先张法预应力混凝土方桩-水泥构件承插式排水管

机械连接先张法预应力混凝土方桩工程技术企业标准

评审会盐城西环水泥构件2021.9.27.砼预制桩预制方桩预应力管桩PHC、PC普通预制方桩ZH、AZH、JAZH预应力空心方桩PHS、PS预应力实心方桩PRS、T-YRS一、研究背景介绍灌注桩桩基的开展与应用现状高抗震设防烈度区的桩基灌注桩

预制实心方桩

施工噪音低、桩长和桩径均可按设计要求调整、桩端能准确地进入持力层或嵌入岩层施工工艺较复杂，施工速度远远低于预制桩，成桩质量与施工有密切关系，而且大局部是地下作业，施工过程无法观察，难以检测应用较为广泛，特别是在需要抗拔、抗剪承载力的根底工程中，其相对于预应力管桩有一定的优势，因在工厂生产，施工质量比灌注桩易于保证。但同时也存在以下缺陷：桩身抗裂性能缺乏；生产效率低，生产周期长；混凝土强度低，桩身承载力未能充分发挥等。且场地预制式、叠合生产方式使其成桩效率较低。和普通预制方桩相比，减少了桩的自重，预应力筋的使用增强了其抗裂性能，混凝土用量相对较少。但空心桩在预制过程中，容易产生断面偏心，桩壁厚度不均匀，加上锤击中的偏心因素，施工过程中易断桩，因此该桩型更适用于软弱土层较厚的低烈度区地基。

预应力空心桩预应力实心方桩预应力钢筋混凝土实心方桩是一种利用定型模具，高强混凝土经浇捣、激振成型，断面为正方形预实心桩。钢筋笼由预应力钢棒和螺旋筋焊接或绑扎而成，其桩身混凝土设计强度等级需到达C50以上。预应力钢筋混凝土实心方桩利用预应力钢棒的高强度来优化传统方桩，大幅度提高普通方桩在制作、运输、吊装、沉桩过程中的力学性能。预应力钢筋混凝土实心方桩的应用可谓取长补短，解决了普通预制方桩抗裂性能缺乏的问题，也防止了预应力空心桩抗剪性能低，易断桩的困扰。节能环保高效可靠二、特点节能

端板节约

传统桩端板新型桩无端板以400X400方桩为例，一根桩总长10米，那么需要两块端板，每个端板需要25公斤，共50公斤，材料人工费用那么需要300元，而机械连接预应力实心方桩需要卡扣式机械连接件12个，连接件价格为6元/个，那么共需72元，那么机械连接预应力实心方桩相比较传统方桩连接方式，端板连接部位节省228元，那么每延米节省22.8元。钢棒节约

以400X400方桩为例，机械连接预应力实心方桩配筋率为0.675%，预制方桩配筋率1.58%，局部预应力方桩为0.861%，那么桩每米钢材用量分别为8.42kg、10.7kg和19.7kg,那么相比较每米节省钢材2.32kg和11.3kg，材料加人工费用为5元/公斤，那么相比较每米节省11.6元和56.5元。人工本钱节约传统人工绑扎钢筋机械化编笼机编笼环保有效减少对地下水的污染和施工过程中的空气污染。

新型桩无端板机械连接生产工艺改进，机械生产的自动化程度提高滚焊工艺蒸汽养护高效施工时间大大缩短，施工效率大大提高传统桩焊接接桩新型桩机械对接接桩可靠机械连接预应力实心方桩与预制普通方桩、预应力空心方桩相比较可知：机械连接预应力实心方桩在配筋率最小的情况下，其抗裂、抗弯、抗拉、抗剪方面有了很大的提高；各项指标性能可以完全满足工程质量的需求，适用范围更广。400X400桩型编号预应力实心方桩T-YRS-400A预制方桩ZH-400-21-B预应力空心方桩PS-AB400(250)桩边长（mm）400400400（250内径）配筋12ФD9.04Φ168ФD10.7配筋率0.50%1.0%0.65%混凝土标号C50C40C60桩长(m)≤1821≤14有效预压应力σpc(MPa)4.08－4.93抗裂弯矩Mcr(kN·m)8728.2788设计弯矩M(kN·m)12261.49117抗压承载力设计值(kN)242130322191抗拉承载力设计值(kN)768482724抗剪承载力设计值(kN)184206130桩身强度可靠性连接件是由大小螺帽、插杆、卡片、中间螺帽、垫片和弹簧组成。大小螺帽主要起张拉锚固和连接件部件的作用，材料采用45号钢，并通过调质处理。插杆和卡片硬度必须到达40cr材料的力学性能卡扣式机械连接可靠性二、研究内容桩身混凝土强度等级预应力筋用量与规格箍筋形式与规格桩端与桩尖构造接桩（机械连接）短桩拼接预应力张拉成型养护滚焊工艺抗拉承载力抗弯承载力抗剪承载力抗裂性能桩横截面形状与尺寸工业化生产机械连接预应力钢筋混凝土方桩构造设计与制备成套技术桩身力学性能抗压承载力施工因素预应力混凝土方桩本图集为采用先张法工艺成型的机械连接预应力混凝土方桩(代号T-YRS)，适用抗震设防烈度8度〔含8度〕以下的一般工业与民用建筑的低承台竖向基桩。T-YRS方桩的截面共有：200、250、300、350、400、450、500、550、600七种；根据不同地质条件、抗震设防烈度、单桩承载力特征值、桩的密集程度及施工条件等因素，把桩分为A、B两组。说明：对于承压桩，选用B组的多节桩，当下节桩〔带桩尖端〕长度不大于其上各节桩总长时，可降低下节桩等级，采用A组桩。1、主要材料水泥：采用强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥。骨料：细骨料宜采用洁净的天然硬质中粗砂或人工砂；粗骨料宜采用碎石或破碎的卵石。水：符合?混凝土用水标准?JGJ63的规定。外加剂：宜采用高效减水剂，严禁使用氯盐类外加剂。混凝土：T-YRS方桩混凝土强度等级为C50。预应力钢筋：应采用低松弛预应力混凝土用螺旋槽钢棒。非预应力钢筋：采用HRB400级钢筋(锚固筋〕；螺旋筋宜采用低碳钢热轧圆盘条。编制依据?建筑地基根底设计标准?GB50007－2021?建筑桩基技术标准?JGJ94－2021?预应力混凝土用钢棒?GB/T5223.3－2005?混凝土结构设计标准?GB50010－2021?建筑抗震设计标准?GB50011－2021?混凝土结构工程施工质量验收标准?GB50204－2002〔2021版〕?建筑地基根底工程施工质量验收标准?GB50202－2002?通用硅酸盐水泥?GB175-2007?建筑用砂?GB/T14684-2021?建筑用卵石、碎石?GB/T14685-2021?混凝土外加剂?GB8076-2021?碳素结构钢?GB/T700-2006?混凝土质量控制标准?GB50164-2021?混凝土用水标准?JGJ63-2006?低碳钢热轧圆盘条?GB/T701-2021?冷拔低碳钢丝应用技术规程?JGJ19-20212、力学参数计算

预应力钢筋的张拉控制应力取为0.7倍的钢筋抗拉强度标准值，即δcon=0.7fptk。桩的配筋系按在水平起吊和旋转起吊过程中产生的最大内力进行计算，吊运动力系数为1.5，同时满足构造和抗裂要求。桩的最小纵向钢筋配筋率，A组桩不小于0.5%，当桩身细长时，B组桩不小于0.6%。计算规定有效预压应力抗裂弯矩抗弯承载力竖向抗压承载力竖向抗拉承载力抗剪承载力〔按相关公式〕计算内容选用参数表3、图集

T-YRS300配筋图T-YRS350、T-YRS400

T-YRS450配筋图T-YRS500、T-YRS550

配筋图T-YRS600配筋图桩顶与承台连接详图桩尖一桩尖二4、机械连接

上下节桩采用卡扣式机械连接和专用材料密封，使上下节桩成为一个连续、完整的整体。该新型上下节桩采用机械连接加环氧树脂，有效的防止了端板铁件外露及孔内外污水对铁件产生的腐蚀，同时防止了电焊焊接对桩的混凝土及钢棒镦头造成的破坏，此外通过机械连接，使桩身预应力钢筋锚入承台，方便施工，确保工程质量。法兰盘机械连接

连接件是由大小螺帽、插杆、卡片、中间螺帽、垫片和弹簧组成。大小螺帽主要起张拉锚固和连接件部件的作用，材料采用45号钢，并通过调质处理。插杆和卡片硬度必须到达40cr材料的力学性能卡扣式机械连接机械连接详图机械连接零件图Ф12.6抗拔连接插件详图

采用张拉螺帽代替端板，降低了劳动强度。直接在钢棒镦头前将螺帽传入钢棒。在钢筋受力时提高了钢棒镦头与螺帽的接触面积。密封材料介绍密封材料主要是起到密封上下节桩接触面，起到防腐作用，保证应变波的顺利传递的作用。密封材料主要由环氧树脂、固化剂组成。具体比例根据气候条件和工作条件调整，其凝结时间与温度极其相关，温度越高，凝结速度越快。初凝时间控制在6小时以内。通过桩身抗弯、桩身抗剪、接头抗剪、接头抗拉试验以及与预制方桩、局部预应力方桩通过桩身抗弯试验性能比照，研究机械式连接预应力混凝土方桩的根本力学性能。5、构件力学性能试验试验方法及仪器设备

静载试验采用慢速维持荷载法，即逐级施加荷载，每级荷载到达相对稳定后加下一级荷载。试验采用液压千斤顶加载、DH3816N静态应变测试系统采集荷载及裂缝宽度测量仪测量裂缝宽度。▲试验设备千斤顶压力传感器电子位移计裂缝宽度观测仪

DH3816N静态应变测试系统

方桩抗弯试验现场图桩身抗剪试验现场图方桩接头抗剪试验加载现场图方桩接头抗拉试验加载现场图▲桩身抗弯性能试验

△11#试件裂缝数量明显多于9#和10#试件，9#试件的最大裂缝宽度〔1.7mm〕大于10#试件最大裂缝〔1.48mm〕以及11#试件最大裂缝宽度〔1.62mm〕。△1#、5#和9#试件均为全预应力混凝土方桩，抗裂弯矩实测值与抗裂弯矩设计值的比值分别为1.402、1.263和1.178，抗弯承载力实测值与抗弯承载力设计值的比值分别为1.298、1.304和1.236，从上述比值可以看出，利用该施工工艺生产的全预应力混凝土实心方桩质量稳定，具有足够的平安系数，如表6所示。△9#、10#和11#试件分别为全预应力方桩、局部预应力方桩和预制方桩，通过对预应力方桩T-YRS-400-B〔配筋率为0.675%〕、局部预应力方桩PRS-400-B〔配筋率为0.861%〕和预制方桩ZH-400〔配筋率1.58%〕抗弯试验比照可知：在相同截面的情况下，预应力混凝土方桩配筋率虽然最低，但是其抗裂弯矩和抗弯承载力远远大于其它两种桩型，根据?江苏省工程建设企业技术标准设计-机械式连接先张法预应力混凝土方桩?〔宿迁力引实业编制，送审稿〕，T-YRS-300(B)的抗剪承载力设计值为312kN，试验荷载分别到达399.41kN和411.13kN时，桩身出现裂缝，相对于设计值分别高28.02%和31.77%。根据?江苏省工程建设企业技术标准设计-机械式连接先张法预应力混凝土方桩?〔宿迁力引实业编制，送审稿〕，3#试件T-YRS-300的抗剪承载力设计值为117kN，试验荷载分别到达159.94kN时，接头处出现细小斜裂缝，实测值相对于设计值分别高了约36.7%，6#试件T-YRS-400的抗剪承载力设计值为197kN，试验荷载分别到达271.23kN时，接头处出现细小斜裂缝，实测值相对于设计值分别高了约37.7%，满足设计要求。▲桩身抗剪性能试验

▲机械接头抗剪性能试验

7#和8#试件接头处抗拉强度设计值为1072kN，7#试件在1187kN时破坏，实测值较设计值高10.7%。8#试件在1171kN时破坏，实测值较设计值高9.3%，均满足设计要求。▲机械接头抗拉性能试验

试验结论

〔1〕通过对预应力混凝土实心方桩T-YRS-400-B〔配筋率为0.675%〕、局部预应力方桩PRS-400-B〔配筋率为0.861%〕和预制方桩ZH-400〔配筋率1.58%〕抗弯试验比照可知：在相同截面的情况下，预应力混凝土方桩配筋率虽然最低，但是其抗裂弯矩和抗弯承载力大于其它两种桩型；在到达极限承载力时，预应力混凝土实心方桩裂缝数量最少，而裂缝宽度值最大。

〔2〕预应力混凝土实心方桩抗裂弯矩实测值较设计值高约30%左右，抗弯承载力实测值较设计值高约25%左右，说明利用该施工工艺生产的全预应力混凝土实心方桩质量稳定，具有足够的平安系数，抗裂弯矩和抗弯承载力均满足设计要求。〔3〕预应力混凝土实心方桩桩身抗剪方面，试验荷载到达设计值的130%左右时桩身出现了较多斜裂缝；预应力方桩接头抗剪方面，试验荷载到达设计值的135%左右时在桩身处出现了较多斜裂缝，接头处出现细小斜裂缝，说明预应力混凝土实心方桩桩身抗剪承载力和接头抗剪承载力均满足设计要求。〔4〕预应力混凝土实心方桩机械式连接接头抗拉承载力实测值较设计值高10%左右，实测值均满足设计要求，说明该连接方式具有足够的可靠性，保证了机械连接先张法预应力混凝土方桩的抗拉能力。6、工艺

散装水泥T-YRS方桩生产工艺流程矿物外加剂化学外加剂拌合水砂子石子