抗拔樁及其連接承臺方式的創(chuàng)新和應(yīng)用前景

1、 預(yù)應(yīng)力抗拔樁及與承臺連接方式的創(chuàng)新和應(yīng)用前景李全民 陳奔放 唐書斌（江蘇同力建材集團(tuán)鹽城市同力新型建材有限公司，江蘇鹽城 224014）摘要 為充分發(fā)揮混凝土材料和鋼筋的作用，節(jié)約資源，也為需要抗拔的建筑物設(shè)施提供可靠的抗拔樁基礎(chǔ)，以及安全、便捷、經(jīng)濟(jì)的樁基與承臺連接方法，我們研發(fā)了具有創(chuàng)新意義的預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔離心方樁及其樁與承臺快捷機(jī)械連接方式，并獲得了國家專利。文章對抗拔樁及連接方式做了詳細(xì)分析介紹，并展望了未來替代和淘汰原預(yù)制混凝土方樁（實(shí)心方樁）、替代原有的管樁和空心方樁與承臺的內(nèi)孔砼填芯連接方式所產(chǎn)生的巨大推廣應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞 建筑材料 抗拔樁 預(yù)應(yīng)力 承臺連接方式Innovat

2、ion And Application Prospect Of Pre-stressed Uplift Pile And Connecting Method And PlatformAbstract In order to give full play to the role of material of concrete and steel, saving resources, but also provide a reliable basis for the need of the uplift pile pullout building facilities, as well as sa

3、fe, convenient, economical connection piles and pile caps, we developed a prestressed concrete has innovation significance of uplift piles and pile caps of centrifugal square pile and quick mechanical connection mode, and obtained the national patent. The uplift piles and connecting method are intro

4、duced in detail, and prospects the future replacement and elimination of the precast concrete pile ( solid square pile ), huge application prospect produced instead of the original pipe and hollow square pile and pile cap of the inner hole of concrete core filling connection mode. Keyword building m

5、aterial ;uplift pile ;Prestressed; Cap connection mode0 引言 預(yù)制鋼筋混凝土方樁（實(shí)心方樁）作為用于樁基礎(chǔ)的建筑材料，在我國使用由來已久，尤其在預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁十幾年的普及推廣使用之前，還大量的作為承壓樁使用，并有相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)JC934-2004和設(shè)計(jì)圖集04G361。目前由于各地對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁的的應(yīng)用范圍進(jìn)行了限制，尤其對管樁、空心方樁作為抗拔樁存在很多爭議、不提倡使用，設(shè)計(jì)院也傾向于設(shè)計(jì)使用預(yù)制鋼筋混凝土方樁（實(shí)心方樁）作為抗拔樁，也有設(shè)計(jì)灌注樁作為抗拔樁。隨著我國的地下建筑越來越多，

6、抗拔樁的用量也是越來越大，因此實(shí)心方樁還占有很大的市場。對于目前廣泛使用的預(yù)制鋼筋混凝土方樁（實(shí)心方樁）作為抗拔樁，其耗用的混凝土和鋼筋使用量很大，混凝土強(qiáng)度也不高，只有C30-50，生產(chǎn)效率低，而且與基礎(chǔ)承臺的連接方式也是通過截樁、樁頭破碎、將鋼筋錨入承臺，施工質(zhì)量控制難以保證。即使部分建設(shè)項(xiàng)目采用了管樁、空心方樁作為抗拔樁，由于其是按照標(biāo)準(zhǔn)圖集生產(chǎn)的產(chǎn)品，對抗拔用樁沒有規(guī)范局部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，所以對樁與樁的連接、樁與承臺的連接方面存在現(xiàn)場施工質(zhì)量控制難度大、施工周期長、耗用材料多、造價高等弊病。對此，我們研發(fā)了預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔空心樁、樁與樁連接、樁與承臺的連接裝置，并在幾個建設(shè)項(xiàng)目中得到了驗(yàn)證和

7、應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期效果。1 抗拔樁 隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)度的發(fā)展，城市土地資源越來越緊張，城市建筑的發(fā)展向地下和高空要空間，地下空間利用的越來越多，基礎(chǔ)埋深越來越深，特別是基礎(chǔ)浸入地下水的深度越來越大，建筑物基礎(chǔ)承受上拔荷載的情況愈來愈多，而且基礎(chǔ)所承受的上拔荷載越來越大。為了滿足這種基礎(chǔ)的受力平衡，目前一般采用樁基的形式來解決，而這種受上拔力的樁我們一般稱之為抗拔樁?？拱螛兜氖褂迷絹碓狡占埃壳皬V泛使用的就是灌注樁和預(yù)制鋼筋混凝土方樁（實(shí)心方樁）。1.1 預(yù)制鋼筋混凝土方樁預(yù)制鋼筋混凝土方樁簡稱實(shí)心方樁，是一種在工廠地面或水泥路面上用木模板或鋼模板作砼模具，然后置入鋼筋籠再人工澆筑混凝土并機(jī)械振搗

8、混凝土再露天自然養(yǎng)護(hù)而成，鮮有蒸汽養(yǎng)護(hù)，生產(chǎn)周期長。勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，混凝土用量大、鋼筋耗用多。混凝土強(qiáng)度也不高，一般C30-40，C組C50?；炷劣捎跊]有預(yù)壓應(yīng)力，樁身容易產(chǎn)生收縮裂縫，在起吊、運(yùn)輸、施工過程中因受力也容易產(chǎn)生裂縫。目前，實(shí)心方樁經(jīng)常應(yīng)用于抗拔樁，在承壓樁、支護(hù)樁場合也經(jīng)常使用。在用作承壓樁和抗拔樁時由于混凝土樁身固有裂縫不能閉合，影響了樁的耐久性。另外，在受到上拔力的作用下，混凝土由于無預(yù)壓應(yīng)力，而混凝土的抗拉強(qiáng)度很小，按照規(guī)范JTG D62-2004所述，C30-C50砼的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值只有1.39-1.83 MPa。如400*400的實(shí)心方樁C30-C50強(qiáng)度其

9、混凝土的抗拔力只有23-30噸，但實(shí)際作為抗拔樁使用時考慮到實(shí)心方樁所配螺紋鋼筋的抗拉力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于30噸，所以設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)該樁位時抗拔力一般取值都是2-3倍以上達(dá)70-90噸甚至100多噸，此時混凝土早就出現(xiàn)了裂縫。因此實(shí)心方樁作為抗拔樁時耐久性大大降低。1.2灌注樁 灌注樁是一種直接在現(xiàn)場樁位上采用人工或機(jī)械就地成孔，然后在孔內(nèi)澆筑混凝土或安放鋼筋籠再澆筑混凝土而成的樁。目前主要應(yīng)用于承壓樁，也適用于抗拔樁。施工質(zhì)量的好壞對樁的承載力影響很大，因混凝土是在泥水中灌注的，因此混凝土質(zhì)量較難控制。另外由于現(xiàn)場施工，受場地、天氣影響較大，泥漿排放污染環(huán)境，勞動強(qiáng)度大，施工周期也長，混凝土用量和鋼筋用量

10、大，造價高。由于灌注樁混凝土質(zhì)量難以控制，檢測也困難，砼強(qiáng)度也低，作為抗拔樁時安全隱患多，所以樁基施工質(zhì)量事故也多。灌注樁作為抗拔樁時同實(shí)心方樁一樣，同樣存在混凝土因無預(yù)壓應(yīng)力而抗拉強(qiáng)度低、耐久性差缺陷。1.3 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁 按照GB13476生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁及按照J(rèn)C/T2029生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁，在樁基礎(chǔ)工程中主要作為永久性承壓樁使用的，也有設(shè)計(jì)成抗拔樁的。對管樁和空心方樁作為抗拔樁目前各設(shè)計(jì)單位看法不同，多數(shù)意見持慎用或不用的想法。近年來已有一些工程在業(yè)主要求降低工程造價的壓力推動下，將管樁、空心方樁作為臨時抗拔樁或丙級建筑物的準(zhǔn)永久性抗拔樁。以P

11、HS400（240）C80空心方樁為例，配筋為12*10.7，其混凝土的綜合抗拉力為113噸；以PHC500*125 AB C80管樁為例，配筋12*10.7，其混凝土的綜合抗拉力為123噸。這里已經(jīng)包括了抵抗混凝土本身的抗拉強(qiáng)度和混凝土的預(yù)壓應(yīng)力這兩種的抗拉力，也就是在受上拔力時，先抵消了預(yù)壓應(yīng)力后還有混凝土本身的抗拉強(qiáng)度（軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值2.22 MPa）在發(fā)揮作用。在不少PHC管樁或PHS空心方樁作為抗拔樁樁的靜載荷試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)管樁（空心方樁）端板與樁身預(yù)應(yīng)力筋鐓頭連接處亦是一個薄弱點(diǎn)，經(jīng)常有端板拔壞的現(xiàn)象發(fā)生，存在許多質(zhì)量隱患。有的設(shè)計(jì)院在實(shí)際設(shè)計(jì)中采用加厚端板的辦法，來提高端板孔口

12、抗剪強(qiáng)度，增加其安全度。但是加與不加、加多加少，沒有統(tǒng)一的規(guī)范，給生產(chǎn)、施工、檢測、驗(yàn)收、使用等等帶來很多問題。1.4 預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔空心方樁在預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁的基礎(chǔ)上，我們研發(fā)了新穎實(shí)用的抗拔樁，全稱為預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔空心方樁，并獲得了國家專利。本專利產(chǎn)品是在預(yù)應(yīng)力空心方樁的基礎(chǔ)上，針對端板鋼筋鐓頭孔口抗剪強(qiáng)度低的缺陷，經(jīng)強(qiáng)度計(jì)算后設(shè)計(jì)了相應(yīng)的端板厚度。另外設(shè)計(jì)了專用的樁機(jī)械接頭用端板和樁與承臺快捷連接的端板，下面有詳細(xì)的介紹。本抗拔樁承接了預(yù)應(yīng)力空心方樁所有的抗拔優(yōu)勢，不但混凝土的抗拔力高，預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拔力也高，如400的預(yù)應(yīng)力抗拔空心方樁配筋12*10.7的鋼筋抗拔力設(shè)計(jì)值可達(dá)1

13、10.76噸，混凝土的綜合抗拔力為113噸，基本同步抗拔。實(shí)際設(shè)計(jì)和使用時，只利用混凝土的預(yù)壓應(yīng)力來設(shè)計(jì)抗拔值87.7噸，安全系數(shù)很高。而且為了樁與樁之間更加有效可靠的連接、樁與承臺快捷連接，我們設(shè)計(jì)的配套端板有特殊的結(jié)構(gòu)尺寸，增加了焊接預(yù)埋螺母和連接套筒孔。此產(chǎn)品我們也獲得了國家專利，并編制了相關(guān)圖集。由于端板的厚度增加，樁頭的耐錘擊性能更高了。2 樁與樁之間的連接2.1 普通抗拔樁的樁與樁連接 灌注樁一般都是單節(jié)樁，而實(shí)心方樁其樁與樁之間的連接是靠焊接連接，現(xiàn)場焊接周期長、質(zhì)量控制難度大，普通管樁和空心方樁其樁與樁之間連接也是通過現(xiàn)場焊接，分三次連續(xù)滿焊，焊接時間大約在12-28分鐘，焊接

14、周期長，還要自然冷卻10分鐘后再施工，連接質(zhì)量難以控制。樁基施工時經(jīng)常出現(xiàn)接頭焊縫開裂，嚴(yán)重時樁接頭錯位，影響樁的抗拔和承壓，給隱蔽工程帶來質(zhì)量隱患。2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔空心方樁的樁與樁連接 預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔空心方樁的樁與樁連接我們采用機(jī)械連接，廢棄了傳統(tǒng)的焊接連接，使連接質(zhì)量更可靠安全。每邊采用3塊連接鋼板，共4邊12塊連接鋼板，通過8.8級的高強(qiáng)連接螺栓，將2個樁頭連接一個整體。特制的方樁端板上焊接12個預(yù)埋螺母，預(yù)埋在樁頭混凝土中。另外我們設(shè)計(jì)的可調(diào)節(jié)高強(qiáng)連接螺栓特殊結(jié)構(gòu)，可以彌補(bǔ)因端頭傾斜、施工垂直度偏差的缺陷，使12個螺栓12個連接板能同時受力。通過強(qiáng)度計(jì)算和多次試驗(yàn)論證，均達(dá)到

15、了抗拔力的設(shè)計(jì)要求。該樁與樁的連接方式也獲得了國家專利。該機(jī)械連接方式快捷可靠安全，樁基施工時擠土少對樁與土壤的摩擦影響小，不失為絕佳的樁與樁連接方式。預(yù)應(yīng)力抗拔樁目前各地研究和創(chuàng)新較多，最近江蘇建華研發(fā)了抗拔管樁并編制了圖集（蘇G-T21-2011先張法預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔管樁），雖然樁與樁連接也采用機(jī)械連接，但是樁接頭成本高、施工時抗拔環(huán)用形連接板擠土大，降低了抗拔樁與土壤的摩擦力，也即降低了樁身相對于土壤的抗拔。3 抗拔樁與承臺連接3.1普通抗拔樁與承臺的連接 灌注樁與承臺的連接是通過預(yù)留在混凝土外的鋼筋與承臺一起澆筑，而實(shí)心方樁與承臺連接主要采用下述方法：截去樁頭，破碎砼露出鋼筋，彎錨入承

16、臺與承臺鋼筋綁扎一起澆筑混凝土。這種連接方式破碎樁頭時對樁頭、樁身的混凝土有沖擊造成損害，效率也低。用作抗拔場合的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和預(yù)應(yīng)力空心方樁的樁頭與承臺連接：樁頭內(nèi)孔設(shè)置托板、放入鋼筋骨架，在內(nèi)孔澆筑填芯混凝土，深度8D(管樁直徑)以上，鋼筋錨入承臺，有的還截去樁頭露出預(yù)應(yīng)力鋼筋并錨入承臺，有的是在樁頭端板焊接鋼筋錨入承臺，然后現(xiàn)場澆筑承臺混凝土。內(nèi)孔混凝土填芯操作困難、摩擦力小、耐久性差（填芯混凝土無預(yù)壓應(yīng)力），在實(shí)際抗拔力檢測時不合格較多，鹽城市相關(guān)建筑設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)時已經(jīng)要求填芯深度達(dá)到3.5-4米(8倍的直徑或邊長)以上，而且在樁端板上還焊接鋼筋錨入承臺增加安全系數(shù)。這種樁與承臺連

17、接方式，現(xiàn)場施工工序多、周期長、耗用材料多、效率低、造價高，質(zhì)量也不穩(wěn)定。3.2 預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔空心方樁與承臺的連接 我們研發(fā)的預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔空心方樁與承臺的套筒式連接裝置，在樁頭端板上裝配12個連接套筒，在生產(chǎn)線上連接套筒作為預(yù)應(yīng)力張拉的工藝孔，并埋在樁頭混凝土中，在樁基施工完畢，利用該連接套筒的內(nèi)螺紋孔，與承臺鋼筋的一端鉸制的外螺紋相連接，一起澆筑承臺混凝土?，F(xiàn)場不再需要接頭焊接、截樁頭、大長度填芯混凝土、制作鋼筋骨架，大大節(jié)省了人工、材料，由于樁頭與承臺也是機(jī)械連接，質(zhì)量更有把握、施工快捷。該種連接裝置已經(jīng)多次通過試驗(yàn)論證、工地檢測，達(dá)到了理想的目標(biāo)，而且獲得了國家專利。4 預(yù)應(yīng)力混

18、凝土抗拔空心方樁的應(yīng)用前景各抗拔用樁型性價比對比表名稱項(xiàng)目灌注樁實(shí)心方樁管樁空心方樁抗拔空心方樁規(guī)格Ø600400*400500*125400(240)400(240)配筋8*228*2212*Ø10.712*Ø10.712*Ø10.7砼強(qiáng)度C3050C3050C80C80C80砼綜合抗拉力4154噸2330噸123噸113噸113噸砼預(yù)應(yīng)力抗拉0090.8噸87.7噸87.7噸鋼筋抗拉力104噸104噸110噸110噸110噸樁與樁連接方式、質(zhì)量無焊接連接質(zhì)量一般焊接連接質(zhì)量一般焊接連接質(zhì)量一般機(jī)械連接質(zhì)量可靠樁與承臺連接方式、質(zhì)量預(yù)留鋼筋錨入承臺截樁

19、、鋼筋錨入承臺內(nèi)孔放鋼筋骨架并砼填芯8D以上長度（D為樁直徑）內(nèi)孔放鋼筋骨架并砼填芯8B以上長度（B為樁邊長）承臺鋼筋與樁頭套筒機(jī)械連接。填芯3B以上長度20米樁價50004800元3400元3400元3600元樁與樁接連價格030元30元30元不計(jì)（含在樁價內(nèi)）樁與承臺連接價格100元300元800元800元300元合計(jì)5100元5230元4230元4230元3900元樁生產(chǎn)周期696h（28天養(yǎng)護(hù)）696h（28天養(yǎng)護(hù)）24h（蒸養(yǎng)和壓蒸養(yǎng)護(hù)）24h（蒸養(yǎng)和壓蒸養(yǎng)護(hù)）24h（蒸養(yǎng)和壓蒸養(yǎng)護(hù)）樁身施工周期包含0.5h0.5h0.5h0.5h樁與樁連接周期00.5h0.5h0.5h0.25h樁

20、與承臺連接周期1h4h4h未含砼養(yǎng)4h未含砼養(yǎng)0.5h合計(jì)697h701h29h29h25.5h注：樁身施工周期是按平均每套樁長20米規(guī)范施打所測算時間，不含樁與樁連接時間從上表的對比分析來看，預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔空心方樁在樁身造價、樁基承臺連接造價、樁的生產(chǎn)施工周期是最經(jīng)濟(jì)、最快捷、質(zhì)量最可靠、抗拔力最能滿足設(shè)計(jì)和使用要求的。而且由于特殊的樁頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得樁頭施工破損率低、耐久性更好、更能控制樁頂標(biāo)高。該專利產(chǎn)品已經(jīng)在鹽城市建筑設(shè)計(jì)院綜合樓、橡樹灣、世紀(jì)城等十多個項(xiàng)目上廣泛使用，得到了相關(guān)部門和業(yè)主的一致好評。尤其是樁與承臺的套筒式連接裝置已經(jīng)申報(bào)了省市科技進(jìn)步獎。就我們江蘇省鹽城地區(qū)來說，實(shí)心

21、方樁一年的用量就在100多萬米以上，全國估計(jì)有1.5億米的年需求量，雖然實(shí)心方樁也可以用于護(hù)坡、承壓、抗拔等等場合，但是預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁或更高性能的預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔空心方樁完全可以替代和淘汰它。另外由于特殊的樁頭抗拔機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，相比普通的管樁和空心方樁而言，使得樁頭與承臺的連接大為簡化快捷，每個承臺連接費(fèi)用可節(jié)省1000元以上。這種樁頭與承臺連接方式，也適合于預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與承臺的連接。而去年全國預(yù)制實(shí)心方樁、管樁、空心方樁年總需求量為4億延伸米，平均按25米一個樁位，則有1600萬個樁位，如果樁與承臺連接全部采用該種連接方式，全年可節(jié)省樁與承臺連接的費(fèi)用達(dá)80億元！而且連接可靠安全！其應(yīng)用前景是如此的巨大和深遠(yuǎn)！結(jié)論：綜合目前工程上所用的抗拔樁類型，預(yù)應(yīng)力混凝土抗拔空心方樁在樁身造價、樁基承臺連接造價、樁的生產(chǎn)施工周期是最經(jīng)濟(jì)、最快捷、質(zhì)量最可靠、抗拔力最能滿足設(shè)計(jì)和使用要求的。而且由于特殊的樁頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得樁頭施工破損率低、耐久性更好、更能控制樁頂標(biāo)高，特殊的樁與樁純機(jī)械連接方式對樁與土壤摩擦力降低