黃灝暉

（江門市新三聯(lián)管樁有限公司）

0 前言

高強混凝土預應(yīng)力離心管樁（PHC），應(yīng)用最廣的是φ300mm、φ400mm、φ500mm、φ600mm 直徑規(guī)格，按不同的力學性能分類，管樁長度最長不超過15m。管樁應(yīng)用施工時，是通過焊接接樁。按施工規(guī)范，接樁兩端面應(yīng)緊密貼合，不得在接頭處出現(xiàn)間隙，嚴禁在接頭間隙中填塞焊接頭、鐵片、鐵絲等雜物，只有這樣，才能保持上節(jié)樁身與下節(jié)樁身連接順直和緊密。因此管樁生產(chǎn)時，對管樁端面傾斜就有很高的技術(shù)要求。按國標GB13746—2009《先張法預應(yīng)力混凝土管樁》第5.5 條尺寸允許誤差中要求：管樁端部傾斜的允許偏差為≤0.5%D，即φ300 管樁為1.5mm，φ400 管樁為2mm，φ500管樁為2.5mm，φ600管樁為3mm，只有這樣嚴格要求，才能保障施工中管樁的駁接質(zhì)量。因此在管樁生產(chǎn)中，管樁端面傾斜是一項重要的質(zhì)量控制項目。

1 管樁生產(chǎn)預應(yīng)力張拉工藝和端面傾斜的形成

PHC 管樁是采用先張法生產(chǎn)的混凝土預應(yīng)力離心管樁。先張預應(yīng)力是指利用專用的承載力臺座或模具對預應(yīng)力鋼筋預張拉并錨固，后澆筑構(gòu)件混凝土的施工工藝，主要用于預制混凝土構(gòu)件的加工制造。先張法預應(yīng)力混凝土構(gòu)件生產(chǎn)方法有兩種：模板法和臺座法。PHC 管樁的生產(chǎn)采用模板（模具）法，利用專用離心鋼管模具作為錨固預應(yīng)力主鋼筋的承力架，如圖1所示：

圖1

在管樁生產(chǎn)中，首先對鋼筋進行定長切斷、鐓頭，滾焊成鋼筋籠，安裝端頭板，放置到下管模里用張拉夾具固定，然后注入混凝土，清理后合上管模（用泵送混凝土形式時，是合好管模再注入混凝土），在混凝土初凝前用液壓千斤頂張拉預應(yīng)力鋼筋，用螺母錨固張拉力，進入離心成型，成型后的管樁連模具通過初級養(yǎng)護，待混凝土抗壓強度超過45MPa 以上，進行預應(yīng)力的放張和拆模，形成管樁半成品，并在這時檢查管樁端面傾斜是否合格。

從圖1 可見，管模為預應(yīng)力的承力架，管樁預應(yīng)力施加時，張拉夾具（尾）一端直接以管模端部法蘭作為支承，管樁端頭板固定不動的這端不會形成端面傾斜（除非管模端部法蘭變形）。在管樁的另一端，千斤頂通過張拉螺桿傳力給張拉夾具（頭），與其連接的端頭板拉伸預應(yīng)力鋼筋，端頭板與鋼筋的受力后沿管模軸向位移伸長。

從以上工藝可見，如果預應(yīng)力鋼筋受力均勻，張拉頭帶動端頭板軸向垂直于管模中心線均勻移動；如果預應(yīng)力鋼筋受力不均勻，端頭板則不沿管模垂直移動，即產(chǎn)生管樁端面傾斜，這種傾斜我們俗稱為管樁“千字頭”現(xiàn)象。由此分析，管樁出現(xiàn)端面傾斜，與管樁生產(chǎn)時預應(yīng)力張拉、張拉夾具安裝、滾焊鋼筋籠、鋼筋鐓頭、定長切斷等一系列工藝過程和設(shè)備有關(guān)。要控制管樁生產(chǎn)不出現(xiàn)端面傾斜，就需要對上述的生產(chǎn)工藝過程和設(shè)備進行嚴格控制。

2 管樁生產(chǎn)過程端面傾斜的工藝與設(shè)備控制

2.1 鋼筋的定長切斷

管樁生產(chǎn)按不同規(guī)格型號采用的預應(yīng)力鋼筋為螺旋槽鋼棒，直徑分別有φ7.1mm、φ9.0mm、φ10.7mm、φ 12.6mm四種。

根據(jù)中華人民共和國建材行業(yè)標準JC/T2126.6-2012《水泥制品工藝技術(shù)規(guī)程》第6 部分“先張法預應(yīng)力混凝土管樁管樁”的第4.2.1.6 條：下料后的鋼棒應(yīng)平直，不應(yīng)有局部彎曲，端面應(yīng)平整，不應(yīng)有飛邊。同根管樁中鋼棒的相對差值：長度小于等于15m 時不應(yīng)大于1.5mm，理論上要求在同一根管樁中預應(yīng)力主鋼筋的長度必須保持一致，不能有重大偏差。因此，預應(yīng)力鋼筋的定長切斷必須要準確，才能保證后續(xù)工藝的準確性。

實際生產(chǎn)過程中，預應(yīng)力鋼筋的定長切斷都采用一臺自動定長切斷機，通用于各種直徑規(guī)格鋼筋的定長切斷，切斷長度一般為7～15m。實際應(yīng)用過程中，對于φ 11mm、φ12.6mm 鋼筋不同長度的切斷，長度誤差均能控制在1.5mm以內(nèi)。而φ9.0mm鋼筋切斷會出現(xiàn)超出偏差的情況，特別是長度系列長的鋼筋，但出現(xiàn)偏差的鋼筋數(shù)量不多，長度偏差超出值一般在1～2mm。而φ7.1mm鋼筋的切斷隨著長度的增加，誤差率增大，誤差數(shù)值也增大。

直徑小長度長的鋼筋切斷長度偏差大，是管樁生產(chǎn)中常遇到的問題。出現(xiàn)偏差的原因，我們要從鋼筋切斷過程來分析。鋼筋切斷機放線槽如圖2。

圖2

鋼筋是通過傳動輪輸送沿著鋼筋槽前進，當其到達設(shè)定長度，觸動到位置傳感器后，信號傳送到PLC，停止輸送，壓緊然后切斷。在觸動位置傳感器到停止輸送過程中，鋼筋會瞬間受到軸向作用力與反作用力，會出現(xiàn)類似于桿系結(jié)構(gòu)中的細長桿偏心受壓的力學作用現(xiàn)象。鋼筋軸向剛性隨著直徑的減小而變小，而鋼筋長度越長，剛性也減小，偏心受壓后越容易瞬間失穩(wěn)彎曲。鋼筋放線槽尺寸為15mm×15mm×15mm，不同直徑鋼筋在里面能位移的空間不同，相對而言，直徑越小的鋼筋在放線槽內(nèi)位移空間更大。當鋼筋受到軸向偏心受壓時，直徑小的鋼筋在放線槽左右和向上的方向都有相對較大的空間位置，不能約束鋼筋的受壓失穩(wěn)彎曲位移，隨著切斷長度的增加，彎曲疊加量增大，切斷長度偏差值增大。

經(jīng)實際檢查測量，在切斷機放線速度、傳送輪松緊等設(shè)備條件調(diào)整到最佳狀態(tài)下，φ7.1mm 鋼筋切斷長度的不及格率達到5%以上（長度偏差在3mm 以上）。在長度越長（超過10m）,放線速度過快，或者送料壓輪磨損的情況下，鋼筋不及格率更加達到了10%到23%左右,長度偏差甚至在10mm 以上。使用長度偏差大的鋼筋滾焊成籠后，鋼籠端部產(chǎn)生嚴重的不平齊，這是管樁生產(chǎn)廠家經(jīng)常碰到的問題。解決的方法：要么配備多一套的鋼筋定長切斷鐓頭一體化自動生產(chǎn)設(shè)備，專用于φ7.1mm鋼筋的切斷和墩頭，由于該設(shè)備為非通用設(shè)備，需要制造廠商重新設(shè)計和制造，成本投入較高；要么索性不采用φ7.1mm 鋼筋生產(chǎn)管樁，而是采用直徑大一級的預應(yīng)力鋼筋來代替。這些方法要么增加生產(chǎn)設(shè)施投入，要么直接增加管樁制造成本。

若不想增加管樁制造成本，又要使φ7.1mm 鋼筋定長切斷長度偏差達到技術(shù)要求，可以從切斷機設(shè)備改進這方面考慮。做法是設(shè)計使用鋼筋導向約束的方式，設(shè)置鋼筋導向約束限位裝置，安裝在放線槽上，使鋼筋既能不受阻礙順利通過鋼槽，又能最大限度約束其彎曲變形。導向約束輪結(jié)構(gòu)如圖3：

圖3

該裝置專用于切斷φ7.1mm鋼筋。生產(chǎn)φ7.1mm鋼筋時在線槽中隔一米配置一個，切斷長度長的鋼筋可以縮短配置距離。這是一個快速裝拆裝置，不因為裝拆影響生產(chǎn)效率。導向輪對限制鋼筋失穩(wěn)彎曲效果立竿見影，且不影響鋼筋順利通過線槽。切斷機裝上該裝置，相當于配置一臺專用切斷機，從根本上解決了φ7.1mm鋼筋切斷長度超過偏差的問題。

2.2 滾焊鋼籠過程中的質(zhì)量控制

在鋼籠滾焊工藝過程中，鋼筋滾焊機的設(shè)備狀態(tài)也是影響管樁端面傾斜質(zhì)量的重要因素。

在日常設(shè)備檢查發(fā)現(xiàn)，滾焊機牽引小車在使用一段時間后會因為行走輪的磨損或松動產(chǎn)生位置偏差和傾斜，導致小車端鋼筋鐓頭卡盤的傾斜，造成鋼籠兩端鐓頭所在平面與中心線不垂直，鋼筋籠出現(xiàn)“千字頭”質(zhì)量問題。如圖4所示：

圖4

為解決此問題，必須設(shè)立滾焊機檢查調(diào)整制度。通過調(diào)直牽引小車，及時檢查和更新已磨損的夾具、鋼筋卡盤和穿筋咀等，確保滾焊機的運行精度，減少鋼筋籠的制造誤差。

2.3 安裝張拉夾具過程中的質(zhì)量控制

在安裝張拉夾具過程中，張拉夾具是否完好也直接影響管樁端面傾斜。為防止因夾具損壞造成管樁質(zhì)量問題，要定期對張拉夾具進行檢查與更新，確保張拉夾具沒有磨損變形；檢查張拉螺桿與螺紋配合是否正常，旋緊螺桿后是否與夾具保持垂直等，損壞的夾具螺桿要及時進行處理，不能繼續(xù)使用。

2.4 預應(yīng)力張拉過程中的質(zhì)量控制

鋼筋預應(yīng)力張拉是管樁生產(chǎn)質(zhì)量控制一個重要的環(huán)節(jié)。按先張法預應(yīng)力混凝土管樁工藝規(guī)程要求：管樁張拉前，應(yīng)檢查確認千斤頂螺桿與組裝在夾具上的張拉螺桿是否在同一軸線上，連接兩者的母拉頭和公拉頭必須安裝到位。如圖5所示：

圖5

如何保證張拉過程中張拉螺桿及其連接拉頭與管模中心線同軸，是防止管樁出現(xiàn)端面傾斜的重要環(huán)節(jié)。管樁生產(chǎn)中，張拉機會因不同直徑、規(guī)格管樁的生產(chǎn)要進行上下、左右和前后方向移動調(diào)整。對于每一根管模，鋼筋籠裝張拉夾具的螺桿位置都不同，對應(yīng)張拉機所處位置也就各有不同。因此，每生產(chǎn)一根管樁，張拉千斤頂?shù)奈恢枚夹枰{(diào)整，調(diào)整不到位，都會導致張拉偏差，出現(xiàn)千斤頂張拉螺桿與張拉夾具螺桿連接后與管模軸心不在同心軸上。引起張拉不同軸通常有這兩種情況：①鋼筋籠張拉端已經(jīng)出現(xiàn)端面不垂直，令張拉夾具螺桿和母拉頭偏離了管模軸心方向。調(diào)整張拉機時為了對齊母拉頭，千斤頂要順方向偏移，造成張拉螺桿與千斤頂螺桿軸線與管模中心軸線偏離。②鋼筋籠張拉螺桿和母拉頭與管模中心軸線基本同軸，但在母拉頭和公拉頭連接過程中，千斤頂出現(xiàn)位置偏差，引起兩者的中心線不重合，造成張拉螺桿與千斤頂螺桿軸線偏離。

因此，為了保證千斤頂螺桿與張拉夾具螺桿連接后處于同一中心線上，需要對設(shè)備作以下改進：

2.4.1 錨固板裝定位環(huán)

在管模張拉錨固頂板上增加定位環(huán)。定位環(huán)焊接在錨固頂板表面，與管模軸心同軸，定位環(huán)與張拉頂筒內(nèi)圓配合定位，保證千斤頂張拉筒與管模中心軸同軸。如圖6所示：

圖6

由圖6 可見，增加定位環(huán)后，即使鋼筋籠本身有“千字頭”的情況（上述情況①），或者在母拉頭和公拉頭連接過程中，千斤頂出現(xiàn)位置偏差，引起兩者的中心線不重合（上述情況②），通過定位環(huán)定位，都可以最終調(diào)整千斤頂張拉螺桿與夾具螺桿處在同心軸上。

2.4.2 張拉頭的連接

張拉頭是分公母的兩個連接頭，通過兩者配合迅速把千斤頂螺桿與夾具螺桿連接與拆卸，用來傳遞千斤頂?shù)膹埨ΑＲ话銖埨^設(shè)計成2 瓣連接，優(yōu)點是裝拆方便，但由于僅兩點受力傳給張拉夾具，傳力不均勻，一旦有1 瓣磨損，極易造成螺桿因受力不均而偏心。把張拉頭改為3 瓣連接，三點傳力更均勻穩(wěn)定，更能保證千斤頂張拉羅桿與張拉夾具羅桿同軸，如圖7所示。

圖7

2.4.3 張拉螺桿與千斤頂中心孔的間隙配合

張拉螺桿與千斤頂中心孔的間隙配合，也會影響張拉的同軸度。外購的張拉千斤頂中間開孔與螺桿的配合，為了方便操作，一般把配合間隙控制在5～6mm，無形中增大了同軸度的偏差。因此在不影響螺桿在中心孔順暢滑動的情況下，重新設(shè)計加工螺桿，把兩者配合間隙縮小到1mm，進一步提高張拉過程中的同軸度。

3 結(jié)語

預應(yīng)力高強混凝土管樁的施工，對管樁的端面傾斜有著十分嚴格的要求，若管樁出現(xiàn)端面傾斜超出標準要求，會直接影響施工質(zhì)量，通過對相關(guān)工藝的質(zhì)量控制，以及對鋼筋定長切斷機、滾焊機、張拉夾具、預應(yīng)力張拉機等主要設(shè)備和器具進行改造，能從根本上解決長期困擾著管樁生產(chǎn)過程中因端面傾斜超標而出現(xiàn)管樁廢次品的質(zhì)量問題。