緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁在抗浮樁選型及施工中的優(yōu)勢(shì)

湯亮，李聰聰，袁龍彬，唐明成，楊高勇，徐紅橋

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司，廣東珠海 519000）

1 工程概況

珠海機(jī)場(chǎng)綜合交通樞紐項(xiàng)目一期工程，以地下建筑為主，僅局部設(shè)有兩層地上建筑，地上建筑面積約1.96×104m2。本工程場(chǎng)地內(nèi)穩(wěn)定水面埋深介于0.83～2.20 m，初見(jiàn)水位埋深介于0.95～2.40 m。本工程地下室底板位于地面以下10 m。由于本工程地下水位高，地下建筑埋深大，且地上建筑體量遠(yuǎn)小于地下建筑，在考慮建筑基礎(chǔ)形式時(shí)，需重點(diǎn)考慮抗浮措施，防止建筑因地下水的浮力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

2 樁基選型

方案一：靜壓預(yù)應(yīng)力管樁

結(jié)合本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)及荷載的特點(diǎn)，若采用預(yù)應(yīng)力管樁，樁徑為500 mm、樁長(zhǎng)30 m，管樁間距2 100 mm。

預(yù)應(yīng)力管樁屬于擠土樁，沉樁時(shí)樁周土體易被壓密或擠開(kāi)，使土體產(chǎn)生水平位移或隆起，可能造成臨近已壓入的樁產(chǎn)生上浮、樁位偏移。通過(guò)對(duì)類(lèi)似密度的管樁項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)研得知，抬土高度甚至能達(dá)到1 m。本工程場(chǎng)地北側(cè)臨近地鐵區(qū)域，受地鐵影響敏感區(qū)域長(zhǎng)度680 m，寬度34 m，面積為23 210 m2，顯然預(yù)應(yīng)力管樁不適合本項(xiàng)目[1]。

方案二：鉆孔灌注樁

本工程地處填海區(qū)，地下水含鹽量高，JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，處于腐蝕介質(zhì)中的樁基，應(yīng)控制樁基不出現(xiàn)裂縫。采用鉆孔灌注樁，為滿(mǎn)足抗拔樁的抗裂要求，灌注樁需增加鋼筋數(shù)量，而且為確保鋼筋全部布下及滿(mǎn)足構(gòu)造最小鋼筋間距，從而加大樁身截面尺寸，不利于節(jié)材[2]。

若本項(xiàng)目采用鉆孔灌注樁，根據(jù)本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)及荷載的情況，灌注樁樁徑應(yīng)為1 200～1 800 mm，樁長(zhǎng)35 m（從承臺(tái)底標(biāo)高算），如樁徑1 800 mm 樁身通長(zhǎng)縱向鋼筋采用37 條HRB400 直徑36 mm 的鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，樁端進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖3 m。

方案三：緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁是將緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋綁扎在樁身豎向普通鋼筋內(nèi)側(cè)，張拉固定端設(shè)置于樁身底部、張拉端設(shè)置于樁頂部。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)可充分發(fā)揮高強(qiáng)度鋼筋的抗拉性及高強(qiáng)混凝土的抗壓性，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受荷載作用前，先人為地對(duì)灌注樁施加一定壓力，由此產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)用以減小或抵消外荷載所引起的拉應(yīng)力，即借助混凝土較高的抗壓強(qiáng)度來(lái)彌補(bǔ)其抗拉強(qiáng)度的不足，達(dá)到推遲受拉區(qū)混凝土開(kāi)裂的目的。

根據(jù)計(jì)算，本項(xiàng)目若采用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁方案，樁徑分別為1 100～1 600 mm、樁長(zhǎng)30 m（承臺(tái)底標(biāo)高算），樁端進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖2.5 m，預(yù)應(yīng)力筋采用21.8 mm 規(guī)格高強(qiáng)耐磨緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)。緩凝粘合劑的標(biāo)準(zhǔn)張拉適用期為300 d，標(biāo)準(zhǔn)固化時(shí)間為900 d，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)須在張拉適用期內(nèi)完成張拉[3]。

高強(qiáng)耐磨緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋是由鋼絞線(xiàn)、外涂緩粘結(jié)膠粘劑和外包PE 組成。外包PE 表面必須有橫肋與縱肋，21.8 mm規(guī)格緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋橫肋肋高不得低于2.1 mm，肋槽深不得低于1.9 mm。肋中緩凝粘合劑充盈。高強(qiáng)耐磨緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)縱肋為4 條，兩條主縱肋，兩條副縱肋。主縱肋沿長(zhǎng)度方向連續(xù)、均勻。副縱肋沿長(zhǎng)度方向在凹部間斷。21.8 mm 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋重量為2.95 kg/m，采用直徑為21.8 mm 高強(qiáng)低松馳鋼絞線(xiàn)，極限抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fptk=1 860 MPa，彈性模量Ep＝195 GPa。具體緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁樁表

選用預(yù)應(yīng)力管樁樁徑500 mm，樁長(zhǎng)30 m，經(jīng)測(cè)算工程造價(jià)約2 400 元/m2，由于本項(xiàng)目北側(cè)臨近地鐵施工區(qū)域，為避免影響后續(xù)地鐵施工，預(yù)應(yīng)力管樁不予采用。

鉆孔灌注樁樁徑最大為1 800 mm，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁樁徑最大為1 600 mm。以鉆孔灌注樁樁徑1 800 mm 對(duì)比緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁樁徑1 600 mm 為例，樁徑1 800 mm 的鉆孔灌注樁，樁身通長(zhǎng)縱向鋼筋鋼材用量295.63 kg/m，樁長(zhǎng)預(yù)估35 m，工程造價(jià)2 140 元/m2。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁樁徑1 600 mm、樁身通長(zhǎng)縱向鋼筋鋼材用量138.37 kg/m，樁長(zhǎng)30 m，工程造價(jià)1 554 元/m2。

綜上所述，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁最適合本項(xiàng)目。

3 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁施工工藝流程

測(cè)量放線(xiàn)→護(hù)筒埋設(shè)→樁機(jī)旋挖成孔→泥漿護(hù)壁→鋼筋籠及預(yù)應(yīng)力筋制作→鋼筋籠吊放→預(yù)應(yīng)力筋安裝→清孔→水下混凝土澆筑→土方開(kāi)挖及樁頭破除→預(yù)埋預(yù)應(yīng)力張拉端→預(yù)應(yīng)力張拉→封錨。

4 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁施工要點(diǎn)

4.1 預(yù)應(yīng)力筋下料

由于本項(xiàng)目緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁鋼筋籠采用分段制作及安裝，為減少預(yù)應(yīng)力筋連接器的安裝時(shí)間，預(yù)應(yīng)力筋采用通長(zhǎng)布置無(wú)須接頭。鋼絞線(xiàn)下料長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)、張拉操作長(zhǎng)度、固定端位置綜合確定，下料長(zhǎng)度=預(yù)應(yīng)力筋在構(gòu)件內(nèi)的投影長(zhǎng)度+張拉時(shí)操作長(zhǎng)度。

4.2 安裝預(yù)應(yīng)力筋固定端組件

預(yù)應(yīng)力筋下料后，于鋼絞線(xiàn)端部安裝固定端組件，錨固段端部涂刷防腐油脂，張拉端和固定端錨具與承壓板須可靠抵靠，并須保持張拉作用線(xiàn)與承壓板面垂直。固定端需分散布置，一半數(shù)量設(shè)置在設(shè)計(jì)樁底以上1.0 m 處，另一半數(shù)量布置在設(shè)計(jì)樁底以上1.5 m 處，上下層固定端相互錯(cuò)開(kāi)。以上材料制作完成后，標(biāo)記長(zhǎng)度、使用位置等，并按規(guī)格堆放備用。

4.3 預(yù)應(yīng)力筋安裝

樁身預(yù)應(yīng)力筋縱向布置如圖1 所示。

圖1 樁身預(yù)應(yīng)力筋縱向布置示意圖

4.3.1 樁底部預(yù)應(yīng)力筋安裝

鋼筋籠吊裝前，對(duì)全部緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行檢查，若緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的護(hù)套有破損，則及時(shí)以黃油涂覆并用膠帶裹覆。

鋼筋籠吊放入孔時(shí)，采用鋼管橫跨在樁基口上。首先，將預(yù)應(yīng)力筋由鋼筋籠端部以上4 m 位置沿外側(cè)穿入鋼筋籠內(nèi)側(cè)；然后，下放至樁底部以上1 m、1.5 m 位置（預(yù)應(yīng)力筋端部需分散布置，一半數(shù)量設(shè)置在設(shè)計(jì)樁底以上1.0 m 處，另一半數(shù)量布置在設(shè)計(jì)樁底以上1.5 m 處，上下層固定端相互錯(cuò)開(kāi)）；待預(yù)應(yīng)力筋下放至樁底部位置時(shí)，綁扎于鋼筋籠豎向縱筋處，綁扎間距≤1 m。隨后，采用吊車(chē)將鋼筋籠提升一定高度后綁扎固定端。同時(shí)張拉端和固定端錨具與承壓板須可靠抵靠，并須保持張拉作用線(xiàn)與承壓板面垂直。

4.3.2 樁中間段預(yù)應(yīng)力筋綁扎

待鋼筋籠底部預(yù)應(yīng)力筋固定端綁扎完成后，采用吊車(chē)下放鋼筋籠至設(shè)計(jì)標(biāo)高處，預(yù)應(yīng)力筋沿鋼筋籠外側(cè)螺旋箍筋布置，間隔1.0 m 綁扎于豎向縱筋處。

4.3.3 樁頂部預(yù)應(yīng)力筋綁扎

樁頂以下4 m 范圍需將預(yù)應(yīng)力筋由鋼筋籠螺旋箍筋外側(cè)穿入至鋼筋籠內(nèi)側(cè)，沿鋼筋籠加勁箍筋內(nèi)側(cè)綁扎至樁頂部。

4.3.4 樁頂部預(yù)留張拉槽

待預(yù)應(yīng)力筋沿樁身鋼筋籠綁扎完成后，樁頂部位置需采用泡沫板預(yù)留張拉槽便于后期張拉時(shí)安裝承壓板下部平整。

4.3.5 預(yù)應(yīng)力筋張拉端安裝保護(hù)套管

為防止后期樁頭破除過(guò)程中破壞預(yù)應(yīng)力筋，需在樁頂部超灌部位安裝硬質(zhì)量PVC 管，管內(nèi)孔隙部位采用發(fā)泡膠填充，管端部采用膠帶纏繞密封，同時(shí)管外壁進(jìn)行泡沫塑料片包裹。

4.4 安裝預(yù)應(yīng)力筋張拉端組件

預(yù)應(yīng)力筋張拉端組件安裝需待樁頭破除后、張拉預(yù)留槽清理后，由下至上依次進(jìn)行螺旋筋、承壓板、夾片錨安裝，具體做法如圖2 所示。

圖2 張拉端組件安裝示意圖

4.5 預(yù)應(yīng)力筋張拉

預(yù)應(yīng)力樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后（以同條件混凝土試塊的試驗(yàn)報(bào)告為準(zhǔn)），方可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力為σcon=0.7fptk=1 302 MPa。預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)采取雙控法，即控制張拉力的同時(shí)校核預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長(zhǎng)值。實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值偏差超過(guò)±6%時(shí)應(yīng)暫停張拉，查明原因并采取措施予以調(diào)整后方可繼續(xù)張拉；預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)應(yīng)逐根填寫(xiě)預(yù)應(yīng)力筋張拉記錄表；預(yù)應(yīng)力筋的張拉宜對(duì)稱(chēng)進(jìn)行。在環(huán)境溫度低于20 ℃進(jìn)行緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)，應(yīng)采用持荷超張拉方式，預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力從零張拉至1.05σcon，并應(yīng)在持荷一定時(shí)間后進(jìn)行錨固。當(dāng)溫度高于20 ℃時(shí)可不持荷超張拉；當(dāng)溫度低于5 ℃需要進(jìn)行張拉時(shí)，宜配備緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)專(zhuān)用電加熱機(jī)對(duì)緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)進(jìn)行加熱后張拉。

4.6 封錨

張拉后，應(yīng)將錨具外露的預(yù)應(yīng)力筋預(yù)留不少于預(yù)應(yīng)力筋1.5 倍或30 mm 長(zhǎng)度后將多余部分采用無(wú)齒鋸或機(jī)械切斷機(jī)方法切斷，擦去油脂后用與樁身混凝土同強(qiáng)度的灌漿料或細(xì)石混凝土進(jìn)行封堵。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，由于本項(xiàng)目北側(cè)臨近地鐵施工區(qū)域，為避免影響后續(xù)地鐵施工，故預(yù)應(yīng)力管樁不予采用；同時(shí)普通灌注樁樁身截面較大、鋼筋數(shù)量過(guò)多、費(fèi)用高不經(jīng)濟(jì)；緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁樁身采用抗拉強(qiáng)度高于普通HRB400 鋼筋5 倍的預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)，可節(jié)省鋼材用量50%以上，同時(shí)樁身截面小、工程造價(jià)費(fèi)用低、與普通灌注樁施工進(jìn)度相符，有利于節(jié)能減排。