緩粘結預應力灌注樁在抗浮樁選型及施工中的優勢

湯亮，李聰聰，袁龍彬，唐明成，楊高勇，徐紅橋

（中國建筑第二工程局有限公司，廣東珠海 519000）

1 工程概況

珠海機場綜合交通樞紐項目一期工程，以地下建筑為主，僅局部設有兩層地上建筑，地上建筑面積約1.96×104m2。本工程場地內穩定水面埋深介于0.83～2.20 m，初見水位埋深介于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，且地上建筑體量遠小于地下建筑，在考慮建筑基礎形式時，需重點考慮抗浮措施，防止建筑因地下水的浮力導致結構破壞。

2 樁基選型

方案一：靜壓預應力管樁

結合本項目結構及荷載的特點，若采用預應力管樁，樁徑為500 mm、樁長30 m，管樁間距2 100 mm。

預應力管樁屬于擠土樁，沉樁時樁周土體易被壓密或擠開，使土體產生水平位移或隆起，可能造成臨近已壓入的樁產生上浮、樁位偏移。通過對類似密度的管樁項目進行調研得知，抬土高度甚至能達到1 m。本工程場地北側臨近地鐵區域，受地鐵影響敏感區域長度680 m，寬度34 m，面積為23 210 m2，顯然預應力管樁不適合本項目[1]。

方案二：鉆孔灌注樁

本工程地處填海區，地下水含鹽量高，JGJ 94—2008《建筑樁基技術規范》規定，處于腐蝕介質中的樁基，應控制樁基不出現裂縫。采用鉆孔灌注樁，為滿足抗拔樁的抗裂要求，灌注樁需增加鋼筋數量，而且為確保鋼筋全部布下及滿足構造最小鋼筋間距，從而加大樁身截面尺寸，不利于節材[2]。

若本項目采用鉆孔灌注樁，根據本項目結構及荷載的情況，灌注樁樁徑應為1 200～1 800 mm，樁長35 m（從承臺底標高算），如樁徑1 800 mm 樁身通長縱向鋼筋采用37 條HRB400 直徑36 mm 的鋼筋，混凝土強度等級為C40，樁端進入中風化花崗巖3 m。

方案三：緩粘結預應力灌注樁

緩粘結預應力灌注樁是將緩粘結預應力筋綁扎在樁身豎向普通鋼筋內側，張拉固定端設置于樁身底部、張拉端設置于樁頂部。緩粘結預應力技術可充分發揮高強度鋼筋的抗拉性及高強混凝土的抗壓性，在結構構件受荷載作用前，先人為地對灌注樁施加一定壓力，由此產生的預應力狀態用以減小或抵消外荷載所引起的拉應力，即借助混凝土較高的抗壓強度來彌補其抗拉強度的不足，達到推遲受拉區混凝土開裂的目的。

根據計算，本項目若采用緩粘結預應力灌注樁方案，樁徑分別為1 100～1 600 mm、樁長30 m（承臺底標高算），樁端進入中風化花崗巖2.5 m，預應力筋采用21.8 mm 規格高強耐磨緩粘結預應力鋼絞線。緩凝粘合劑的標準張拉適用期為300 d，標準固化時間為900 d，緩粘結預應力鋼絞線須在張拉適用期內完成張拉[3]。

高強耐磨緩粘結預應力筋是由鋼絞線、外涂緩粘結膠粘劑和外包PE 組成。外包PE 表面必須有橫肋與縱肋，21.8 mm規格緩粘結預應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。高強耐磨緩粘結預應力鋼絞線縱肋為4 條，兩條主縱肋，兩條副縱肋。主縱肋沿長度方向連續、均勻。副縱肋沿長度方向在凹部間斷。21.8 mm 緩粘結預應力筋重量為2.95 kg/m，采用直徑為21.8 mm 高強低松馳鋼絞線，極限抗拉強度標準值fptk=1 860 MPa，彈性模量Ep＝195 GPa。具體緩粘結預應力灌注樁參數見表1。

表1 緩粘結預應力灌注樁樁表

選用預應力管樁樁徑500 mm，樁長30 m，經測算工程造價約2 400 元/m2，由于本項目北側臨近地鐵施工區域，為避免影響后續地鐵施工，預應力管樁不予采用。

鉆孔灌注樁樁徑最大為1 800 mm，緩粘結預應力灌注樁樁徑最大為1 600 mm。以鉆孔灌注樁樁徑1 800 mm 對比緩粘結預應力灌注樁樁徑1 600 mm 為例，樁徑1 800 mm 的鉆孔灌注樁，樁身通長縱向鋼筋鋼材用量295.63 kg/m，樁長預估35 m，工程造價2 140 元/m2。緩粘結預應力灌注樁樁徑1 600 mm、樁身通長縱向鋼筋鋼材用量138.37 kg/m，樁長30 m，工程造價1 554 元/m2。

綜上所述，緩粘結預應力灌注樁最適合本項目。

3 緩粘結預應力灌注樁施工工藝流程

測量放線→護筒埋設→樁機旋挖成孔→泥漿護壁→鋼筋籠及預應力筋制作→鋼筋籠吊放→預應力筋安裝→清孔→水下混凝土澆筑→土方開挖及樁頭破除→預埋預應力張拉端→預應力張拉→封錨。

4 緩粘結預應力灌注樁施工要點

4.1 預應力筋下料

由于本項目緩粘結預應力灌注樁鋼筋籠采用分段制作及安裝，為減少預應力筋連接器的安裝時間，預應力筋采用通長布置無須接頭。鋼絞線下料長度根據設計樁長、張拉操作長度、固定端位置綜合確定，下料長度=預應力筋在構件內的投影長度+張拉時操作長度。

4.2 安裝預應力筋固定端組件

預應力筋下料后，于鋼絞線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與承壓板面垂直。固定端需分散布置，一半數量設置在設計樁底以上1.0 m 處，另一半數量布置在設計樁底以上1.5 m 處，上下層固定端相互錯開。以上材料制作完成后，標記長度、使用位置等，并按規格堆放備用。

4.3 預應力筋安裝

樁身預應力筋縱向布置如圖1 所示。

圖1 樁身預應力筋縱向布置示意圖

4.3.1 樁底部預應力筋安裝

鋼筋籠吊裝前，對全部緩粘結預應力筋進行檢查，若緩粘結預應力筋的護套有破損，則及時以黃油涂覆并用膠帶裹覆。

鋼筋籠吊放入孔時，采用鋼管橫跨在樁基口上。首先，將預應力筋由鋼筋籠端部以上4 m 位置沿外側穿入鋼筋籠內側；然后，下放至樁底部以上1 m、1.5 m 位置（預應力筋端部需分散布置，一半數量設置在設計樁底以上1.0 m 處，另一半數量布置在設計樁底以上1.5 m 處，上下層固定端相互錯開）；待預應力筋下放至樁底部位置時，綁扎于鋼筋籠豎向縱筋處，綁扎間距≤1 m。隨后，采用吊車將鋼筋籠提升一定高度后綁扎固定端。同時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與承壓板面垂直。

4.3.2 樁中間段預應力筋綁扎

待鋼筋籠底部預應力筋固定端綁扎完成后，采用吊車下放鋼筋籠至設計標高處，預應力筋沿鋼筋籠外側螺旋箍筋布置，間隔1.0 m 綁扎于豎向縱筋處。

4.3.3 樁頂部預應力筋綁扎

樁頂以下4 m 范圍需將預應力筋由鋼筋籠螺旋箍筋外側穿入至鋼筋籠內側，沿鋼筋籠加勁箍筋內側綁扎至樁頂部。

4.3.4 樁頂部預留張拉槽

待預應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留張拉槽便于后期張拉時安裝承壓板下部平整。

4.3.5 預應力筋張拉端安裝保護套管

為防止后期樁頭破除過程中破壞預應力筋，需在樁頂部超灌部位安裝硬質量PVC 管，管內孔隙部位采用發泡膠填充，管端部采用膠帶纏繞密封，同時管外壁進行泡沫塑料片包裹。

4.4 安裝預應力筋張拉端組件

預應力筋張拉端組件安裝需待樁頭破除后、張拉預留槽清理后，由下至上依次進行螺旋筋、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 預應力筋張拉

預應力樁混凝土強度達到設計強度后（以同條件混凝土試塊的試驗報告為準），方可進行預應力張拉。預應力筋張拉控制應力為σcon=0.7fptk=1 302 MPa。預應力張拉時采取雙控法，即控制張拉力的同時校核預應力筋的張拉伸長值。實際伸長值與理論伸長值偏差超過±6%時應暫停張拉，查明原因并采取措施予以調整后方可繼續張拉；預應力筋張拉時應逐根填寫預應力筋張拉記錄表；預應力筋的張拉宜對稱進行。在環境溫度低于20 ℃進行緩粘結預應力筋張拉時，應采用持荷超張拉方式，預應力筋應力從零張拉至1.05σcon，并應在持荷一定時間后進行錨固。當溫度高于20 ℃時可不持荷超張拉；當溫度低于5 ℃需要進行張拉時，宜配備緩粘結預應力鋼絞線專用電加熱機對緩粘結預應力鋼絞線進行加熱后張拉。

4.6 封錨

張拉后，應將錨具外露的預應力筋預留不少于預應力筋1.5 倍或30 mm 長度后將多余部分采用無齒鋸或機械切斷機方法切斷，擦去油脂后用與樁身混凝土同強度的灌漿料或細石混凝土進行封堵。

5 結語

綜上，由于本項目北側臨近地鐵施工區域，為避免影響后續地鐵施工，故預應力管樁不予采用；同時普通灌注樁樁身截面較大、鋼筋數量過多、費用高不經濟；緩粘結預應力灌注樁樁身采用抗拉強度高于普通HRB400 鋼筋5 倍的預應力鋼絞線，可節省鋼材用量50%以上，同時樁身截面小、工程造價費用低、與普通灌注樁施工進度相符，有利于節能減排。