谈黏结无黏结预应力技术在地下工程中运用

论文导读：
摘要：无黏结施工技术无需预留管道与灌浆，而是将无黏结预应力筋同普通钢筋一样的铺设在结构模板设计的位置上，然后浇筑混凝土进行养护，待混凝土达到设计要求的强度后，张拉预应力筋并用锚具进行锚固，最后进行封锚。无粘结预应力筋可以从整体上改善结构的受力状态，提高整体刚度、抗冲切性和极限承载能力。本文阐述无黏结预应力施工技术在逆作地下室抗拔桩中的应用分析，实践证明采用预应力技术，减少了结构的截面尺寸，提高了工程质量，降低了工程成本，具有很好的技术经济效益。
关键词：地下室；抗拔桩；无黏结预应力；施工技术；抗拔试验
1工程概况
某建筑工程是集商业、办公于一体的多功能综合性大型的高级写字楼。总用地面积2125m2，地下5层，地上30层，总建筑面积36580m2，建筑高度106m。基坑深度为23．15m，局部深31m，该工程的裙楼设33根柱下抗拔桩及2l根纯抗拔桩，桩身直径1 400mm，桩身空孔直径2 400mm，单桩无黏结预应力筋6×5s1

5.2mm，单桩竖向承载力均4 200kN。

确定采用逆作法施工及桩型后，如何解决在复杂地质条件下-23m处预应力张拉、后注浆代替扩大头、大吨位承载力试验等抗拔桩施工技术难题，直接关系到整个工程的成败。
2主要施工技术

2.1无黏结预应力在逆作地下室抗拔桩中的应用

无黏结预应力张拉施工在标高-23m桩顶设计标高处进行；张拉操作空间采用深井灌注桩工艺扩孔成孔，直径仅2．4m；在施工过程中成功解决了预应力筋的向下滑落、桩底预应力固定端的局部承压、预应力筋与钢管柱定位环板相交和桩顶标高以上部分预应力筋的保护等问题。同时采用无黏结预应力技术，大大提高了抗拔桩的抗裂能力，从而达到减小柱身直径、降低桩身配筋率、节省工期及降低工程成本的目的。

2.

1.1预应力筋安装

1)预应力筋制作 采用GYJ型挤压机在每根断好料的预应力筋一端挤压成型。固定端用锚具锚固。
穿预应力筋
由于钢筋笼采用分段制作、吊装、沉孔工艺，无黏结预应力筋安装施工采用在钢筋笼吊装前地面穿束，边沉孔边调整、固定的方法。每根抗拔桩配置6束5根预应力筋，每束预应力筋拉力约1 000kN，6束共计6 000kN。
张拉时锚具下端要承受巨大拉力。要求混凝土具有足够的强度，由于桩底混凝土浇筑质量的不确定性(沉渣)。将锚固端位置提高至桩底以上500mm处。
固定端锚垫板采用防脱落的托板装置，先将螺旋筋放入桩顶环梁的相应位置，再分别穿出无黏结预应力筋。然后从无黏结预应力筋顶端套入锚垫板，使其紧贴环梁钢筋后焊接固定，如图1所示。
图 1 防滑落装置
5)采用PVC管包裹每束预应力筋，再在管两端缠绕多道防水胶带(包括预应力筋端头部位)，保证此段预应力筋密封不漏水、漏浆。
6)每束5根无黏结预应力筋呈外侧3根内侧2根成束绑扎并保持平行顺直，穿入钢筋笼后理顺拉直，每隔2m与钢筋笼14加劲内箍绑扎牢固，如图2所示。
图2 预应力筋安装位置示意
2.

1.2预应力筋与钢管柱定位环板相交问题处理

由于冲孔抗拔桩桩顶标高为-23.000m，而冲孔桩从地面开始冲孔，规范桩位允许其偏差为100mm+l％H(H为桩长)，可能造成预应力筋与钢管柱定位环板相交问题。根据此类情况，在施工过程就要求设计考虑因冲孔桩桩位规范允许偏差带来的不利影响，将钢管柱定位环板预留一定空问，若预留空间仍不能解决，则施工过程中将预应力筋弯一定角度避开钢管柱定位环板，不影响顶应力筋的张拉，同时确保钢管柱的位置符合设计要求。

2.

1.3地面下-23．200m处预应力筋张拉

1)张拉前准备 逆作板墙深井成孔至设计桩顶标高后(地下室底板面标高-23.200m)，在桩承台中绑扎并浇筑混凝土张拉环形暗粱。梁上设置锚垫板，使用千斤顶进行张拉。环形暗粱截面、配筋及预应力筋锚垫板规格如图3所示。张拉前须取得混凝土强度试验报告，桩身及底板混凝土达到l00％设计强度方可进行张拉。
图3 环形暗梁及预应力筋锚板示意
预应力筋实际张拉控制应力=1302MPa。张拉程序：0+0.2(量初值)(量终值)持荷片刻锚固张拉。以应力控制为主，并辅以伸长值校核。
按式(1)分别计算各曲折线段的伸长值后叠加理论伸长值。
ΔL= (1)
式中：L、为曲线段的实际长度，E为预应力钢绞线弹性模量；为曲线角度；k、分别为偏摆系数、摩擦系数。
采取对称、循环张拉的施工顺序。
4)预应力筋张拉后切除多余的钢绞线，露出锚具夹片外的长度不少于30mm，最后用同强度细石混凝土封堵张拉端后浇区。

2.2桩侧后注浆代替冲孔桩扩大头施工技术

原设计冲孔抗拔桩在碎块状强风化花岗岩中设计扩大头高度为950mm，直径1 800mm，经过优化设计，取消冲孔桩的扩大头，采用桩侧后注浆技术代替冲孔桩的扩大头。
桩侧后注浆就是利用钢筋笼侧面预先埋设的注浆管和注浆阀，在成桩后一定时间内实施桩侧高压注浆，浆液通过渗入(粗粒土)、劈裂(细粒土)和挤密(非饱和松散土)等作用与桩体周围土体结合，固化桩底沉渣和桩侧泥皮，起到提高承载力、减少沉降等效果。在优化工艺参数的条件下，可使单桩承载力提高40％一120％，粗粒土增幅高于细粒土，软土增幅最小，桩侧、桩底复式注浆高于桩底注浆；桩基沉降减小30％左右。国内工程实践表明，可减少桩数或减小桩径、桩长，工程量相应减小25％~100％。通过改进传统后注浆埋管方式，采用桩侧环形布管的方法提高注浆效果和桩侧抗拔力，实现后注浆代替冲孔桩扩大头的施工技术。

2.3在设计桩顶标高-23．000m以上逆作板墙空孔施工技术

为满足地下室逆作施工条件，提供钢管柱安装空间的需要，冲孔桩桩顶(桩顶标高为-23．000m)以上部分采用逆作板墙深井灌注桩工艺成孔，其直径2 400mm。逆作板墙为250mm厚钢筋混凝土圆形环板墙，采用人工分节段取土成孔，取土之后随之分节段施工圆形环板墙。

2.4抗拔试验

在设计桩顶标高-23．000m处，将桩钢筋接长伸出地面，对该桩论文导读：报：自然科学版，20l0(3).康露．预应力抗拔灌注桩施工技术.福建建筑，2005(4)：4

3.注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。上一页12

进行大吨位(8 400kN)抗拔试验，验证了采用无黏结预应力筋和桩侧后注浆施工技术后冲孔桩满足设计抗拔力要求。

2.4.1抗拔试验准备

抗拔桩原设计钢筋笼采用1825，而抗拔试验要求钢筋接长至地面的数量为4032，为满足抗拔试验要求，分别在-26．200m和-25．200m位置处交错将9根25钢筋每根双面焊接2根32钢筋(焊缝长度均为150mm；另外4根32安装在-26．200m位置，所有钢筋伸应至设计桩顶标高-23．200mm以上，并预埋套筒备用，相邻位置的钢筋相互错开1 000mm，如图4所示。
图4抗拔试验示意

2.4.2抗拔试验

柱下抗拔桩原设计桩身混凝土强度等级C35，桩身直径l 400mm，桩端扩大头直径l 800mm。桩长30m，单桩竖向抗拔承载力特征值为4 200kN。在混凝土浇筑完成后将钢筋采直螺纹机械连接接长至地面进行8 400kN抗拔试验，用抗拔桩上的4032主筋分为两排固定在反力钢梁上作为抗拔反力，采用安装在反力钢梁下的2个摘自：毕业论文题目www.7ctime.com
QF630T型油压千斤顶加载进行抗拔试验，慢速维持荷载法加荷，采用逐级等量加载，加荷反力由两侧地基土承担，桩顶上拔量采用位移计进行测读。

2.4.3检测结果

根据检测报告，“荷载-位移”U-曲线及“时间-对数位移”-loft曲线分析，分级加载至8 400kN时，累计上拔量6．29mm，逐级等量卸载至荷载为零时，累计上拔量3．68mm，表明抗拔桩在试验荷载8 400kN的作用下未达到极限承载状态，即本工法在冲孔桩施工中的应用取得很好的效果，经试验证明可行。
3技术经济效益分析
3．1经济效益
采用预应力筋混凝土桩身，与采用普通钢筋混凝土桩身相比，较小的桩身截面及配筋就能满足桩设计抗拔力的要求，本项目节约造价约39．7万元。

3.2社会效益

采用无黏结预应力技术，提高了抗拔桩的承载力、大大加快了施工进度，桩基成功完成，为实现5层地下室全逆作创造必要条件，具有良好社会效益。
4施工效果
通过基桩声波透射法和低应变检测以及静载荷试验等，桩的施工质量均满足设计及规范要求。其中桩声波透射法检测33根桩，I类桩33根，Ⅱ类桩0根：低应变法检测33根桩，I类桩3l根，Ⅱ类桩2根；静载荷试验3根桩，抗拔桩在试验荷载8400kN的作用下未达到极限承载状态，单桩竖向抗拔承载力特征值为4 200kN，满足设计及规范要求。
5结语
本工程通过采用无黏结预应力及桩侧后注浆施工技术，同时在逆作施工条件下的冲孔抗拔桩中的成功应用，为解决逆作法施工的地下室工程的裙楼柱下抗拔桩和纯抗拔因地质条件复杂扩底困难、桩自身抗拉、桩周抗拔力不够的技术施工难题提供了参考和帮助。该施工技术对在复杂的地质条件保证桩基础质量、施工质量及经济效益方面具有重要意义。
参考文献：
张明，王光椽，蓝永基．等无粘预应力及桩侧后注浆施工技术在大吨位抗拔桩中的应用[R]．2010
郭丽芳，王新文.冲孔灌注桩后注浆技术在高层建筑中的应用研究[J]．洛阳理工学院学报：自然科学版，20l0(3).
[3] 康露．预应力抗拔灌注桩施工技术[J].福建建筑，2005(4)：43.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。