文 杰 唐 云 萬(wàn)展君 史 朋 龔 達(dá)

中國(guó)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(xiàng)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(xiàng)目樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)、地基基礎(chǔ)安全等級(jí)為二級(jí)，項(xiàng)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(jiǎn)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(shí)設(shè)置橫向及縱向肋，樁連接時(shí)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(duì)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(duì)鋼棒鍛頭和樁端部混凝土造成的再次損傷。通過(guò)機(jī)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(tái)，方便施工，符合GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔樁與承臺(tái)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(shì)分析

工程樁基施工時(shí)，采用普通管樁施工一般都能縮短工期，有較好的經(jīng)濟(jì)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(xiǎn)，且焊接耗時(shí)耗力，焊接后接頭仍然容易松動(dòng)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(wèn)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(tái)的連接無(wú)法滿足質(zhì)量要求；生產(chǎn)過(guò)程中易因材料質(zhì)量不合格而導(dǎo)致樁身質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。

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

1）面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件，螺鎖式異形樁在設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)沿著樁身外壁設(shè)置若干個(gè)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(lái)連接環(huán)形凸肋。環(huán)形凸肋有效強(qiáng)化了樁身的摩擦性能，增加了管樁的有效橫截面積，進(jìn)一步提高了管樁的負(fù)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(jī)械連接。因取消傳統(tǒng)端板焊接而采用特殊的防腐密封機(jī)械連接裝置可以進(jìn)一步提高其耐久性，同時(shí)有效避開了焊接工藝弊端，進(jìn)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(guò)預(yù)制螺母將錨固鋼筋直接與樁體連接，然后伸入承臺(tái)與承臺(tái)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(tái)。承臺(tái)受力，由錨固鋼筋直接傳遞至樁體，保證樁身和承臺(tái)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13657—2011《雙酚A型環(huán)氧樹脂》的規(guī)定。在生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格控制和使用符合要求的材料，保證樁的質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

從施工角度來(lái)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(diǎn)：

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(gè)接頭焊接所需的時(shí)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(jī)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(shuō)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(shuō)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(qiáng)度等級(jí)相同的情況下，樁身軸心受壓承載力設(shè)計(jì)值比較如圖4所示，樁身軸心受拉承載力設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)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(hào)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(gè)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?，F(xiàn)以同等外徑500 mm、壁厚100 mm為例，在同等樁長(zhǎng)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(jiǎn)單，但在施工過(guò)程中焊接人員往往不能有效執(zhí)行，焊接質(zhì)量無(wú)法保證。在沉樁的施工過(guò)程中，管樁接頭會(huì)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(dòng)或開裂，給工程帶來(lái)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(jī)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(duì)快速；同時(shí)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(xiàng)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(xiàng)目預(yù)制樁主要為T-PHC-C500-460（130），入土深度為47 m，有效樁長(zhǎng)為46 m，根據(jù)場(chǎng)區(qū)地層條件和施工經(jīng)驗(yàn)，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(chǎng)“三通一平”的工作，方便后續(xù)設(shè)備進(jìn)場(chǎng)；提前規(guī)劃出樁材堆放場(chǎng)地，并要求平整牢固，無(wú)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(shí)應(yīng)采取有效措施防止樁滾動(dòng)；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(shí)吊點(diǎn)處必須要有支點(diǎn)，且上下支點(diǎn)應(yīng)垂直對(duì)齊。

2）單點(diǎn)吊樁的情況下，繩子連接到樁端0.29L（L為樁的長(zhǎng)度）。樁直掛后將其吊入樁機(jī)夾樁孔內(nèi)扶正就位，然后以樁位為直角點(diǎn)，沿兩射線邊放2臺(tái)經(jīng)緯儀，從正面和側(cè)面觀測(cè)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(guò)3 m/min。把樁沉入土內(nèi)2 m左右，用經(jīng)緯儀觀測(cè)樁身和樁架是否垂直；如果樁的平臺(tái)符合水平標(biāo)準(zhǔn)，則可正常沉樁。打樁遇到堅(jiān)硬的土層時(shí)，中間不能有停頓。樁端進(jìn)入持力層時(shí)，已達(dá)到確定的樁力，但未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)保壓1～2 min。

4）接樁時(shí)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(jìn)行接樁。接樁前檢查樁兩端的連接卡扣件，扣件無(wú)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(dòng)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(shí)的軸線必須與樁的軸線一致。然后，用涂漆在樁進(jìn)給器上明示施工的進(jìn)給樁的深度，將樁正確地施工到設(shè)計(jì)標(biāo)高。樁下沉接近設(shè)計(jì)的標(biāo)高時(shí)，不能提前停止。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)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(wèn)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(yùn)用于沿海軟土地區(qū)等復(fù)雜地質(zhì)；開發(fā)的新型機(jī)械連接方式可有效保證樁的連接剛性、牢固，接樁施工相對(duì)快速。接樁時(shí)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(guò)預(yù)制螺母將錨固鋼筋直接與樁體連接，然后伸入承臺(tái)與承臺(tái)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.