無黏結(jié)后張預(yù)應(yīng)力抗拔樁施工技術(shù)

杜 鵬

中鐵建工集團(tuán)有限公司 廣東 廣州 511400

建筑工程被動(dòng)抗浮設(shè)計(jì)中，對(duì)單樁豎向抗拔承載力要求很高。作為主要錨固體的抗拔樁，其抗裂耐久性問題一直備受關(guān)注[1]。普通抗拔樁受拉后，拉應(yīng)力區(qū)域混凝土開裂較早，過早的開裂使得抗拔樁一直處于帶裂縫狀態(tài)。為了控制裂縫，通常采用增加受拉鋼筋的做法。此方式一定程度增加了抗拔樁的含鋼量，多數(shù)鋼筋發(fā)揮不了其受拉的屈服性能，經(jīng)濟(jì)性差；同時(shí)此方式單位體積超筋，引起了其他超筋破壞的問題。

根據(jù)近幾年的工程實(shí)踐，結(jié)合理論研究分析，提出一種解決抗拔樁裂縫問題的有效方法，即抗拔樁中引入預(yù)應(yīng)力體系。采用無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力提供抗力平衡，使得抗拔樁處于超補(bǔ)償狀態(tài)，可有效解決抗裂耐久性問題，其與傳統(tǒng)的普通抗拔樁相比，作為永久性抗浮措施更加合理[2-5]。

1 工程概況

1.1項(xiàng)目概況

廣州白云火車站工程位于廣州市白云區(qū)，建筑總規(guī)模45.3萬 m2，其中站房工程14.45萬 m2，鐵路配套地下停車庫14.85萬 m2，地鐵集散、城市換乘通道及配套工程11.7萬 m2。車站為廣州樞紐“五主三輔”主要客站之一，總規(guī)模為11臺(tái)24線，其中國鐵場(chǎng)10臺(tái)22線、城際場(chǎng)1臺(tái)2線。

1.2抗拔樁設(shè)計(jì)

工程結(jié)構(gòu)底板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為“抗壓灌注樁＋承臺(tái)＋底板”和“預(yù)應(yīng)力抗拔灌注樁＋底板”形式，其中無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鉆孔灌注樁833根，樁徑1 200 mm，有效樁長(zhǎng)10～21 m，配筋采用20C20＋（3-7φ15.2 mm），單樁豎向抗拔承載力特征值3 000 kN（圖1）。

2 技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1技術(shù)原理

在無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力抗拔樁的建筑物抗浮設(shè)計(jì)中，采用承壓型的無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力對(duì)樁體施加壓力，同時(shí)采用樁側(cè)注漿增加抗拔樁體對(duì)周圍土體的摩阻力，形成“樁體預(yù)加力＋樁側(cè)摩阻力”相互補(bǔ)償?shù)目垢〗Y(jié)構(gòu)體系。當(dāng)土體環(huán)境中發(fā)生水位變化或處于腐蝕環(huán)境情況時(shí)，樁體不易發(fā)生疲勞裂縫，預(yù)應(yīng)力抗拔樁仍可長(zhǎng)時(shí)間保持有效作用，與樁側(cè)注漿摩阻力共同抵抗上浮作用。

2.2工藝原理

無黏結(jié)后張預(yù)應(yīng)力抗拔樁施工工藝，總體上是在傳統(tǒng)的普通抗拔樁中引入預(yù)應(yīng)力體系，再采取后張法工藝。在抗拔樁成孔及下放鋼筋籠階段即預(yù)先埋入預(yù)應(yīng)力鋼筋束，并預(yù)先在鋼筋籠的兩端設(shè)置錨固端和鎖定端，隨后隨鋼筋籠下放到樁孔中并成樁，待結(jié)構(gòu)底板混凝土施工完成后，張拉預(yù)應(yīng)力。

無黏結(jié)后張預(yù)應(yīng)力抗拔樁施工工藝流程：旋挖鉆孔→鋼筋籠制作→預(yù)應(yīng)力鋼絞線及樁側(cè)注漿管的制作與安裝→鋼筋籠吊裝→澆筑樁身混凝土→樁側(cè)注漿→成形養(yǎng)護(hù)→基礎(chǔ)底板混凝土澆筑后張拉預(yù)應(yīng)力筋。

樁內(nèi)鋼絞線均分成3個(gè)單元，成品字形布置。樁身施工過程中，每個(gè)單元在樁身內(nèi)預(yù)埋1根鋼管（管徑89 mm、壁厚4 mm），鋼管兩端封口，鋼管下部深入樁底，上部到底板頂標(biāo)高；每個(gè)單元錨索分別由7根無黏結(jié)鋼絞線內(nèi)錨于錨頭組成。鋼絞線通過特制的夾具對(duì)稱地錨固于錨頭上，張拉端安裝OVM15-7錨具四件套（錨板、夾片、鋼墊板、螺旋筋），固定端安裝OVM-P15-7擠壓型錨具（擠壓套、鋼墊板、螺旋筋）；張拉工序在樁身混凝土及基礎(chǔ)底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%時(shí)，方可進(jìn)行。單根樁的每個(gè)單元預(yù)應(yīng)力需同步按30%—30%—40%的次序逐步循環(huán)升級(jí)進(jìn)行張拉，每根預(yù)應(yīng)力鋼絞線預(yù)鎖定值按設(shè)計(jì)要求設(shè)置，本工程鎖定值為192 kN，如圖2所示。

圖2 抗拔樁設(shè)計(jì)

3 關(guān)鍵技術(shù)工藝

無黏結(jié)后張預(yù)應(yīng)力抗拔樁關(guān)鍵工藝為：樁側(cè)注漿管制作與安裝、預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作與安裝、樁側(cè)注漿及基礎(chǔ)底板混凝土澆筑后的預(yù)應(yīng)力筋張拉。

3.1樁側(cè)注漿管制作與安裝

樁側(cè)注漿管宜采用直徑32 mm的鍍鋅鋼管，與鋼筋籠主筋綁扎連接。綜合砂性土層等因素，宜在離樁底5 m以上、樁頂8 m以下，每隔6～12 m設(shè)置1道樁側(cè)后注漿管閥。當(dāng)有砂性土?xí)r，宜將樁側(cè)注漿閥留置于砂性土層的下部。樁側(cè)注漿管安裝如圖3和圖4所示。

圖3 樁側(cè)注漿管平面布置

圖4 樁側(cè)注漿整體示意

將制作好并配備好樁側(cè)注漿管的鋼筋籠在已平整硬化的鋼筋籠堆放場(chǎng)上放置，為防止鋼筋籠變形，下部應(yīng)用方木墊高。一般情況下，鋼筋籠隨制作隨安放。鋼筋籠上懸掛施工標(biāo)識(shí)牌，以明確相對(duì)應(yīng)的樁號(hào)，且在樁頂錨固段鋼筋外套泡沫保護(hù)層，方便后期樁頭剔鑿。

3.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作與安裝

在樁身內(nèi)鋼絞線均分成3個(gè)單元，成品字形布置；樁身施工過程中，預(yù)應(yīng)力鋼絞線外部普通鋼筋籠制作完成后，每個(gè)單元在樁身內(nèi)預(yù)埋1根鋼管（管徑89 mm、壁厚4 mm，鋼管與鋼筋籠主筋間距宜為10～20 cm），預(yù)埋鋼管宜采用焊接措施固定在鋼筋籠內(nèi)部（焊接位置間距宜控制在3 m左右）；每個(gè)單元鋼絞線固定在底部7孔擠壓性錨具后，從鋼筋籠底部往頂部穿鋼絞線，鋼絞線安裝完成后應(yīng)超過底板長(zhǎng)度約1.0 m；鋼絞線穿過預(yù)埋鋼管定位后，將鋼管兩端封口，避免混凝土澆筑過程中混凝土流入鋼套管內(nèi)部，如圖5、圖6所示。

圖5 預(yù)應(yīng)力抗拔樁錨具安裝

圖6 預(yù)應(yīng)力抗拔樁鋼絞線安裝

3.3樁側(cè)注漿

注漿材料可根據(jù)工程情況設(shè)計(jì)，通常應(yīng)選用P.O 42.5級(jí)及以上普通硅酸鹽水泥，水灰比根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適配，通常按經(jīng)驗(yàn)值，可控制在0.5～0.6。

制漿設(shè)備選用普通攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間不少于3 min，自制備至用完的時(shí)間宜小于4 h。

每根樁澆筑完混凝土后，在12～24 h內(nèi)必須用清水將噴頭沖開，同一承臺(tái)下的最后一根樁澆完混凝土后的第2天開始注漿，注漿前應(yīng)對(duì)注漿閥進(jìn)行壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)宜按2～3級(jí)壓力順次逐級(jí)進(jìn)行，并有一定的壓水時(shí)間與壓水量。壓水量宜為0.6 m3，開塞壓力宜小于8 MPa。壓水試驗(yàn)后應(yīng)立即初注。注漿應(yīng)以同一承臺(tái)下的樁為一組，注漿時(shí)應(yīng)采用低壓。復(fù)式注漿順序宜先樁側(cè)后樁端，多斷面樁側(cè)注漿應(yīng)先上后下，樁側(cè)樁端注漿間隔時(shí)間不少于2 h。樁端注漿應(yīng)對(duì)同一根樁的各注漿導(dǎo)管依次實(shí)施等量注漿。對(duì)于群樁注漿，宜先外圍后內(nèi)部。

3.4基礎(chǔ)底板混凝土澆筑后的預(yù)應(yīng)力筋張拉

預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)在樁身混凝土及基礎(chǔ)底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%時(shí)，方可進(jìn)行張拉。預(yù)應(yīng)力應(yīng)按張拉程序進(jìn)行（每個(gè)單元內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線宜先張拉中心孔道鋼絞線，然后以順時(shí)針方向張拉本單元內(nèi)剩余6根鋼絞線），單根樁的每個(gè)單元預(yù)應(yīng)力張拉需同步按30%—30%—40%逐步循環(huán)升級(jí)進(jìn)行張拉（即每根預(yù)應(yīng)力鋼絞線均按三級(jí)張拉，張拉力值分別為鎖定值的30%、60%、100%，通過標(biāo)定的壓力表讀數(shù)反映出每級(jí)張拉力），每根預(yù)應(yīng)力鋼絞線預(yù)鎖定值為192 kN；一個(gè)單元預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉完成后，進(jìn)行下一單元預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉。

4 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

采用泥漿護(hù)壁成孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力技術(shù)、后注漿技術(shù)、后張法技術(shù)等組合技術(shù)，技術(shù)新穎、安全可靠性佳，充分發(fā)揮組合技術(shù)的提升效益，有效地提高樁基單樁豎向抗拔承載力，控制樁基混凝土的裂縫，提升樁基混凝土耐久性。

對(duì)比傳統(tǒng)的普通抗拔樁設(shè)計(jì)，本技術(shù)可優(yōu)化工程樁抗浮設(shè)計(jì)中樁基的數(shù)量，單樁可節(jié)約40%～50%的鋼筋使用量，節(jié)省工程造價(jià)，節(jié)約大量工期。以廣州白云火車站為例，合計(jì)經(jīng)濟(jì)效益（節(jié)約）為4 794.66萬元，節(jié)約工期2個(gè)月。具體經(jīng)濟(jì)效益如表1所示。

表1 無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力抗拔樁與普通抗拔樁經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

5 結(jié)語

本技術(shù)通過提高樁基承載力及耐久性，有效控制樁基混凝土裂縫，在保證建筑物整體抗浮力不變的前提條件下，工程樁設(shè)計(jì)數(shù)量可適當(dāng)優(yōu)化。

同時(shí)，本技術(shù)可減少承臺(tái)的構(gòu)造設(shè)計(jì)，抗拔樁頂無需承臺(tái)與底板結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換。本技術(shù)可節(jié)約工程造價(jià)，節(jié)省工期，經(jīng)濟(jì)效益可觀。與此同時(shí)，可以取得良好的社會(huì)效益，節(jié)約大量建材的使用，符合綠色節(jié)能環(huán)保、低碳的綠色建筑要求，在同類型抗拔樁工程中有非常廣闊的應(yīng)用前景。