鋼筋機械錨固技術在抗浮預制樁中的應用

鐘凱強

中鐵十七局集團建筑工程有限公司，山西 太原 030006

預制樁施工主要采用錘擊法和靜壓法，且目前預制樁生產多采用先張法預應力樁，樁頂設置有樁帽，用于錨固預應力鋼筋和承受預制樁施打直接作用力。采用預制樁作為抗拔樁，需要樁基主筋錨入基礎內，預制樁錨筋則需要破除樁頭，且對于預制樁采用預應力鋼絞線作為主筋，鋼絞線錨固力較小，需增加錨固長度。鑒于以上特點，抗拔預制樁錨固引入鋼筋機械錨固技術，利用樁帽錨板作鋼筋錨固板，很好地解決了預制樁樁頭難破除、錨固鋼筋增加等問題。

1 工程概況

某綜合管廊位于濱海吹填區，區域地層較軟，有液化現象，地下水位高。管廊地基設計采用預制方樁進行地基加固處理，并做抗浮樁使用。預制樁為尺寸為400mm×400mm的預應力混凝土實心方樁，樁基為混凝土C60，主筋采用12根直徑為12.6mm的預應力鋼筋，箍筋采用直徑為5mm的鋼絲，設計樁長為9m，單樁豎向承載力標準值Quk=800kN，單樁抗拔力設計標準值Tuk=100kN。樁端入持力層中砂厚度≥2m，樁頂嵌入管廊底板深度為50mm。

2 鋼筋錨固板設計

2.1 設計依據

鋼筋機械錨固技術是將螺帽與墊板合二為一的錨固板通過螺紋與鋼筋端部相連形成的錨固裝置。其作用機理是鋼筋的錨固力全部由錨固板承擔或錨固板和鋼筋的黏結力共同承擔。結合該技術的應用、預制樁結構特點及生產工藝，將預制樁樁帽錨板優化制作成鋼筋連接錨板，用于預制樁與伸入基礎內錨固鋼筋的連接。該連接裝置和方式必須使錨固鋼筋與樁帽錨板連接作用力大于抗拔樁承載力，才能滿足使用要求。

2.2 錨墊板設計

根據設計要求，每根預制樁抗拔力設計標準值Tuk=100kN，承載力要求分析連接裝置受力情況，并進行應力驗算，該連接裝置從上到下依次為錨固鋼筋、錨墊板、預制樁主筋。解析結構組成，并進行力學分析如下：抗拔樁設計抗拔力方向沿樁身豎直向上，抗拔力最先作用于錨固鋼筋上，拉力通過錨固鋼筋傳至錨固鋼筋與錨墊板連接處，通過螺紋連接將拉力傳給錨墊板，錨墊板承受拉力主要形成剪切應力，并通過與樁基主筋錨固分散傳入預制樁樁身。考慮該工程預制樁單樁豎向抗拔承載力設計值較小，確定錨固鋼筋采用8根直徑為16mm的螺紋鋼筋，錨墊板結合預制樁生產標準，采用Q235鋼板。

（1）各部件承載力驗算。根據各部位受力情況分析，要滿足抗拔設計要求，錨固鋼筋、預制樁主筋應滿足承載力要求。錨固鋼筋采用HRB400鋼筋，錨固鋼筋強度標準值fyk=400N/mm2，考慮鋼筋螺紋連接，按標準要求剝肋有效直徑取15.1mm。

式中：σ1為錨固鋼筋受拉應力；F1為單根錨固鋼筋承受拉力，F1=Tuk÷n（n為鋼筋根數）；S1為受拉鋼筋有效截面面積。

驗算得σ1=69.83N/mm2＜fyk=400N/mm2，滿足要求。

預制樁預應力鋼筋直徑為12.6mm，預應力鋼筋強度標準值fptk=1420N/mm2，有效截面面積取公稱面積125mm2。

式中：σ2為預制樁預應力鋼筋受拉應力；F2為單根預制樁預應力鋼筋承受拉力，F2=Tuk÷n（n=12）；S2為受拉預制樁預應力鋼筋有效截面面積。

驗算得σ2=66.7N/mm2＜fptk=1420N/mm2，滿足要求。

（2）錨板厚度設計。根據力學分析，錨板厚度需同時滿足兩個條件：一是滿足自身抗剪強度要求，二是滿足鋼筋螺紋連接長度要求。

滿足錨板抗剪強度的鋼板厚度t1的計算。由于預制樁采用先張法生產，即預制樁生產過程中預應力鋼筋已張拉至設計強度，且錨固位置均勻分布于錨板四周，為保證受力均勻，后錨固鋼筋連接點分布于預制樁預應力鋼筋之間，使錨板受力均勻。受力計算按照錨板上下等效計算。錨板采用Q235鋼板，抗剪強度標準值fv=125N/mm2，鋼板中間割除直徑為250mm的圓，鋼板橫截面面積最小錨固鋼筋間距Bp=296mm，取鋼板抗剪截面有效面積長度L=Bp-D=46mm。

式中：v為鋼板承受剪切力；t1為鋼板厚度。

由于v≤Tuk，計算得t1≥17.4mm。

滿足鋼筋螺紋連接厚度t2的計算。鋼筋螺紋連接長度（鋼板厚度）滿足錨固要求，根據國標鋼筋套筒要求，不同直徑鋼筋螺紋連接的螺紋尺寸有基本規定。采用普通三角形螺紋牙，將螺紋展開按三棱柱尺寸作近似計算，依據《機械設計手冊》，得到：

式中：P為螺紋間距；d為螺紋大徑；d1為螺紋小徑；h為螺紋工作高度；b為螺紋牙底寬度。

螺紋承受靜力荷載，為單向受彎構件，考慮螺紋受力不均勻等情況，采取修整系數γ=5P÷d,螺紋彎曲應力計算如下：

式中：Z為螺紋工作牙圈數；F為軸向拉力。

錨板材質與錨固鋼筋材質不同，選取強度較小的錨墊板進行計算。根據規定，直徑為16mm的螺紋鋼絲頭螺距P=2mm，考慮剪切力效應，由σ≤fv計算取整得Z≥4，即滿足鋼筋螺紋長度的錨板厚度t2≥8mm。

錨板厚度確定。通過計算，錨板厚度必須同時滿足t1、t2的要求，考慮機械錨固連接鋼筋絲頭加工的精度、安裝誤差等對鋼筋和錨板連接質量的影響，在滿足理論驗算的基礎上，增加2圈螺紋，確定錨板厚度t=22mm。

2.3 錨板加工

預制樁樁帽錨板由預制樁生產廠家根據設計要求在工廠定制生產，加工應注意以下內容：（1）錨板幾何尺寸按設計加工，厚度尺寸誤差為正誤差；（2）錨板錨固孔應采用機械自動加工，保證其精度，兩相鄰孔之間的距離偏差不得＞0.5mm；（3）錨固鋼筋錨固孔加工應按照《鋼筋錨固板應用技術規程》（JGJ 256—2011）技術要求進行，螺紋規格要符合國標要求；（4）加工好的錨板應進行防腐處理，鋼筋錨固孔要做好保護和防銹。

3 預制樁錨固鋼筋安裝

3.1 預制樁生產

預制樁在預制場集中加工生產，生產過程嚴格按照預制樁生產工藝進行，生產過程控制還應注意以下三點：（1）在進行樁帽錨板安裝時，要嚴格控制錨板安裝精度，保證錨板頂平面與樁身中線垂直；（2）采用先張法進行樁身主筋張拉，控制張拉力應均勻施加，張拉應力要滿足設計要求；（3）預制樁生產過程中，鋼筋錨固孔要采用有效措施進行保護，防止污染或堵塞。

3.2 預制樁施工

預制樁進場后，應對預制樁進行檢查驗收，確保施打預制樁混凝土強度達到設計要求，檢查合格后準許進行沉樁施工。預制樁應嚴格按照施工工藝進行施工，保證沉樁和樁頭質量。預制樁沉樁完成后，應及時進行樁頂剩余土層清理，對有銹蝕錨板進行除銹，再次進行防腐防銹蝕處理。

3.3 錨固鋼筋加工

錨固鋼筋加工與一般鋼筋機械連接絲頭加工工藝相同，根據錨固長度采用砂輪機或帶鋸進行鋼筋切割，切割面平整；按照對應鋼筋大小更換刀片，調整絲頭加工內孔尺寸，嚴格按照國標尺寸進行加工；絲頭加工長度應在設計計算錨孔深度基礎上增加1P長度。

3.4 錨固鋼筋安裝

錨固鋼筋安裝采用管鉗扳手擰緊，鋼筋絲頭應在錨孔中央位置相互頂緊，外漏絲扣不超過2P；鋼筋安裝后應用扭力扳手校核擰緊扭矩，最小扭矩要符合規范要求。

4 樁基抗拔力檢測

樁基抗拔力用單樁豎向抗拔靜載試驗進行檢測，試驗采用慢速維持荷載法。

5 結束語

目前，裝配式建筑正蓬勃發展，預制樁的使用將更加廣泛。工程施工過程中，針對預制抗拔樁節點的處理問題，引入和采用了鋼筋機械錨固新技術，簡化了預制樁樁基錨固方式，既解決了預制樁樁頭破除處理難題，又在節約成本、縮短工期上起到了很好的效果，同時也保證了樁基的使用效果。