预应力钢绞线薄壁空心方桩在长台座上的运用探析

单颖涛，朱春山

（中交三航局第三工程有限公司，南京210011）

1 工程概况

某集装箱码头全长556.2m，宽41.28m，共有75 个排架，排架间距7.5m，结构自下而上分别为桩基、桩帽梁、纵横梁、面板、面层及其附属结构。820 根预应力钢绞线薄壁空心方桩在长线台座上采用先张法预制完成。

2 工程特点和难点

所有方桩长45.5m，根据项目的施工区域划分，820 根方桩分为680 根水上桩和140 根陆上桩。水上桩整节预制，由桩12号打桩船施打；陆上桩分2 节预制，由陆上打桩机施打，长度分别为23m 和22.5m，既满足现场施工机械的性能要求，也满足图纸说明在泥面以下12m 处不允许有焊接接缝的规定。

对薄壁空心方桩的钢绞线进行先张法预应力施工，在国外资源缺乏、技术水平不高、无相关施工经验的背景下，存在较大困难。项目部采用整体张拉的施工工艺，并在国内定制2 个1.8m 长320t 张拉力的千斤顶和整体式张拉小车。为解决长台座、一次张拉钢绞线较多、钢绞线伸长过长等一系列问题，特聘请专业的张拉技术人员对方案进行反复推敲和模拟，解决了保证设计张拉力、直径355mm 的胶囊在空心方桩内定位、抽取胶囊时间、在动态情况下每根桩的起始绑扎点等技术问题。

3 预制场的场区布置

根据业主的总体工作安排和现场情况，在办公室附近区域选定预制场地、预应力方桩堆放场地和后方材料加工场地。

龙门吊跨距40m，在其内共布置8 组张拉台座、14 条预制桩生产线和1 条预制板生产线，所有底胎模均用混凝土浇筑，其中水上桩生产线8 条，每条线一次生产4 根45.5m 空心方桩；陆上桩生产线6 条，每条线一次生产4 根23m 空心方桩和

4 根22.5m 空心方桩。

生产钢绞线预应力方桩时，由于张拉力和倾覆力矩都很大，根据国内预制厂的生产经验和施工现场的地质情况选用压柱式整体台座，用以承受较大的张拉力和抗倾覆力矩。压柱式整体台座主要由通长压柱、横梁、台面组成，通长压柱由钢筋混凝土整体浇筑而成，用于承受预应力张拉时的反力。承载横梁的重力墩具有足够的强度和刚度，其抗倾覆安全系数≥1.5，抗滑移系数≥1.3，横梁需要有足够的刚度，受力后挠度≤2mm，防止变形较大带来预应力损失。

4 预应力钢绞线张拉

预应力钢绞线为270 级φ12.7mm 的低松弛钢绞线，每根截面积A=98.7mm2，标准强度20 根钢绞线的设计张拉力为2754kN，具体尺寸见图1。

图1 预应力钢绞线薄壁空心方桩截面尺寸

4.1 施工理念

钢绞线属柔性材料，在无外界措施的前提下因重力作用下坠，致使方桩四周上下层单根钢绞线受力不均匀，项目部研究决定使用钢托对钢绞线进行支托，减少重力产生的影响，保证张拉过程中各根钢绞线的受力均匀性[1]。钢绞线张拉采用的是张拉力和伸长量双向控制标准，以张拉力控制为主，利用伸长量来校核，最终伸长量偏差值控制在5%以内。

4.2 张拉施工流程

4.2.1 钢绞线穿线

每条张拉生产线长200m，除去两端张拉钢梁和精轧螺纹钢的长度，有效长度为185m，根据预制桩的种类和相应的施工间距，需在底胎膜上提前做好标记，并在指定位置布设箍筋套子和桩头连接件。

4.2.2 钢绞线初张拉

待两端精轧螺纹钢与钢绞线连接并锚固完好，沿线每间隔20m 布设一组钢支托，支撑顶部和两侧的钢绞线，抵消重力影响，然后使用30t 的小型千斤顶对钢绞线进行单根张拉，由零值张拉至10%的初始应力值。

对于200m 的长台座生产线，张拉总伸长量为1337mm，若张拉至10%初始应力值便开始绑扎箍筋和定位钢筋，终张拉时必然会导致成形的钢筋笼出现较大变形，已完工程也会面临二次返工。对每条生产线上的所有桩头位置做好初始标记，陆上桩生产线上布置有8 根短桩，共计8 处标记；水上桩生产线上布置有4 根长桩，共计4 处标记。项目部通过张拉实测寻找规律，了解到在张拉力每增加10%的同时，每处每次的伸长增量几乎是均等的，伸长总量随距张拉端距离的增大而减少，具体数据见表1。

为便于施工的安全性和实际操作性，将钢绞线张拉至80%的设计张拉力便开始绑扎箍筋和定位钢筋。

2 条生产线的40 根钢绞线使用320t 千斤顶整体张拉，张拉过程中施工区域严禁人员入内，并在张拉端加设钢筋网，专职安全员在施工现场全程监督，确保人员的人身安全。

4.2.3 绑扎箍筋和定位钢筋

箍筋的绑扎应依据上述实验数据预留终张拉的移动距离。为防止胶囊上浮，在桩身内部布设间距30cm 的定位钢筋，对内置直径355mm 的胶囊进行加固。

表1 生产线上各标记点处的张拉伸长量mm

4.2.4 终张拉、穿胶囊、支设模板

待所有箍筋、定位钢筋绑扎完毕，预埋钢筋妥当，便进行由80%张拉力至100%设计张拉力的终张拉，并将涂刷有肥皂泡沫的胶囊穿进钢筋笼内。

支设模板时，桩身两侧为钢模，两端为木模，在钢模两侧开洞，利用其自身重力和摩阻力来保证端头木模的垂直度，防止在浇筑混凝土过程中出现跑模情况，进而影响桩头的外形。

4.2.5 混凝土浇筑、养护和抽拔胶囊

在浇筑过程中加强胶囊下方混凝土的振捣，避免出现漏振现象。浇筑完成覆盖土工布并洒水养护，保证混凝土表面一直处于湿润状态。胶囊属于周转材料，待混凝土强度达到一定强度后需组织施工人员将其拔出[2]。根据现场实测经验，混凝土浇筑完成9h 且用手按压混凝土表面没有痕迹后，即可缓慢均匀拔出胶囊，以免伤及周围混凝土。

4.2.6 方桩吊运

在日常养护下，3d 的混凝土强度已经超过设计强度的80%，具备脱底模条件。项目部原计划采用180t 的履带吊来吊运方桩，因场地限制及安全性、经济性考虑，改用50t 龙门吊起吊方桩。水上桩长45.5m，用2 台50t 龙门吊搭配2 个15m 的扁担和6 个夹桩器同时起吊；陆上桩分2 节预制，分别为23m 和22.5m，用1 台龙门吊搭配1 个15m 的扁担和3 个夹桩器起吊。

4.3 预应力张拉过程中出现的问题和防护措施

针对张拉过程中可能遇到的滑丝、断丝、伸长量不足等问题，项目部提出如下措施以消除安全和质量隐患：

1）针对断丝、滑丝现象，预应力张拉施工中规定，每束钢绞线断丝不得超过1 丝，每个断面断丝之和不得超过该断面总和的1%。项目部按规范要求认真抽查每批次到场的钢绞线，不合格产品严禁用于工程实体；张拉前仔细检查连接器和夹片，发现有磨损不能继续使用的立即更换。

2）针对伸长量不足的问题，检查油泵、千斤顶、油压表等设备的运行情况，发现故障立即停止张拉并进行维修，待一切正常再继续张拉，同时检查钢绞线上面是否有附着物，增加了钢绞线的自重，导致张拉力的损失。

5 结语

在预制预应力薄壁空心方桩的过程中，项目部积极采取技术和施工管理措施，改进现场施工工艺，提高生产效率，保证了方桩的成桩质量和项目的整体施工进度，得到了业主们的一致认可，取得了良好的社会效益和经济效益，为公司在海外市场业务的拓展打下了良好的基础。