缓粘结预应力灌注桩在抗浮桩选型及施工中的优势

汤亮，李聪聪，袁龙彬，唐明成，杨高勇，徐红桥

（中国建筑第二工程局有限公司，广东珠海 519000）

1 工程概况

珠海机场综合交通枢纽项目一期工程，以地下建筑为主，仅局部设有两层地上建筑，地上建筑面积约1.96×104m2。本工程场地内稳定水面埋深介于0.83～2.20 m，初见水位埋深介于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，且地上建筑体量远小于地下建筑，在考虑建筑基础形式时，需重点考虑抗浮措施，防止建筑因地下水的浮力导致结构破坏。

2 桩基选型

方案一：静压预应力管桩

结合本项目结构及荷载的特点，若采用预应力管桩，桩径为500 mm、桩长30 m，管桩间距2 100 mm。

预应力管桩属于挤土桩，沉桩时桩周土体易被压密或挤开，使土体产生水平位移或隆起，可能造成临近已压入的桩产生上浮、桩位偏移。通过对类似密度的管桩项目进行调研得知，抬土高度甚至能达到1 m。本工程场地北侧临近地铁区域，受地铁影响敏感区域长度680 m，宽度34 m，面积为23 210 m2，显然预应力管桩不适合本项目[1]。

方案二：钻孔灌注桩

本工程地处填海区，地下水含盐量高，JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》规定，处于腐蚀介质中的桩基，应控制桩基不出现裂缝。采用钻孔灌注桩，为满足抗拔桩的抗裂要求，灌注桩需增加钢筋数量，而且为确保钢筋全部布下及满足构造最小钢筋间距，从而加大桩身截面尺寸，不利于节材[2]。

若本项目采用钻孔灌注桩，根据本项目结构及荷载的情况，灌注桩桩径应为1 200～1 800 mm，桩长35 m（从承台底标高算），如桩径1 800 mm 桩身通长纵向钢筋采用37 条HRB400 直径36 mm 的钢筋，混凝土强度等级为C40，桩端进入中风化花岗岩3 m。

方案三：缓粘结预应力灌注桩

缓粘结预应力灌注桩是将缓粘结预应力筋绑扎在桩身竖向普通钢筋内侧，张拉固定端设置于桩身底部、张拉端设置于桩顶部。缓粘结预应力技术可充分发挥高强度钢筋的抗拉性及高强混凝土的抗压性，在结构构件受荷载作用前，先人为地对灌注桩施加一定压力，由此产生的预应力状态用以减小或抵消外荷载所引起的拉应力，即借助混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足，达到推迟受拉区混凝土开裂的目的。

根据计算，本项目若采用缓粘结预应力灌注桩方案，桩径分别为1 100～1 600 mm、桩长30 m（承台底标高算），桩端进入中风化花岗岩2.5 m，预应力筋采用21.8 mm 规格高强耐磨缓粘结预应力钢绞线。缓凝粘合剂的标准张拉适用期为300 d，标准固化时间为900 d，缓粘结预应力钢绞线须在张拉适用期内完成张拉[3]。

高强耐磨缓粘结预应力筋是由钢绞线、外涂缓粘结胶粘剂和外包PE 组成。外包PE 表面必须有横肋与纵肋，21.8 mm规格缓粘结预应力筋横肋肋高不得低于2.1 mm，肋槽深不得低于1.9 mm。肋中缓凝粘合剂充盈。高强耐磨缓粘结预应力钢绞线纵肋为4 条，两条主纵肋，两条副纵肋。主纵肋沿长度方向连续、均匀。副纵肋沿长度方向在凹部间断。21.8 mm 缓粘结预应力筋重量为2.95 kg/m，采用直径为21.8 mm 高强低松驰钢绞线，极限抗拉强度标准值fptk=1 860 MPa，弹性模量Ep＝195 GPa。具体缓粘结预应力灌注桩参数见表1。

表1 缓粘结预应力灌注桩桩表

选用预应力管桩桩径500 mm，桩长30 m，经测算工程造价约2 400 元/m2，由于本项目北侧临近地铁施工区域，为避免影响后续地铁施工，预应力管桩不予采用。

钻孔灌注桩桩径最大为1 800 mm，缓粘结预应力灌注桩桩径最大为1 600 mm。以钻孔灌注桩桩径1 800 mm 对比缓粘结预应力灌注桩桩径1 600 mm 为例，桩径1 800 mm 的钻孔灌注桩，桩身通长纵向钢筋钢材用量295.63 kg/m，桩长预估35 m，工程造价2 140 元/m2。缓粘结预应力灌注桩桩径1 600 mm、桩身通长纵向钢筋钢材用量138.37 kg/m，桩长30 m，工程造价1 554 元/m2。

综上所述，缓粘结预应力灌注桩最适合本项目。

3 缓粘结预应力灌注桩施工工艺流程

测量放线→护筒埋设→桩机旋挖成孔→泥浆护壁→钢筋笼及预应力筋制作→钢筋笼吊放→预应力筋安装→清孔→水下混凝土浇筑→土方开挖及桩头破除→预埋预应力张拉端→预应力张拉→封锚。

4 缓粘结预应力灌注桩施工要点

4.1 预应力筋下料

由于本项目缓粘结预应力灌注桩钢筋笼采用分段制作及安装，为减少预应力筋连接器的安装时间，预应力筋采用通长布置无须接头。钢绞线下料长度根据设计桩长、张拉操作长度、固定端位置综合确定，下料长度=预应力筋在构件内的投影长度+张拉时操作长度。

4.2 安装预应力筋固定端组件

预应力筋下料后，于钢绞线端部安装固定端组件，锚固段端部涂刷防腐油脂，张拉端和固定端锚具与承压板须可靠抵靠，并须保持张拉作用线与承压板面垂直。固定端需分散布置，一半数量设置在设计桩底以上1.0 m 处，另一半数量布置在设计桩底以上1.5 m 处，上下层固定端相互错开。以上材料制作完成后，标记长度、使用位置等，并按规格堆放备用。

4.3 预应力筋安装

桩身预应力筋纵向布置如图1 所示。

图1 桩身预应力筋纵向布置示意图

4.3.1 桩底部预应力筋安装

钢筋笼吊装前，对全部缓粘结预应力筋进行检查，若缓粘结预应力筋的护套有破损，则及时以黄油涂覆并用胶带裹覆。

钢筋笼吊放入孔时，采用钢管横跨在桩基口上。首先，将预应力筋由钢筋笼端部以上4 m 位置沿外侧穿入钢筋笼内侧；然后，下放至桩底部以上1 m、1.5 m 位置（预应力筋端部需分散布置，一半数量设置在设计桩底以上1.0 m 处，另一半数量布置在设计桩底以上1.5 m 处，上下层固定端相互错开）；待预应力筋下放至桩底部位置时，绑扎于钢筋笼竖向纵筋处，绑扎间距≤1 m。随后，采用吊车将钢筋笼提升一定高度后绑扎固定端。同时张拉端和固定端锚具与承压板须可靠抵靠，并须保持张拉作用线与承压板面垂直。

4.3.2 桩中间段预应力筋绑扎

待钢筋笼底部预应力筋固定端绑扎完成后，采用吊车下放钢筋笼至设计标高处，预应力筋沿钢筋笼外侧螺旋箍筋布置，间隔1.0 m 绑扎于竖向纵筋处。

4.3.3 桩顶部预应力筋绑扎

桩顶以下4 m 范围需将预应力筋由钢筋笼螺旋箍筋外侧穿入至钢筋笼内侧，沿钢筋笼加劲箍筋内侧绑扎至桩顶部。

4.3.4 桩顶部预留张拉槽

待预应力筋沿桩身钢筋笼绑扎完成后，桩顶部位置需采用泡沫板预留张拉槽便于后期张拉时安装承压板下部平整。

4.3.5 预应力筋张拉端安装保护套管

为防止后期桩头破除过程中破坏预应力筋，需在桩顶部超灌部位安装硬质量PVC 管，管内孔隙部位采用发泡胶填充，管端部采用胶带缠绕密封，同时管外壁进行泡沫塑料片包裹。

4.4 安装预应力筋张拉端组件

预应力筋张拉端组件安装需待桩头破除后、张拉预留槽清理后，由下至上依次进行螺旋筋、承压板、夹片锚安装，具体做法如图2 所示。

图2 张拉端组件安装示意图

4.5 预应力筋张拉

预应力桩混凝土强度达到设计强度后（以同条件混凝土试块的试验报告为准），方可进行预应力张拉。预应力筋张拉控制应力为σcon=0.7fptk=1 302 MPa。预应力张拉时采取双控法，即控制张拉力的同时校核预应力筋的张拉伸长值。实际伸长值与理论伸长值偏差超过±6%时应暂停张拉，查明原因并采取措施予以调整后方可继续张拉；预应力筋张拉时应逐根填写预应力筋张拉记录表；预应力筋的张拉宜对称进行。在环境温度低于20 ℃进行缓粘结预应力筋张拉时，应采用持荷超张拉方式，预应力筋应力从零张拉至1.05σcon，并应在持荷一定时间后进行锚固。当温度高于20 ℃时可不持荷超张拉；当温度低于5 ℃需要进行张拉时，宜配备缓粘结预应力钢绞线专用电加热机对缓粘结预应力钢绞线进行加热后张拉。

4.6 封锚

张拉后，应将锚具外露的预应力筋预留不少于预应力筋1.5 倍或30 mm 长度后将多余部分采用无齿锯或机械切断机方法切断，擦去油脂后用与桩身混凝土同强度的灌浆料或细石混凝土进行封堵。

5 结语

综上，由于本项目北侧临近地铁施工区域，为避免影响后续地铁施工，故预应力管桩不予采用；同时普通灌注桩桩身截面较大、钢筋数量过多、费用高不经济；缓粘结预应力灌注桩桩身采用抗拉强度高于普通HRB400 钢筋5 倍的预应力钢绞线，可节省钢材用量50%以上，同时桩身截面小、工程造价费用低、与普通灌注桩施工进度相符，有利于节能减排。