无黏结后张预应力抗拔桩施工技术

杜 鹏

中铁建工集团有限公司 广东 广州 511400

建筑工程被动抗浮设计中，对单桩竖向抗拔承载力要求很高。作为主要锚固体的抗拔桩，其抗裂耐久性问题一直备受关注[1]。普通抗拔桩受拉后，拉应力区域混凝土开裂较早，过早的开裂使得抗拔桩一直处于带裂缝状态。为了控制裂缝，通常采用增加受拉钢筋的做法。此方式一定程度增加了抗拔桩的含钢量，多数钢筋发挥不了其受拉的屈服性能，经济性差；同时此方式单位体积超筋，引起了其他超筋破坏的问题。

根据近几年的工程实践，结合理论研究分析，提出一种解决抗拔桩裂缝问题的有效方法，即抗拔桩中引入预应力体系。采用无黏结预应力提供抗力平衡，使得抗拔桩处于超补偿状态，可有效解决抗裂耐久性问题，其与传统的普通抗拔桩相比，作为永久性抗浮措施更加合理[2-5]。

1 工程概况

1.1项目概况

广州白云火车站工程位于广州市白云区，建筑总规模45.3万 m2，其中站房工程14.45万 m2，铁路配套地下停车库14.85万 m2，地铁集散、城市换乘通道及配套工程11.7万 m2。车站为广州枢纽“五主三辅”主要客站之一，总规模为11台24线，其中国铁场10台22线、城际场1台2线。

1.2抗拔桩设计

工程结构底板基础设计为“抗压灌注桩＋承台＋底板”和“预应力抗拔灌注桩＋底板”形式，其中无黏结预应力钻孔灌注桩833根，桩径1 200 mm，有效桩长10～21 m，配筋采用20C20＋（3-7φ15.2 mm），单桩竖向抗拔承载力特征值3 000 kN（图1）。

2 技术简介

2.1技术原理

在无黏结预应力抗拔桩的建筑物抗浮设计中，采用承压型的无黏结预应力对桩体施加压力，同时采用桩侧注浆增加抗拔桩体对周围土体的摩阻力，形成“桩体预加力＋桩侧摩阻力”相互补偿的抗浮结构体系。当土体环境中发生水位变化或处于腐蚀环境情况时，桩体不易发生疲劳裂缝，预应力抗拔桩仍可长时间保持有效作用，与桩侧注浆摩阻力共同抵抗上浮作用。

2.2工艺原理

无黏结后张预应力抗拔桩施工工艺，总体上是在传统的普通抗拔桩中引入预应力体系，再采取后张法工艺。在抗拔桩成孔及下放钢筋笼阶段即预先埋入预应力钢筋束，并预先在钢筋笼的两端设置锚固端和锁定端，随后随钢筋笼下放到桩孔中并成桩，待结构底板混凝土施工完成后，张拉预应力。

无黏结后张预应力抗拔桩施工工艺流程：旋挖钻孔→钢筋笼制作→预应力钢绞线及桩侧注浆管的制作与安装→钢筋笼吊装→浇筑桩身混凝土→桩侧注浆→成形养护→基础底板混凝土浇筑后张拉预应力筋。

桩内钢绞线均分成3个单元，成品字形布置。桩身施工过程中，每个单元在桩身内预埋1根钢管（管径89 mm、壁厚4 mm），钢管两端封口，钢管下部深入桩底，上部到底板顶标高；每个单元锚索分别由7根无黏结钢绞线内锚于锚头组成。钢绞线通过特制的夹具对称地锚固于锚头上，张拉端安装OVM15-7锚具四件套（锚板、夹片、钢垫板、螺旋筋），固定端安装OVM-P15-7挤压型锚具（挤压套、钢垫板、螺旋筋）；张拉工序在桩身混凝土及基础底板混凝土强度达到100%时，方可进行。单根桩的每个单元预应力需同步按30%—30%—40%的次序逐步循环升级进行张拉，每根预应力钢绞线预锁定值按设计要求设置，本工程锁定值为192 kN，如图2所示。

图2 抗拔桩设计

3 关键技术工艺

无黏结后张预应力抗拔桩关键工艺为：桩侧注浆管制作与安装、预应力钢绞线制作与安装、桩侧注浆及基础底板混凝土浇筑后的预应力筋张拉。

3.1桩侧注浆管制作与安装

桩侧注浆管宜采用直径32 mm的镀锌钢管，与钢筋笼主筋绑扎连接。综合砂性土层等因素，宜在离桩底5 m以上、桩顶8 m以下，每隔6～12 m设置1道桩侧后注浆管阀。当有砂性土时，宜将桩侧注浆阀留置于砂性土层的下部。桩侧注浆管安装如图3和图4所示。

图3 桩侧注浆管平面布置

图4 桩侧注浆整体示意

将制作好并配备好桩侧注浆管的钢筋笼在已平整硬化的钢筋笼堆放场上放置，为防止钢筋笼变形，下部应用方木垫高。一般情况下，钢筋笼随制作随安放。钢筋笼上悬挂施工标识牌，以明确相对应的桩号，且在桩顶锚固段钢筋外套泡沫保护层，方便后期桩头剔凿。

3.2预应力钢绞线制作与安装

在桩身内钢绞线均分成3个单元，成品字形布置；桩身施工过程中，预应力钢绞线外部普通钢筋笼制作完成后，每个单元在桩身内预埋1根钢管（管径89 mm、壁厚4 mm，钢管与钢筋笼主筋间距宜为10～20 cm），预埋钢管宜采用焊接措施固定在钢筋笼内部（焊接位置间距宜控制在3 m左右）；每个单元钢绞线固定在底部7孔挤压性锚具后，从钢筋笼底部往顶部穿钢绞线，钢绞线安装完成后应超过底板长度约1.0 m；钢绞线穿过预埋钢管定位后，将钢管两端封口，避免混凝土浇筑过程中混凝土流入钢套管内部，如图5、图6所示。

图5 预应力抗拔桩锚具安装

图6 预应力抗拔桩钢绞线安装

3.3桩侧注浆

注浆材料可根据工程情况设计，通常应选用P.O 42.5级及以上普通硅酸盐水泥，水灰比根据实际情况进行适配，通常按经验值，可控制在0.5～0.6。

制浆设备选用普通搅拌机，搅拌时间不少于3 min，自制备至用完的时间宜小于4 h。

每根桩浇筑完混凝土后，在12～24 h内必须用清水将喷头冲开，同一承台下的最后一根桩浇完混凝土后的第2天开始注浆，注浆前应对注浆阀进行压水试验，压水试验宜按2～3级压力顺次逐级进行，并有一定的压水时间与压水量。压水量宜为0.6 m3，开塞压力宜小于8 MPa。压水试验后应立即初注。注浆应以同一承台下的桩为一组，注浆时应采用低压。复式注浆顺序宜先桩侧后桩端，多断面桩侧注浆应先上后下，桩侧桩端注浆间隔时间不少于2 h。桩端注浆应对同一根桩的各注浆导管依次实施等量注浆。对于群桩注浆，宜先外围后内部。

3.4基础底板混凝土浇筑后的预应力筋张拉

预应力筋应在桩身混凝土及基础底板混凝土强度达到设计强度的100%时，方可进行张拉。预应力应按张拉程序进行（每个单元内预应力钢绞线宜先张拉中心孔道钢绞线，然后以顺时针方向张拉本单元内剩余6根钢绞线），单根桩的每个单元预应力张拉需同步按30%—30%—40%逐步循环升级进行张拉（即每根预应力钢绞线均按三级张拉，张拉力值分别为锁定值的30%、60%、100%，通过标定的压力表读数反映出每级张拉力），每根预应力钢绞线预锁定值为192 kN；一个单元预应力钢绞线张拉完成后，进行下一单元预应力钢绞线张拉。

4 技术优势

采用泥浆护壁成孔灌注桩、预应力技术、后注浆技术、后张法技术等组合技术，技术新颖、安全可靠性佳，充分发挥组合技术的提升效益，有效地提高桩基单桩竖向抗拔承载力，控制桩基混凝土的裂缝，提升桩基混凝土耐久性。

对比传统的普通抗拔桩设计，本技术可优化工程桩抗浮设计中桩基的数量，单桩可节约40%～50%的钢筋使用量，节省工程造价，节约大量工期。以广州白云火车站为例，合计经济效益（节约）为4 794.66万元，节约工期2个月。具体经济效益如表1所示。

表1 无黏结预应力抗拔桩与普通抗拔桩经济指标对比

5 结语

本技术通过提高桩基承载力及耐久性，有效控制桩基混凝土裂缝，在保证建筑物整体抗浮力不变的前提条件下，工程桩设计数量可适当优化。

同时，本技术可减少承台的构造设计，抗拔桩顶无需承台与底板结构受力转换。本技术可节约工程造价，节省工期，经济效益可观。与此同时，可以取得良好的社会效益，节约大量建材的使用，符合绿色节能环保、低碳的绿色建筑要求，在同类型抗拔桩工程中有非常广阔的应用前景。