预应力螺锁式预制方桩工程施工技术研究

预应力螺锁式预制方桩工程施工技术研究

唐晓东

上海临港地区公共租赁住房运营管理有限公司      上海        201306

摘要：近年来，随着我国经济突飞猛进的发展，科研创新方面较为突出，新型预制方桩接桩工艺层出不穷，例如螺锁式连接预应力混凝土方桩、弹卡式连接预应力混凝土方桩、销钉机械连接预应力混凝土实心方桩等等。其中螺锁式因接桩工艺便于实际操作，施工速度快，成本低等特点，建筑桩基工程中也将会越来越多地采用该种桩基础。目前，在钢筋混凝土预制方桩施工过程中，方桩的施工一般采用静压法，而由于监测方法、地质条件、施工方式、桩基接头质量等多方面的影响因素，导致桩基工程施工中面临各种潜在质量问题。为了改善钢筋混凝土预制方桩工程施工的质量，下面结合工程实际，就螺锁式连接预应力混凝土方桩施工质量的控制进行论述。

关键词：沿海地区；施工技术；螺锁式接头；预制桩；桩基工程；预应力混凝土

ConstructionTechnology of Prefabricated Prestressed

Screw LockSquare Pile Connection

Abstract: In recent years, with the rapid development of China's economy, scientific research and innovation have become more prominent. New types of prefabricated square pile connection techniques have emerged one after another, such as screw lock connection prestressed concrete square piles, elastic card connection prestressed concrete square piles, pin mechanical connection prestressed concrete solid square piles, and so on. The screw lock type pile connection technology is convenient for practical operation, fast construction speed, low cost and other characteristics, so this kind of Pile foundation will be more and more used in building pile foundation projects. At present, in the construction process of prefabricated reinforced concrete square piles, static pressure method is generally used for the construction of square piles. However, due to various factors such as monitoring methods, geological conditions, construction methods, and the quality of pile foundation joints, various potential quality problems are faced in the construction of pile foundation engineering. In order to improve the quality of the construction of reinforced concrete precast square piles, the following is a discussion on the control of the construction quality of screw lock connection prestressed concrete square piles based on the actual engineering situation.

Keywords: Coastal areas; Construction technology; Research on construction technology of prestressed screw lock prefabricated square pile engineering.

1、引言

随着我国经济社会的快速发展，城市化进程不断加快，建筑工程规模日益扩大，对基础工程的要求也越来越高。为了满足建筑物的安全性、经济性和美观性，需要选用合适的桩型和施工方法。预应力混凝土预制桩是一种广泛应用的桩型，具有质量可控、施工快速、环境友好等优点

。但是，传统的预应力混凝土预制桩也存在一些问题，如材料消耗大、承载力低、连接困难、易受腐蚀等。

为了克服这些问题，近年来出现了一种新型的预应力混凝土预制桩——预应力螺锁式预制桩。该桩是采用先张法工艺生产，并采用螺锁式机械连接件对接上下节桩并配合专用环氧树脂进行密封的机械连接接头。该桩具有节省材料、提高承载力、方便连接、防腐耐久等优点，适用于抗震设防烈度8度及以下地区工业与民用建筑和市政工程的桩基工程。

本文介绍了预应力螺锁式预制桩的结构特点、设计原则、施工方法和工程应用，并对其发展前景进行了展望。

2、工程概况

本项目位于上海市浦东新区申港街道（四至范围：东至：银飞路、WNW-C3A-03地块，西至：WNW-C3A-01地块，南至：WNW-C3A-01、WNW-C3A-03地块，北至：WNW-C3A-01地块).

拟建项目为大型公共商业设施，含一座地上7层温泉酒店+商业楼、一座地上7层海洋酒店+商业楼、一座地上6层海洋文化主题商业楼以及地下2 层地下车库。本工程总用地面积39999.70m2，总建筑面积138921.03m2，地上建筑面积81110.84m2，地下建筑面积57810.19m2。地上由3个建筑子项组成，整体设置地下二层地下室。

3、预应力螺锁式预制桩的结构特点

预应力螺锁式预制桩的桩身横截面外轮廓为方形或纵向变截面方形，上下节柱采用螺锁式接头连接。其中，桩身横截面外轮廓为纵向变截面方形的异型方柱由于外形凹凸，侧阻力在不同土层中可提高10%~30%。

预应力螺锁式预制桩的桩身采用先张法工艺生产，即在混凝土浇筑前，将钢筋或钢绞线进行预张拉伸，并用锚具固定在模具内，然后浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，松开锚具，使钢筋或钢绞线回缩，产生预应力。这样可以提高混凝土的抗压强度和抗裂性能，降低混凝土的自重和截面尺寸，增加桩身的承载力和刚度。

预应力螺锁式预制桩的桩身采用C50或C60级高强混凝土，钢筋或钢棒采用HRB400级或1860MPa级高强度材料。根据不同的荷载和地质条件，可选用不同的截面尺寸和钢筋或钢棒配置。

预应力螺锁式预制桩的桩顶有两种连接方式：抗压桩连接和抗拔桩连接。抗压桩连接是指将上下节柱的端板用螺栓和弹卡环氧树脂胶连接，适用于承受竖向受压荷载的情况。抗拔桩连接是指在上下节柱的端板中间设置锚固螺栓，并用环氧树脂胶进行密封，适用于承受竖向受拉荷载的情况。专用的螺锁式机械连接件由上螺下锁式的螺栓、弹卡和环氧树脂胶组成。该连接件具有承载力大于桩身、初始刚度大、接头处无间隙、防水防腐等优点，能够保证上下节柱之间的牢固连接和整体性能。

4、桩基础概况

建筑桩基设计等级为甲级。采用静压沉桩，压桩方式采用抱压式。先期试桩螺锁式预应力方桩T-PF-AB400，工程桩施工采用螺锁式预应力方桩T-PF-D400，具体施工内容主要包括：

（1）工程桩：预应力混凝土方桩T-PF-AB400-9、10，桩长19米，桩顶绝对标高-6.05米，单桩设计承压承载1050KN；

（2）工程桩：预应力混凝土方桩T-PF-AB400-9、10根，桩长19米，桩顶绝对标高-5.55 米，单桩设计承压承载480KN；

（3）先期试桩1：预制钢筋混凝土方桩T-PF-D400-14、15，7根，桩长29米，桩顶绝对标高4.25/4.95米，单桩设计承压承载1050KN，设计抗拔承载500KN，预估最大加荷值2850KN（抗压）；

（4）先期试桩2：预制钢筋混凝土方桩T-PF-D400-14、15，10根，桩长29 米，桩顶绝对标高4.25/4.95米，单桩设计承压承载480KN，设计抗拔承载500KN，预估最大加荷值1400KN（抗拔）；

（5）检验试桩1：预制钢筋混凝土方桩T-PF-D400-9、10，14根，桩长29米，桩顶绝对标高4.25/4.95米，单桩设计承压承载1050KN，设计抗拔承载500KN，预估最大加荷值2850KN（抗压）；

（6）检验试桩2：预制钢筋混凝土方桩T-PF-D400-9、10，21 根，桩长29米，桩顶绝对标高4.25/4.95米，单桩设计承压承载480KN，设计抗拔承载500KN，预估最大加荷值1400KN（抗拔）。

5、优势分析

（1）涂抹的环氧树脂对连接件起了保护作用，故该连接方式的防腐等性能有了较大的提高。

（2）螺锁式连接预应力混凝土方桩具有连接方便快捷，提高了施工的可靠度。

（3）相较于普通方桩，其侧摩阻力按照《TZ螺锁式连接预应力混凝土实心方桩》(T/SCDA051-2020)可提高10%~30%，大幅节约了工程项目的桩基础建设费用，经济效益显著。

（4）通过采用螺锁式机械连接接桩方式取代传统的端板焊接，提高了连接性能、接桩质量、施工速度。

（5）承台连接时，纵向预应力钢筋可通过螺栓连接直接锚入承台，预应力钢筋和锚固钢筋在一条轴线上，满足《建筑地基基础设计规范》

GB50007-2018 中预应力钢筋必须锚入承台的要求。

（6）配筋较空心预制桩多，其抗弯、抗剪、抗拉、抗压能力较空心桩都有明显提高，特别适合用于抗震设防烈度8 度及以下地区，可用于多节抗拔桩。

（7）螺锁式连接预应力混凝土方桩在技术创新或者先进性，相对于普通预制空心桩穿层能力弱、端板焊接接桩方式难以保证施工质量等问题进行了技术创新，通过优化桩身截面型式提高桩身、桩基承载力，解决了穿层难等技术问题。

4、施工流程

（1）施工工艺流程

图1 施工工艺流程图

（2）操作要点

压桩机就位：压桩机就位时应对准桩位，启动平台支腿油缸，校正平台处于水平状态。

图2 静压桩机

（3）起吊和搬运要点

必须做到平衡并不得损坏，水平吊运时应采用起吊点，机械连接预制桩的吊装宜采用两支点法或两头勾吊法,吊钩与桩身的水平夹角不得小于45°。采用两支点法时，两吊点位置距离两桩端不宜大于0.21L(L 为桩段长度)。采用两头勾吊法时应进行吊装验算。装卸时应轻起轻放，严禁抛掷、碰撞、滚落。

图3 桩的起吊

（4）插桩、压桩起吊采用单点捆吊，起吊后，将桩尖对准桩位中心木桩或钢筋缓缓放下，插入土中

图4 插桩、压桩起吊

（5）稳压和压桩：当桩尖插入桩位，微微启动压桩油缸，当入土至0.5m 时，再次校正桩的垂直度，保证桩的纵横双向垂直偏差不得超过0.5%，然后启动压桩油缸，把桩徐徐压下，控制压桩速度不超过2m/min。

（6）接桩：螺锁式连接接桩、卡扣的安装顺序应符合下列规定：

①检查桩两端制作的尺寸偏差及连接卡扣件，无受损后方可起吊施工；

②卸除上、下节桩两端的保护装置并清理接头残物；

③将插杆安装在上节桩张拉端的小螺母上，在下节桩固定端的大螺母里安装弹簧、垫片、锁片及中间螺母，并用专用检测工具检测大小螺母、中间螺母端面距桩端面深度与插杆平台距桩端面深度，允许偏差见下表；

表1 接桩检测允许偏差表

图5 接桩前剖面详图

图6 插杆安装

④在下节桩端面涂抹由环氧树脂、环氧树脂固化剂配制的专用密封材料，其初凝时间不应超过6h，终凝时间不应超过12h，温度低于10℃时应加热处理至20℃~30℃,操作时间应控制在2min 以内，400mm 宽方桩专用密封材料用量不应低于490ml；

图7 涂抹专用密封材料

⑤将插杆与中间螺母的轴线重合，缓慢插入，严禁碰撞。插接后，密封材料宜溢出接口，接口应无缝隙。

图8 接桩前剖面图

图9 接桩后现场图

⑥连接时，应准确对准3 个以上孔方可插入，待确认上下节桩完全连接后，方可沉桩。拼接后的上节桩压入地下3m 后方可拆卸起吊钢绳。抱压式桩机安放定位器时应正确,依靠定位器将上下节桩对齐。螺锁式实心方桩截桩时应采用锯桩器，严禁采用大锤横向敲击截桩或强行扳拉截桩及液压夹具强制夹破碎桩端混凝土截桩。

（7）送桩：桩顶标高低于压桩机抱压器高度，需采用送桩器进行送桩，送桩器的中心线与桩身吻合一致才能送桩，压桩应连续，同一根桩的中间间歇不超过半小时。

（8）稳桩：当压桩力达到两倍设计载或桩端已达到标高，测定最后稳压的贯入度记录压力读数。

（9）桩的垂直度按规定要求不超过0.5%，压桩过程中用二台正反架设的经纬仪按正桩的垂直度，接桩前要重新校上下节桩的正桩垂直度。

（10）桩顶高用水准仪监测控制，送桩器与桩架上标出送桩深度标志。

（11）压桩施工时派专人做好施工记录在压桩过程重要记录桩入土深度和压力表读数的关系以判桩的质量及承载力，当下沉到标高或两倍设计荷载时，应记录最后压力表读数。

6、桩基验收

预应力螺锁式预制桩的桩基验收应按照《建筑地基基础检测规范》GB 50223-2008等相关规范的要求，对沉设完毕的预应力螺锁式预制桩进行外观检查、竖向承载力试验、水平承载力试验、完整性检测等检测项目，并根据检测结果判断预应力螺锁式预制桩的质量是否符合设计要求。预应力螺锁式预制桩的主要检测项目及方法如下：

外观检查：对每根预应力螺锁式预制桩进行外观检查，主要检查其表面是否有裂缝、剥落、破损等缺陷，以及其垂直度、偏心度、连接处是否牢固等情况。外观检查不合格的预应力螺锁式预制桩的处理，应按照设计要求和相关规范进行修复或更换。

完整性检测：对混凝土预制桩，应对每根桩进行完整性检测，主要检查桩身是否有断裂、空洞、蜂窝、裂缝等缺陷，以及桩身的长度、截面积等参数。完整性检测的方法有低应变反射波法、超声波透射法、声波成像法等。完整性检测不合格的预应力螺锁式预制桩，应按照设计要求和相关规范进行修复或更换。

验收评定：根据桩基验收的各项检测结果，综合评定预应力螺锁式预制桩的质量是否符合设计要求和相关规范。验收评定的标准有以下几方面：

•桩位偏差：预应力螺锁式预制桩的桩位偏差必须符合规定。

•桩顶标高：预应力螺锁式预制桩的桩顶标高至少要比设计标高高出0.5m。

•桩身质量：预应力螺锁式预制桩的桩身质量必须通过外观检查和完整性检测，没有影响承载力和耐久性的缺陷。

•桩基承载力：预应力螺锁式预制桩的单桩承载力必须通过竖向承载力试验和水平承载力试验，达到或超过设计要求。

•桩基沉降：预应力螺锁式预制桩的单桩沉降和群桩沉降必须在允许范围内，并符合结构安全和使用功能的要求。

根据验收评定的结果，对预应力螺锁式预制桩进行合格、不合格或局部不合格的判定，并出具相应的验收报告。对不合格或局部不合格的预应力螺锁式预制桩，应按照设计要求和相关规范进行修复或更换，并重新进行检测和验收。

5、结语

本文介绍了预应力螺锁式预制桩的桩基施工技术，主要包括桩的生产、运输、沉设、接头连接、桩基验收等方面。预应力螺锁式预制桩具有以下优点：

（1）预应力螺锁式预制桩的桩身横截面为方形或纵向变截面方形，具有较大的侧阻力，能够提高桩的竖向承载力和水平承载力。

（2）预应力螺锁式预制桩采用先张法工艺生产，能够有效地控制混凝土的裂缝和应力，提高桩的耐久性和抗震性。

（3）预应力螺锁式预制桩采用螺栓和弹卡结合环氧树脂胶的机械连接方式，能够实现快速、牢固、可靠的接头连接，避免了接头处的弱化和外露。

（4）预应力螺锁式预制桩适用于各种土质条件和荷载情况，能够满足不同工程的设计要求，具有较强的适应性和通用性。

（5）预应力螺锁式预制桩施工工艺简单，施工速度快，施工质量易于控制和检测，能够节省工期和成本，提高工程效益。

（6）影响预应力螺锁式预制方桩工程施工技术的主要因素有预制方桩的强度、接桩的施工质量、工程桩施工前应进行工艺性试桩，严格控制压桩质量控制标准。

（7）桩在堆放、起吊、运输过程中，应严格按照有关规定或操作规程执行，发现桩开裂超过有关规定时，不得使用。普通预制桩经蒸压达到要求强度后，宜在自然条件下再养护一个半月，以提高桩的后期强度。施打前桩的强度必须达到设计强度100％(指多为穿过硬夹层的端承桩)的老桩方可施打。而对纯摩擦桩，强度达到70％便可施打。

（8）选择合理的打桩顺序，特别是柱基群桩，如若先打中间桩，后打四周桩，则桩会被抬起；相反，若先打四周桩，后打中间桩，则很难打入。为此应选用“之”字形打桩顺序，或从中间分开往两侧对称施打的顺序

综上所述，预应力螺锁式预制桩是一种新型的高性能混凝土桩基形式，具有广阔的发展前景和应用价值。建议在今后的工程实践中加强对其性能特点、施工技术、设计方法等方面的研究和推广，以促进我国桩基技术的进步和创新。

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