3.3 錨固鋼筋加工

錨固鋼筋加工與一般鋼筋機(jī)械連接絲頭加工工藝相同，根據(jù)錨固長(zhǎng)度采用砂輪機(jī)或帶鋸進(jìn)行鋼筋切割，切割面平整；按照對(duì)應(yīng)鋼筋大小更換刀片，調(diào)整絲頭加工內(nèi)孔尺寸，嚴(yán)格按照國(guó)標(biāo)尺寸進(jìn)行加工；絲頭加工長(zhǎng)度應(yīng)在設(shè)計(jì)計(jì)算錨孔深度基礎(chǔ)上增加1P長(zhǎng)度。

3.4 錨固鋼筋安裝

錨固鋼筋安裝采用管鉗扳手?jǐn)Q緊，鋼筋絲頭應(yīng)在錨孔中央位置相互頂緊，外漏絲扣不超過(guò)2P；鋼筋安裝后應(yīng)用扭力扳手校核擰緊扭矩，最小扭矩要符合規(guī)范要求。

4 樁基抗拔力檢測(cè)

樁基抗拔力用單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)采用慢速維持荷載法。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，裝配式建筑正蓬勃發(fā)展，預(yù)制樁的使用將更加廣泛。工程施工過(guò)程中，針對(duì)預(yù)制抗拔樁節(jié)點(diǎn)的處理問(wèn)題，引入和采用了鋼筋機(jī)械錨固新技術(shù)，簡(jiǎn)化了預(yù)制樁樁基錨固方式，既解決了預(yù)制樁樁頭破除處理難題，又在節(jié)約成本、縮短工期上起到了很好的效果，同時(shí)也保證了樁基的使用效果。