TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形管樁的施工技術(shù)

文 杰 唐 云 萬展君 史 朋 龔 達

中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204

1 工程概況

某項目位于上海市浦東新區(qū)張江總部園區(qū)南部B5-04地塊，總占地面積28 339.3 m2，總建筑面積123 611.36 m2，其中，地上建筑面積80 631.36 m2、地下建筑面積42 980.0 m2。項目樁基設(shè)計等級為甲級、地基基礎(chǔ)安全等級為二級，項目工程樁采用TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形管樁。樁基平面如圖1所示。

圖1 樁基平面示意

2 樁型簡介

TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁（下稱“螺鎖式異形樁”）外形如圖2所示；其樁表面?zhèn)认蛟O(shè)置橫向肋或同時設(shè)置橫向及縱向肋，樁連接時上樁端下伸螺栓露出和下樁頂內(nèi)凹鎖扣連接，并在連接面使用專用材料密封，可減少端板鐵件外露和孔內(nèi)外污水對鐵件產(chǎn)生的腐蝕。與傳統(tǒng)樁連接工藝相比，避免了焊接對鋼棒鍛頭和樁端部混凝土造成的再次損傷。通過機械連接件的張拉螺母和錨固鋼筋之間的螺栓連接，使樁身縱向受力鋼筋錨入承臺，方便施工，符合GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁與承臺連接的規(guī)定，確保工程質(zhì)量。連接件組成如圖3所示。

圖2 螺鎖式異形樁外形

圖3 TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形管樁連接件構(gòu)造

螺鎖式異形樁的凹凸外形提高了樁的側(cè)摩阻力，與同截面尺寸的圓形或方形樁相比，側(cè)摩阻力可提高10%～30%。

3 優(yōu)勢分析

工程樁基施工時，采用普通管樁施工一般都能縮短工期，有較好的經(jīng)濟效益。但普通管樁的抗震性能、耐腐蝕性和抗拔效果均較差，導(dǎo)致有較大的偏位、折斷的風(fēng)險，且焊接耗時耗力，焊接后接頭仍然容易松動或開裂。在軟土地基工程應(yīng)用當(dāng)中，普通預(yù)應(yīng)力混凝土管樁還存在以下主要問題[1]：地質(zhì)條件復(fù)雜，成樁困難；樁身接頭耐久性不足；樁身與承臺的連接無法滿足質(zhì)量要求；生產(chǎn)過程中易因材料質(zhì)量不合格而導(dǎo)致樁身質(zhì)量達不到標準。

針對上述普通預(yù)應(yīng)力混凝土管樁問題，螺鎖式異形樁都能有效解決，分析如下：

1）面對復(fù)雜的地質(zhì)條件，螺鎖式異形樁在設(shè)計生產(chǎn)時沿著樁身外壁設(shè)置若干個環(huán)形凸肋，環(huán)形凸肋間距1～3 m，并在環(huán)形凸肋間隔中均勻加設(shè)數(shù)條縱肋來連接環(huán)形凸肋。環(huán)形凸肋有效強化了樁身的摩擦性能，增加了管樁的有效橫截面積，進一步提高了管樁的負荷性能，降低了施工難度，提高了管樁的品質(zhì)。

2）螺鎖式異形樁的連接方式不是焊接而是采用特殊的機械連接。因取消傳統(tǒng)端板焊接而采用特殊的防腐密封機械連接裝置可以進一步提高其耐久性，同時有效避開了焊接工藝弊端，進一步保證樁身完整性，并且和傳統(tǒng)焊接相比更加環(huán)保和節(jié)省資源，合理地節(jié)省了管樁施工成本，從源頭上減少管樁工程質(zhì)量事故。

3）螺鎖式異形樁首先通過預(yù)制螺母將錨固鋼筋直接與樁體連接，然后伸入承臺與承臺連接，可減少樁芯灌漿的混凝土澆筑量。另外，錨固鋼筋直接與樁連接，放入承臺。承臺受力，由錨固鋼筋直接傳遞至樁體，保證樁身和承臺的連接質(zhì)量。

4）螺鎖式異形樁的材料使用必須符合T/SCDA 030—2019《TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁》的規(guī)定：比如大、小螺母及錨固螺母應(yīng)采用不低于25#碳素結(jié)構(gòu)鋼或性能相同的鋼。樁用密封材料的環(huán)氧樹脂及固化劑應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準GB/T 13657—2011《雙酚A型環(huán)氧樹脂》的規(guī)定。在生產(chǎn)過程中嚴格控制和使用符合要求的材料，保證樁的質(zhì)量達到標準。

從施工角度來看，與通常的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁相比，螺鎖式異形樁還有以下優(yōu)點：

1）接樁施工速度快，大大縮短成樁工期。一般的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁主要采用焊接。一個接頭焊接所需的時間是10～15 min，焊縫自然冷卻到合適的溫度后再沉樁。而螺鎖式異形樁接樁采用特殊機械連接，僅需3～5 min即可完成連接，成倍地提高施工速度。

2）樁身軸心受壓、受拉承載力高。根據(jù)10G409《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》圖集，管樁根據(jù)樁混凝土的有效預(yù)壓應(yīng)力值分為A型（4 MPa）、AB型（6 MPa）、B型（8 MPa）、C型（10 MPa）。T/SCDA 030—2019《TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異型樁》規(guī)范說明螺鎖式異形管樁按混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力分為B型（6.0 MPa）、C型（8.0 MPa）、D型（10 MPa）和E型（12 MPa）；JGJ/T 405—2017《預(yù)應(yīng)力混凝土異型預(yù)制樁技術(shù)規(guī)程》說明異形管樁按混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力值分為A型（4 MPa）、AB型（6 MPa）、B型（8 MPa）和C型（10 MPa）。

在樁身同等外徑，所用混凝土強度等級相同的情況下，樁身軸心受壓承載力設(shè)計值比較如圖4所示，樁身軸心受拉承載力設(shè)計值比較如表1所示，TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形管樁軸心受壓，受拉承載力明顯高于普通預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，大約為20%。

圖4 管樁與異形樁軸心受壓承載力對比

表1 普通預(yù)應(yīng)力管樁與TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁軸心受拉承載力對比

3）節(jié)約混凝土，節(jié)約資源，節(jié)約人工成本。500-460（100）型號的TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁沿著樁身外壁設(shè)置若干個環(huán)形凸肋，環(huán)形的肋條間距為1～3 m，且在環(huán)形的肋條間距上均勻加入幾根肋條，連接環(huán)形的肋條。現(xiàn)以同等外徑500 mm、壁厚100 mm為例，在同等樁長46 m的情況下，1根TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁比普通預(yù)應(yīng)力混凝土管樁能省大約0.7 m3的C80混凝土。因此可以大大地減少使用的混凝土材料，節(jié)約資源。

另外，普通預(yù)應(yīng)力混凝土管樁通常采用焊接的方式接樁。這種接樁方式雖然工藝簡單，但在施工過程中焊接人員往往不能有效執(zhí)行，焊接質(zhì)量無法保證。在沉樁的施工過程中，管樁接頭會承受上千次拉壓往復(fù)應(yīng)力，若焊接環(huán)節(jié)存在缺陷或不足，則極有可能造成接頭松動或開裂，給工程帶來質(zhì)量不合格等隱患；但TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁開發(fā)的新型機械連接方式可有效保證該樁的連接剛性、牢固，接樁施工相對快速；同時樁端涂抹環(huán)氧樹脂和固化劑制成的密封材料，保證樁端接頭有足夠的耐久性，節(jié)省了大量的人工成本。

4 施工流程

TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形管樁在本工程項目中的工藝流程如圖5所示。

圖5 TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁施工工藝流程

本項目預(yù)制樁主要為T-PHC-C500-460（130），入土深度為47 m，有效樁長為46 m，根據(jù)場區(qū)地層條件和施工經(jīng)驗，采用靜壓法施工工藝。靜壓施工如圖6所示。

圖6 靜壓法施工示意

施工流程主要步驟如下：

1）靜壓施工前應(yīng)完成現(xiàn)場“三通一平”的工作，方便后續(xù)設(shè)備進場；提前規(guī)劃出樁材堆放場地，并要求平整牢固，無不均勻沉陷，且遵循樁堆放層數(shù)最多3層的原則；樁堆放時應(yīng)采取有效措施防止樁滾動；清除地下和空間障礙物；保證工地周圍排水暢通；明確吊樁時吊點處必須要有支點，且上下支點應(yīng)垂直對齊。

2）單點吊樁的情況下，繩子連接到樁端0.29L（L為樁的長度）。樁直掛后將其吊入樁機夾樁孔內(nèi)扶正就位，然后以樁位為直角點，沿兩射線邊放2臺經(jīng)緯儀，從正面和側(cè)面觀測樁的垂直度，精度控制在0.5%內(nèi)，特別是第1節(jié)樁垂直度應(yīng)控制在0.3%內(nèi)，確保其垂直導(dǎo)向效果。

3）打樁速度不能超過3 m/min。把樁沉入土內(nèi)2 m左右，用經(jīng)緯儀觀測樁身和樁架是否垂直；如果樁的平臺符合水平標準，則可正常沉樁。打樁遇到堅硬的土層時，中間不能有停頓。樁端進入持力層時，已達到確定的樁力，但未達到設(shè)計標高時，應(yīng)保壓1～2 min。

4）接樁時上樁端下伸螺栓露出和下樁頂內(nèi)凹鎖扣連接。將下樁沉樁至下樁頂高于地面0.8～1.0 m處，方可進行接樁。接樁前檢查樁兩端的連接卡扣件，扣件無損壞方可施工。在樁端連接面上涂抹足夠的專用材料密封并防腐。轉(zhuǎn)動上樁直到控制好上樁露出的螺栓與下樁內(nèi)凹鎖扣的軸線在同一條直線上，再緩緩插入，樁之間不得有碰撞。

5）送樁時的軸線必須與樁的軸線一致。然后，用涂漆在樁進給器上明示施工的進給樁的深度，將樁正確地施工到設(shè)計標高。樁下沉接近設(shè)計的標高時，不能提前停止。

5 結(jié)語

針對普通預(yù)應(yīng)力管樁在沿海軟土地基工程施工中出現(xiàn)的主要問題，工程所用TZ螺鎖式連接預(yù)應(yīng)力混凝土異形樁采取了有效構(gòu)造措施加以避免，可安全運用于沿海軟土地區(qū)等復(fù)雜地質(zhì)；開發(fā)的新型機械連接方式可有效保證樁的連接剛性、牢固，接樁施工相對快速。接樁時樁端涂抹環(huán)氧樹脂和固化劑制成的密封材料，保證樁端接頭有足夠的耐久性；通過預(yù)制螺母將錨固鋼筋直接與樁體連接，然后伸入承臺與承臺連接，可減少樁芯灌漿的混凝土澆筑量。

[1] 張能欽.預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁承載性能研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2016.