鋼筋機械錨固技術(shù)在抗浮預(yù)制樁中的應(yīng)用

鐘凱強

中鐵十七局集團建筑工程有限公司，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，且對于預(yù)制樁采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為主筋，鋼絞線錨固力較小，需增加錨固長度。鑒于以上特點，抗拔預(yù)制樁錨固引入鋼筋機械錨固技術(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)計采用預(yù)制方樁進行地基加固處理，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)計樁長為9m，單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=800kN，單樁抗拔力設(shè)計標(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

2.1 設(shè)計依據(jù)

鋼筋機械錨固技術(shù)是將螺帽與墊板合二為一的錨固板通過螺紋與鋼筋端部相連形成的錨固裝置。其作用機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，才能滿足使用要求。

2.2 錨墊板設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求，每根預(yù)制樁抗拔力設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值Tuk=100kN，承載力要求分析連接裝置受力情況，并進行應(yīng)力驗算，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，并進行力學(xué)分析如下：抗拔樁設(shè)計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，拉力通過錨固鋼筋傳至錨固鋼筋與錨墊板連接處，通過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）各部件承載力驗算。根據(jù)各部位受力情況分析，要滿足抗拔設(shè)計要求，錨固鋼筋、預(yù)制樁主筋應(yīng)滿足承載力要求。錨固鋼筋采用HRB400鋼筋，錨固鋼筋強度標(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。

驗算得σ1=69.83N/mm2＜fyk=400N/mm2，滿足要求。

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

驗算得σ2=66.7N/mm2＜fptk=1420N/mm2，滿足要求。

（2）錨板厚度設(shè)計。根據(jù)力學(xué)分析，錨板厚度需同時滿足兩個條件：一是滿足自身抗剪強度要求，二是滿足鋼筋螺紋連接長度要求。

滿足錨板抗剪強度的鋼板厚度t1的計算。由于預(yù)制樁采用先張法生產(chǎn)，即預(yù)制樁生產(chǎn)過程中預(yù)應(yīng)力鋼筋已張拉至設(shè)計強度，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。受力計算按照錨板上下等效計算。錨板采用Q235鋼板，抗剪強度標(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，計算得t1≥17.4mm。

滿足鋼筋螺紋連接厚度t2的計算。鋼筋螺紋連接長度（鋼板厚度）滿足錨固要求，根據(jù)國標(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，將螺紋展開按三棱柱尺寸作近似計算，依據(jù)《機械設(shè)計手冊》，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，選取強度較小的錨墊板進行計算。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計算取整得Z≥4，即滿足鋼筋螺紋長度的錨板厚度t2≥8mm。

錨板厚度確定。通過計算，錨板厚度必須同時滿足t1、t2的要求，考慮機械錨固連接鋼筋絲頭加工的精度、安裝誤差等對鋼筋和錨板連接質(zhì)量的影響，在滿足理論驗算的基礎(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)計加工，厚度尺寸誤差為正誤差；（2）錨板錨固孔應(yīng)采用機械自動加工，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)要求進行，螺紋規(guī)格要符合國標(biāo)要求；（4）加工好的錨板應(yīng)進行防腐處理，鋼筋錨固孔要做好保護和防銹。

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

3.2 預(yù)制樁施工

預(yù)制樁進場后，應(yīng)對預(yù)制樁進行檢查驗收，確保施打預(yù)制樁混凝土強度達到設(shè)計要求，檢查合格后準(zhǔn)許進行沉樁施工。預(yù)制樁應(yīng)嚴(yán)格按照施工工藝進行施工，保證沉樁和樁頭質(zhì)量。預(yù)制樁沉樁完成后，應(yīng)及時進行樁頂剩余土層清理，對有銹蝕錨板進行除銹，再次進行防腐防銹蝕處理。

3.3 錨固鋼筋加工

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

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

樁基抗拔力用單樁豎向抗拔靜載試驗進行檢測，試驗采用慢速維持荷載法。

5 結(jié)束語

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。工程施工過程中，針對預(yù)制抗拔樁節(jié)點的處理問題，引入和采用了鋼筋機械錨固新技術(shù)，簡化了預(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，同時也保證了樁基的使用效果。