TZ螺锁式连接预应力混凝土异形管桩的施工技术

文 杰 唐 云 万展君 史 朋 龚 达

中国建筑第八工程局有限公司总承包公司 上海 201204

1 工程概况

某项目位于上海市浦东新区张江总部园区南部B5-04地块，总占地面积28 339.3 m2，总建筑面积123 611.36 m2，其中，地上建筑面积80 631.36 m2、地下建筑面积42 980.0 m2。项目桩基设计等级为甲级、地基基础安全等级为二级，项目工程桩采用TZ螺锁式连接预应力混凝土异形管桩。桩基平面如图1所示。

图1 桩基平面示意

2 桩型简介

TZ螺锁式连接预应力混凝土异形桩（下称“螺锁式异形桩”）外形如图2所示；其桩表面侧向设置横向肋或同时设置横向及纵向肋，桩连接时上桩端下伸螺栓露出和下桩顶内凹锁扣连接，并在连接面使用专用材料密封，可减少端板铁件外露和孔内外污水对铁件产生的腐蚀。与传统桩连接工艺相比，避免了焊接对钢棒锻头和桩端部混凝土造成的再次损伤。通过机械连接件的张拉螺母和锚固钢筋之间的螺栓连接，使桩身纵向受力钢筋锚入承台，方便施工，符合GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》中预应力混凝土抗拔桩与承台连接的规定，确保工程质量。连接件组成如图3所示。

图2 螺锁式异形桩外形

图3 TZ螺锁式连接预应力混凝土异形管桩连接件构造

螺锁式异形桩的凹凸外形提高了桩的侧摩阻力，与同截面尺寸的圆形或方形桩相比，侧摩阻力可提高10%～30%。

3 优势分析

工程桩基施工时，采用普通管桩施工一般都能缩短工期，有较好的经济效益。但普通管桩的抗震性能、耐腐蚀性和抗拔效果均较差，导致有较大的偏位、折断的风险，且焊接耗时耗力，焊接后接头仍然容易松动或开裂。在软土地基工程应用当中，普通预应力混凝土管桩还存在以下主要问题[1]：地质条件复杂，成桩困难；桩身接头耐久性不足；桩身与承台的连接无法满足质量要求；生产过程中易因材料质量不合格而导致桩身质量达不到标准。

针对上述普通预应力混凝土管桩问题，螺锁式异形桩都能有效解决，分析如下：

1）面对复杂的地质条件，螺锁式异形桩在设计生产时沿着桩身外壁设置若干个环形凸肋，环形凸肋间距1～3 m，并在环形凸肋间隔中均匀加设数条纵肋来连接环形凸肋。环形凸肋有效强化了桩身的摩擦性能，增加了管桩的有效横截面积，进一步提高了管桩的负荷性能，降低了施工难度，提高了管桩的品质。

2）螺锁式异形桩的连接方式不是焊接而是采用特殊的机械连接。因取消传统端板焊接而采用特殊的防腐密封机械连接装置可以进一步提高其耐久性，同时有效避开了焊接工艺弊端，进一步保证桩身完整性，并且和传统焊接相比更加环保和节省资源，合理地节省了管桩施工成本，从源头上减少管桩工程质量事故。

3）螺锁式异形桩首先通过预制螺母将锚固钢筋直接与桩体连接，然后伸入承台与承台连接，可减少桩芯灌浆的混凝土浇筑量。另外，锚固钢筋直接与桩连接，放入承台。承台受力，由锚固钢筋直接传递至桩体，保证桩身和承台的连接质量。

4）螺锁式异形桩的材料使用必须符合T/SCDA 030—2019《TZ螺锁式连接预应力混凝土异形桩》的规定：比如大、小螺母及锚固螺母应采用不低于25#碳素结构钢或性能相同的钢。桩用密封材料的环氧树脂及固化剂应符合现行国家标准GB/T 13657—2011《双酚A型环氧树脂》的规定。在生产过程中严格控制和使用符合要求的材料，保证桩的质量达到标准。

从施工角度来看，与通常的预应力混凝土管桩相比，螺锁式异形桩还有以下优点：

1）接桩施工速度快，大大缩短成桩工期。一般的预应力混凝土管桩主要采用焊接。一个接头焊接所需的时间是10～15 min，焊缝自然冷却到合适的温度后再沉桩。而螺锁式异形桩接桩采用特殊机械连接，仅需3～5 min即可完成连接，成倍地提高施工速度。

2）桩身轴心受压、受拉承载力高。根据10G409《预应力混凝土管桩》图集，管桩根据桩混凝土的有效预压应力值分为A型（4 MPa）、AB型（6 MPa）、B型（8 MPa）、C型（10 MPa）。T/SCDA 030—2019《TZ螺锁式连接预应力混凝土异型桩》规范说明螺锁式异形管桩按混凝土有效预压应力分为B型（6.0 MPa）、C型（8.0 MPa）、D型（10 MPa）和E型（12 MPa）；JGJ/T 405—2017《预应力混凝土异型预制桩技术规程》说明异形管桩按混凝土有效预压应力值分为A型（4 MPa）、AB型（6 MPa）、B型（8 MPa）和C型（10 MPa）。

在桩身同等外径，所用混凝土强度等级相同的情况下，桩身轴心受压承载力设计值比较如图4所示，桩身轴心受拉承载力设计值比较如表1所示，TZ螺锁式连接预应力混凝土异形管桩轴心受压，受拉承载力明显高于普通预应力混凝土管桩，大约为20%。

图4 管桩与异形桩轴心受压承载力对比

表1 普通预应力管桩与TZ螺锁式连接预应力混凝土异形桩轴心受拉承载力对比

3）节约混凝土，节约资源，节约人工成本。500-460（100）型号的TZ螺锁式连接预应力混凝土异形桩沿着桩身外壁设置若干个环形凸肋，环形的肋条间距为1～3 m，且在环形的肋条间距上均匀加入几根肋条，连接环形的肋条。现以同等外径500 mm、壁厚100 mm为例，在同等桩长46 m的情况下，1根TZ螺锁式连接预应力混凝土异形桩比普通预应力混凝土管桩能省大约0.7 m3的C80混凝土。因此可以大大地减少使用的混凝土材料，节约资源。

另外，普通预应力混凝土管桩通常采用焊接的方式接桩。这种接桩方式虽然工艺简单，但在施工过程中焊接人员往往不能有效执行，焊接质量无法保证。在沉桩的施工过程中，管桩接头会承受上千次拉压往复应力，若焊接环节存在缺陷或不足，则极有可能造成接头松动或开裂，给工程带来质量不合格等隐患；但TZ螺锁式连接预应力混凝土异形桩开发的新型机械连接方式可有效保证该桩的连接刚性、牢固，接桩施工相对快速；同时桩端涂抹环氧树脂和固化剂制成的密封材料，保证桩端接头有足够的耐久性，节省了大量的人工成本。

4 施工流程

TZ螺锁式连接预应力混凝土异形管桩在本工程项目中的工艺流程如图5所示。

图5 TZ螺锁式连接预应力混凝土异形桩施工工艺流程

本项目预制桩主要为T-PHC-C500-460（130），入土深度为47 m，有效桩长为46 m，根据场区地层条件和施工经验，采用静压法施工工艺。静压施工如图6所示。

图6 静压法施工示意

施工流程主要步骤如下：

1）静压施工前应完成现场“三通一平”的工作，方便后续设备进场；提前规划出桩材堆放场地，并要求平整牢固，无不均匀沉陷，且遵循桩堆放层数最多3层的原则；桩堆放时应采取有效措施防止桩滚动；清除地下和空间障碍物；保证工地周围排水畅通；明确吊桩时吊点处必须要有支点，且上下支点应垂直对齐。

2）单点吊桩的情况下，绳子连接到桩端0.29L（L为桩的长度）。桩直挂后将其吊入桩机夹桩孔内扶正就位，然后以桩位为直角点，沿两射线边放2台经纬仪，从正面和侧面观测桩的垂直度，精度控制在0.5%内，特别是第1节桩垂直度应控制在0.3%内，确保其垂直导向效果。

3）打桩速度不能超过3 m/min。把桩沉入土内2 m左右，用经纬仪观测桩身和桩架是否垂直；如果桩的平台符合水平标准，则可正常沉桩。打桩遇到坚硬的土层时，中间不能有停顿。桩端进入持力层时，已达到确定的桩力，但未达到设计标高时，应保压1～2 min。

4）接桩时上桩端下伸螺栓露出和下桩顶内凹锁扣连接。将下桩沉桩至下桩顶高于地面0.8～1.0 m处，方可进行接桩。接桩前检查桩两端的连接卡扣件，扣件无损坏方可施工。在桩端连接面上涂抹足够的专用材料密封并防腐。转动上桩直到控制好上桩露出的螺栓与下桩内凹锁扣的轴线在同一条直线上，再缓缓插入，桩之间不得有碰撞。

5）送桩时的轴线必须与桩的轴线一致。然后，用涂漆在桩进给器上明示施工的进给桩的深度，将桩正确地施工到设计标高。桩下沉接近设计的标高时，不能提前停止。

5 结语

针对普通预应力管桩在沿海软土地基工程施工中出现的主要问题，工程所用TZ螺锁式连接预应力混凝土异形桩采取了有效构造措施加以避免，可安全运用于沿海软土地区等复杂地质；开发的新型机械连接方式可有效保证桩的连接刚性、牢固，接桩施工相对快速。接桩时桩端涂抹环氧树脂和固化剂制成的密封材料，保证桩端接头有足够的耐久性；通过预制螺母将锚固钢筋直接与桩体连接，然后伸入承台与承台连接，可减少桩芯灌浆的混凝土浇筑量。

[1] 张能钦.预应力混凝土竹节桩承载性能研究[D].合肥:合肥工业大学,2016.