基于机械连接的预应力混凝土竹节桩施工技术

翁益民，邓志望，季尧先，罗 伟

（1.上海市建设工程安全质量监督总站，上海 200032；2.中国建筑第二工程局有限公司华东公司，上海 200135）

0 引言

当前高层建筑桩基通常采用钢筋混凝土灌注桩、预应力高强混凝土空心方桩、预应力高强混凝土空心管桩等，以上桩型在软土地区施工效率较低，在钢筋接头焊接时易出现焊接质量问题，从而受到地下水腐蚀引起桩基承载力下降，影响上部结构安全。昆山越秀广电项目所在地存在软土地基，为解决以上问题，采用竹节桩施工并优化形成基于机械连接的预应力混凝土竹节桩施工技术，取得了良好的效益。

1 技术原理

1）桩自身侧壁设置横向或纵向肋，使截面均匀变化，有效提升桩的抗拔力。

2）上下节桩之间采用卡扣式机械连接，并利用环氧树脂进行密封，确保桩间连接紧密。

3）桩头螺母与基础承台间采用专用锚固钢筋连接，施工前预先弯折45°，一次加工成型并全部处于基础底板混凝土内部，避免连接处弯折损伤。

2 施工工艺

2.1 施工流程

预应力混凝土竹节桩的施工流程如图1所示。

图1 竹节桩施工流程

2.2 设备与材料

在预应力混凝土竹节桩施工前需配备相应的施工机械设备、检验用器具和材料等，如表1所示。

表1 桩基施工主要设备与材料

2.3 操作要点

2.3.1 桩进场验收

为保证预应力竹节桩施工质量，在桩进场前需进行桩身完整性检查验收，保证桩身无裂缝，桩头无破损，桩身混凝土必须达到100%设计强度。为避免雨水长时间浸泡和腐蚀，竹节桩堆放场地应压实平整，并进行找坡排水；15m以内的机械连接竹节桩按两支点法进行堆放，超过15m的应增设支点，各支点应在同一水平面。

2.3.2 沉桩施工

竹节桩可采用锤击、顶压及抱压法施工，为确保桩身完整性，宜优先采用抱压静压法进行沉桩施工。具体施工要求如下。

1）夹具应抱住桩身凸出部位且避开桩身两侧合缝位置，桩身允许抱压压桩力宜根据工程设计确定。

2）严禁抱板固定螺母高出抱板面，宜低于抱板面10mm。

3）在沉桩过程中应经常观测桩身垂直度，保证垂直度偏差不超过0.5%。

沉桩前由测量专业人员核对桩位，确保桩位无误后方可沉桩；沉桩时固定端大螺帽应朝上，张拉端小螺帽应朝下，连接端必须安装好弹簧、垫片、卡片、中间螺母后方可起吊。竹节桩起吊垂直度在80°以内时严禁单点拖拉，单点起吊前必须在桩身下端安装防护套。

为确保上下节桩之间连接良好，每节桩应一次性连续打（压）到底，接桩、送桩应连续进行，停歇时间不得超过30min；桩帽和送桩器应与竹节桩匹配做成圆筒形，并应有足够的强度、刚度和耐打性。此外，为保证桩与桩之间接头的安全性，最上面一节桩桩长不小于8m，接桩时其入土部分的竹节桩桩头宜高出地面0.8～1.2m。

2.3.3 桩端质量检查

在下节桩施工到相应标高时，需对上节桩两端端部尺寸进行测量，确保尺寸偏差在允许范围内，同时需对连接卡扣件进行检查，待确认无损后卸下上、下节桩两端的保护装置，清理完桩头接头残物后方可起吊施工。

2.3.4 插杆及螺帽安装

为实现上下节竹节桩良好对接，在上节桩张拉端的小螺帽上安装插杆，在下节桩的固定端大螺帽里安装弹簧、垫片、卡片及中间螺帽，并用专用检测工具检测中间螺帽端面与插杆平台距桩端面深度。桩头连接件大样如图2所示。

图2 桩头连接件大样

2.3.5 下节桩端面涂抹密封胶

当上下节桩对位完成后，在下节桩端面采用由环氧树脂、芳香胺等按1∶0.6组成的专用密封胶涂抹，为保证桩端密封胶的密封性能，操作时间必须控制在2min以内且涂抹均匀，初凝和终凝时间分别不超过6h和12h。

2.3.6 插入插杆、检查桩顶标高

密封胶涂抹完毕后需立即在专人指挥下，将插杆与中间套的轴线移到同一条直线，必须同时准确对准3个以上孔方可缓缓插入，严禁碰撞桩端其他部位。待确认上下节桩完全连接后方可开始压桩，密封材料宜溢出接口，保证接口无缝隙。为防止密封胶硬化影响密封质量，必须在拌制后4h内使用完。待最后一节桩施打完成后按设计图纸要求采用水准仪检查桩顶标高，防止标高不一致导致偏心受力影响结构安全。

2.3.7 桩端钢筋机械锚固

在土方开挖后、桩端钢筋弯折之前需对桩芯进行清理，保证桩芯及桩芯侧壁干净，还需要涂刷水泥浆或界面剂进行保护。竹节桩与基础承台连接大样如图3所示，为保证桩基与底板的整体性，桩端钢筋锚固时需使用管钳将①号锚固钢筋拧入螺母，外漏丝扣不大于2mm；同时还需要将该锚固钢筋弯折45°，使其能全部被基础底板混凝土覆盖。

图3 竹节桩与基础承台连接大样

2.3.8 放置钢筋笼、浇筑桩芯混凝土

竹节桩钢筋笼应按设计图纸要求的规格、型号采用集中加工方式进行加工，严格保证钢筋直径、间距及焊接接长质量，且钢筋笼整体长度应满足竹节桩长度要求，另外要设置侧向短支撑保证钢筋笼沿桩芯径向分布均匀。待钢筋笼放置并检查合格后方可浇筑桩芯混凝土。

3 质量控制

竹节桩施工过程中质量控制主要包括上下桩连接安装允许偏差及尺寸偏差，具体偏差要求如表2，3所示。当竹节桩桩头异常时，锚固钢筋按以下措施进行处理。

表2 上下桩之间连接安装允许偏差

表3 拼接桩的尺寸允许偏差

1）桩顶标高高于设计标高但不高于基础底板顶标高时，需人工配合机器将桩顶高出部分破除，且注意保护钢棒和螺母。

2）桩头高于设计标高且高于基础底板顶标高时，需先将桩截除至桩顶设计标高向上不小于1m处，确保锚固钢筋外露不少于1m，然后人工配合机器将桩顶设计标高以上混凝土破除。

4 效益分析

该机械连接的预应力竹节桩设计成凹凸形可增加与地下土的接触面积，按照每层土质计算凸出部分面积取端阻力的30%计算，与同规格管桩和方桩对比，在满足设计要求的抗压承载力情况下，竖向抗拔承载力一般提高20%～30%，且综合单价更低（见表4）。此外，采用机械连接和环氧树脂密封的竹节桩接桩用时仅6～8min，而管桩和方桩接桩焊接接头用时达12～15min，施工效率显著提升。

表4 同规格桩效益分析

5 结语

昆山越秀广电项目采用预应力竹节桩进行桩基施工，利用卡扣式机械连接和环氧树脂密封胶进行接桩，通过结构构造优化设置横向或纵向肋，并采用专用锚固钢筋与承台锚固连接，具有施工效率高、抗侵蚀能力强、抗拔力高、整体稳定性好等优点，大大提升了桩基耐久性和结构安全性能且具有良好的经济效益，可在软土地区的同类工程进行推广应用。