弹卡式连接预应力混凝土方桩施工技术探讨

董才海（上海建腾建筑工程监理有限公司， 上海 201800）

0 引 言

预应力混凝土桩因其具有承载力高、经济性好等优势常被大多数工程所采用，但在接桩处理上传统使用焊接法，而焊接法存在焊接量大、耗时长，不利于抗拔且对环境造成腐蚀影响的缺点[1]。采用先张法工艺成型的预应力混凝土方桩，其弹卡式连接属于机械式连接，可有效克服上述难题。

弹卡式连接预应力混凝土方桩，是通过弹卡式机械连接方式接桩的预应力钢筋混凝土实心方桩。压桩施工要求与混凝土方（管）桩基本相同，其施工难点在于接桩施工。由于此类桩接桩方式为弹卡式机械连接，属于新产品、新工艺，施工单位技术人员对具体施工操作人员的技术交底显得格外重要。本文结合上海嘉定某水厂扩建工程（以下简称“本工程”）实际情况，分析弹卡式连接预应力混凝土方桩接桩施工过程中的连接问题及其预防处理措施，旨在为同类桩基施工提供借鉴和参考。

1 工程概况

本工程沉桩施工对象主要是絮凝沉淀池、均质滤料滤池、供水泵房、吸水井、综合排泥水处理构筑物 5 个单体，均为地下池体，对工程桩均有抗拔要求。本工程桩基全部为弹卡式预制混凝土方桩，桩型为 X-RRS-400B，总桩数为675 根，桩长为 30 m 和 33 m 两种，都为三节桩。设计图纸要求参照施工图集为《XC 弹卡式连接预应力混凝土方桩》（图集号：2016 沪 G/T—508）。图 1～图 3 为抗压桩弹卡式连接件及生产加工隐蔽验收图片，图 4 为成品桩接头。

图 1 抗压桩弹卡式连接件

图 2 桩钢筋骨架内弹卡预埋

图 3 桩钢筋骨架

图 4 成品桩接头部位

2 桩基检测及判定标准

根据 DG/TJ 08－218－2017《建筑地基与基桩检测技术规程》要求，上海地区常用弹性波反射法对工程桩的低应变动测试，来检验桩身的完整性。桩身质量评定等级分类及有关说明：

Ⅰ类桩—无任何不利缺陷，桩身结构完整；

Ⅱ类桩—有轻度不利缺陷，但不影响或基本不影响原设计的桩身结构承载力；

Ⅲ类桩—有明显不利缺陷，影响原设计的桩身结构承载力；

Ⅳ类桩—有严重不利缺陷，严重影响原设计的桩身结构承载力。

以完整桩的首次桩底反射时间 Δt，计算该桩的波速

式1中：L为完整性的桩长（m）；Δt为完整性的桩底反射波的传递时间（t）。

由该工程完整桩的平均波速，计算缺陷的位置

式2中：Δt为缺陷桩 L 缺陷处反射波的传递时间（t）。

当某根桩的纵波速度VCi（m/s）与平均纵波速度VC（m/s）差额与平均纵波速度VC比值小于 5% 时，判定为Ⅰ类桩；反之，则判定为有轻度缺陷的Ⅱ类桩。

3 压桩过程中遇到的问题及解决方案

3.1 前期试桩情况

考虑到该压桩施工为新产品、新工艺，对接桩处桩身的完整性存在担忧[2]。工程开工后，经监理组织专题会议讨论，参建的建设单位、设计单位、施工单位、监理单位与检测各方一起共同确定：先施工 8 根试桩，先行检验接桩工艺的桩身完整性，再对可能出现的问题进行分析并提出改进措施。

试桩完成后，检测单位现场检测判定 8 根桩中的 5 根桩为Ⅱ类桩，3 根桩为Ⅰ类桩，无 Ⅲ 类桩和 Ⅳ 类桩。桩身的轻微缺陷均出现在第一节桩和第二节桩接头处，与原担忧基本一致。针对第一批 8 根桩的施工情况展开全过程跟踪观察，记录并分析可能影响接桩质量的所有环节，最终提出解决方案。

3.2 试桩过程出现问题的原因及解决方案

3.2.1 前期试桩低应变检测结果不理想

（1）原因分析。本工程沉桩施工单位是第一次接触弹卡式连接预应力混凝土方桩，对此类桩施工缺乏经验，在施工前期阶段一直处于摸索状态。加之施工单位技术人员对施工人员的技术交底不到位，导致前期试桩低应变检测结果不理想。

（2）解决方案。面对一种新工艺的施工，对施工操作人员的技能岗前培训是必不可少的。施工技术交底是实施施工工序的首要环节，应当严格执行。施工技术交底的目的是使操作人员能够熟悉各项验收指标，明白工艺或工序的特性要求和操作控制要求，从设计情况、技术要求到施工工艺等方面做到心中有数，以免出现技术指导性错误和操作性失误。施工技术交底要求施工单位的技术人员和质量管理人员认真学习规范和图集，吃透图集的每项技术指标要求；要求施工单位编制有针对性的交底资料对分包及桩机施工人员进行交底，并定期或不定期检查每道工序的落实情况。施工技术交底必须全员参加，确保施工操作人员清晰地知道施工工序和操作方法，明确施工过程主要危险因素、自己的责任和相关应急措施，以减少因违规操作而造成质量缺陷及返工的可能性。

3.2.2 压桩过程中桩身发生倾斜

（1）原因分析。在压桩过程桩中，若桩身垂直度控制未达到要求，则易导致桩身倾斜，上下节接桩处平面出现缝隙，插杆插入弹卡接头深度不足，甚至出现错位，无法插入。

（2）解决方案。利用桩机的自平衡检验调平桩机的水平。现场在桩施工的 2 个 90° 夹角方向用经纬仪控制桩在施工过程中的垂直度，当偏差超出 0.5% 时，立即进行调整。在预制桩加工阶段，固定插杆和弹卡大小螺帽的安装位置都应达到图集的精度和角度要求。

3.2.3 桩头连接不密实

（1）原因分析。其一，沉桩施工前，施工单位缺乏经验，施工人员不熟悉工序流程、疏忽大意，经常出现插杆遗漏安装的情况；上节桩插杆丝牙拧入小螺帽时没有确保所有插杆外露长度一致，插杆插入弹卡时深度不一致，导致桩头连接不密实，直接影响沉桩的施工质量；其二，环氧树脂和固化剂掺制的密封材料比例达不到 3∶1，或涂抹量不够，导致不能全封闭。

（2）解决方案。弹卡式机械连接接桩不是以往的焊接接桩，而是采取“上螺下顶”的方式，其关键在于插杆与上下螺母的连接深度。接桩对齐时要确保“稳、准、实”，即确保吊桩稳定、位置准确、桩间密实。在上下节桩端面涂抹足够的专用密封材料，操作时间应控制在 2 min以内，初凝时间不超过 6 h，终凝时间不超过 12 h，密封材料拌制后 4 h 内使用完成。插杆在上节桩丝牙固定拧完后用400 mm×400 mm 模板顶在所有插杆端头，以此检验所有插杆外露长度是否一致。环氧树脂和固化剂掺制的密封材料比例必须严格达到 3∶1，涂抹量要根据现场实际情况确定，在实际全密封用量和图集要求的用量之间取大值。

3.2.4 桩锚筋连接不紧密

（1）原因分析。方桩桩顶与承台连接采用热轧三级螺纹钢，一边镦头形成丝牙与预制成品桩头的大螺母管丝钳丝扣连接。目前建筑市场的钢材负公差情况较为普遍，会导致镦头的丝牙小于大螺母的配套丝牙，难以将连接锚筋有效固定在桩头上。

（2）解决方案。采购国标尺寸钢材或在图集基础上提高一档锚筋直径，以确保锚筋的有效连接。

4 施工成果

由于弹卡式连接预应力混凝土方桩使用了全新的连接方式，使上下节桩成为了一个完整的整体，同时能满足防止受土质污染的要求，有效解决了周围环境对预制桩接桩用钢端板和焊缝的腐蚀，以及电焊时对桩端混凝土和钢筋电焊再次造成破坏等问题[3]。此外，桩身的预应力钢筋通过连接在镦头上的螺母与承台锚固钢筋上的螺栓连接在一起，保证了预应力钢筋与承台锚固钢筋在同一轴线上，真正达到了预应力筋必须直接锚入承台的要求。第三方检测单位按规范和设计图纸要求对各单体进行低应变动测，结果显示：Ⅱ 类桩均少于 10%，Ⅱ 类桩均超过 90%（见表1）。

表 1 桩基工程各单体低应变动测检测结果

5 结 语

弹卡式连接预制混凝土方桩的接桩工序是本工程沉桩施工质量控制的重中之重，应严格按照相关规范要求和专项施工方案执行。由于接桩的好坏将直接影响桩的检测结果，在沉桩施工前对施工人员进行岗位技能培训至关重要，且必须严格认真执行；对于事前的技术分析与施工工艺交底、事中的实施与检查和事后的检测与验收，都必须严格按照要求进行操作，实现施工质量的全过程控制，以确保达到工程质量目标，同时为后续采用该类桩的施工提供参考。