浅析预应力高强混凝土抗拔管桩的连接接头方式.pdf

2 0 1 3年第0 3期 总第 1 7 7期 福 建 建 筑 F u i i a n Ar c h i t e c t u r e C o n s t r u c t i o n No 03 2 01 3 Vo l 1 7 7 浅析预应 一 f 1 J 同 强混凝土抗拔管桩的连接接头方式 孥宏伟 福建建工集团总公司福建福州3 5 0 0 0 3 摘要 本文简要介绍了预应力高强混凝土抗拔管桩 连接接头的形式 从施工工艺 受力 计算分析和经济性 三方面 阐述三种 连接方式 在抗拔管桩应用的优缺点 说 明了机械啮合连接接头施工简单方便 满足预应力高 强混凝 土抗拔管桩 的工程 性能要求 经 济性较理想 相比其它连接方式 具有较强的优越性 关键词 预应力高强混凝土管桩连接接头 气体保护焊 螺纹连接 啮合连接 优越性 中图分类号 T U 7 5 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 6 1 3 5 2 0 1 3 0 3 0 1 0 0 0 3 Th e s i mp l e a n a l y s i s o f t h e p r e s t r e s s e d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e p i l e c o n n e c t o r f o r ms a g a i n s t u p l i f t L Ho n gwe i F u j i a n C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g G r o u p C o r p o r a t i o n F u z h o u 3 5 0 0 0 3 Abs t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e p r e s t r e s s e d hig h s e n gth c o n c r e t e p i l e c o n n e c t o r f o r ms a g a i n s t u p l i f t a n d e x p a t i a t e s t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v ant a g e s o n t h e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s t h e f o r c e an a l y s i s an d e c o n o mi c a s p e c t s S o t h e me c h a n i c a l ma t i n g c o n n e c t o r i s s i mp l e a n d c o n v e n i e n t a n d me e t s t h e e n g i n e e r i n g p e rfo rm a n c e req u i r e me n t s o f t h e P HC p i l e a g a i n s t u p l i f t an d i s e c o n o mi c a1 T h i s form h a s mo re a d v a n t ag e c o mp a r e d wi t h o t h e r c o n n e c t o r form s Ke y wor d s Th e p res t r e s s e d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e p i l e c o n n e c t o r again s t u p l i f t Ga s s h i e l d e d a r c w e l d i n g T hr e a d e d c o n n e c t i o n Ma t i n g c o n n e c t o r S u p e rio rit y E ma i l 9 3 7 01 1 41 1 q q c o rn 1 预应力混凝土管桩的应用情况 管桩是造价较经济的桩型 有以下特点 1 比较适合福建省沉积地区的地质条件 管桩强度高 耐压性 耐打性好 比较适合作摩擦端承桩及 端承摩擦桩 我省海相沉积地区 基岩埋藏较浅 约 1 0 m一 3 0 m 且基岩风化层较厚 采用管桩基础可以保证工程质量 2 工期短 造价低 管桩施工前期准备时间短 施工速度快 检测简单快捷 管桩单体长度价格较低 单位承载力造价较低 工期短 节省施 工费用 缩短投资回收时间 目前 管桩基础已成为福建省沿海地区设计人员优先选用 的常用建筑桩基础形式之一 随着经济建设的不断发展 我省工程项目地下室连接体面 积越来越大 出现了越来越多的抗拔桩 2 预应力管桩的接头形式及施工工艺 预应力高强混凝土管桩的连接有端板焊接连接和机械连 接两种形式 机械连接现在主要有两种形式 机械螺纹连接和 机械啮合连接 2 1 端板焊接施工 1 首节桩垂直度控制在 0 5 以内 接桩前先将下节桩 作者简介 李宏伟 1 9 7 7 1 2一 男 工程师 一级注册建造 师 国家注册监理工程师 收稿 日期 2 0 1 2一l l一1 1 的接头处理干净 设置导向箍方便上节桩正确就位 接桩时上 下节桩中心线偏差不大于 2 ram 2 管桩对接前 上下端板表面用钢丝刷清刷干净 坡 口 处刷 至露 出金属光泽 3 焊接时先在坡 口圆周上对称点焊4 6点 待上下节 桩固定后拆除导向箍 再分层施焊 施焊时由两个持证上岗的 焊工对称进行 4 拼接处坡口槽电焊分三层对称进行 内层焊必须清理 干净后方能施焊外一层 焊缝应连续饱满 其外观质量要符合 二级焊缝的要求 5 施焊完成的桩接头待自然冷却后继续沉桩 自然冷却 时间锤击法沉桩时不少于 1 5 m i n 静压法沉桩时不少于 l O m i n 不得用水冷却和焊好即沉 采用二氧化碳气体保护焊 其 自然 冷却时间按技术规程要求不少于 5 m i n 2 2 机械螺 纹连接施工 图 1 1 第一节桩立桩必须严格控制垂直度在 0 3 以内 桩 头高 出地 面 0 5 m一1 O m 2 连接过程中 先卸下螺纹保护套 松掉螺母 中的固定 螺钉 两端 面螺纹清理干净 管桩连接前 在桩端处涂抹 1 5 m m厚的益胶泥 3 利用构件中的对中机构对中连接 然后卸下螺母顺时 针方向旋紧 再用专用扳手卡住螺母敲紧 锤击桩还应在螺母 下方垫上防松嵌块 并拧紧 2 3 机械啮合连接施工 图 2 图3 1 连接前 未吊管桩前 清理干净连接处的端头板 把 标准连接销圆端满涂沥青涂料用扳手把标准连接销逐根旋入 2 0 1 3年 O 3期 总第 1 7 7期 李宏伟 浅析预应力高强混凝土抗拔管桩的连接接 头方式 1 0 2 力的要求 即也能满足 2 式的计算 3 3 管桩机械啮合连接接头抗拔承载力计算 1 管桩机械啮合连接接头采用高强螺栓连接销与端板 预拉力连接 两者连接抗拔承载力计算 3 式中 n 高强度螺的栓群螺栓数目 受轴心拉力作用时 一个高强度螺栓的承载力设 计值 0 8 P P为一个高强度螺栓的设计预拉力值 1 0 9 级高强螺栓取值 8 8级高强螺栓取值2 8 5 k N 以 1 0 9级螺栓 1 2个 直径 3 0 ra m为例计算 则 P 3 5 5 k N 螺栓抗拔承载力为 3 4 0 8 k N 以 8 8级螺栓 1 2个 直径 3 0 m m为例计算 则 P 2 8 5 k N 螺栓抗拔承载力为 2 7 3 6 k N 远 大于 P H C 5 0 0一A B一1 2 5管桩桩身轴心受拉承载力设计值 9 1 8 k N和桩周抗拔承载力特征值 约 1 2 0 0 k N 2 高强螺栓连接销材料自身抗拔承载力计算 A 4 式中 螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度 因高强螺栓预拉力设计值约为 0 6倍螺栓材料经热处理 后的最低抗拉强度 在满足 3 式的情况下 螺栓材料能够满 足设计拉力的要求 即满足 4 式的计算 4 预应力管桩的接头经济性分析 以P H C 5 0 0一A B一1 2 5管桩为例 机械螺纹连接构件 2 0 0 0 元 套 机械啮合连接构件7 0 0元 套 按桩长4 0 m 每根桩有 2 个接头考虑 机械螺纹连接增加材料费用 1 0 0元 m 机械啮合 连接增加材料费用 3 5元 m 按规程操作 每个施工 接头时 间 焊接 连接接头 约需 3 0 m i n 机械螺纹连接约需 8 m i n 机械啮合连接约需 2 m i n 每 个台班 焊接连接可施工约 1 2 8 m 机械螺纹连接可施工约 1 6 3 m 机械啮合连接可施工约 1 7 3 m 以施工费 4 0元 m计算 螺纹连接增效 1 1 元 m 机械啮合连接增效 1 4元 m 综合上述连接增加的材料费用和省时增加的效益 与焊接 连接对比 机械螺纹连接增加费用 8 9 T r m 机械啮合连接增 加费用 2 1 元 m 从经济性 比较 机械螺纹连接增加费用较 多 机械啮合连接增加费用较少 对于工期要求 紧的工地 机械连接还可减少桩机的投入 减少进场费用 综合费用还 可降低 5 上述三种管桩连接方式的优缺点分析 1 管桩接头端板焊接连接接头 优点是 构造简单 可直 接相连 用料经济 制作加工方便 连接密闭性好 其缺点是 1 在焊缝附近的热影响区内 钢材的金相组织发生改变 导致 焊缝产生纵向 横向和沿厚度方向的焊接应力 存在的焊接残 余应力增大了结构的变形 降低了结构的强度 对于受拉构件 而言 焊接结构对裂纹很敏感 局部裂纹一旦发生 就容易扩展 到整体 冷脆问题较为突出 2 熟练工按规程操作 现场连接 接头所需时间较长 约需 3 0 m i n以上 3 该连接方式受现场施 工条件和工人技能水平 工作态度影响很大 不确定因素较多 焊接水平参差不齐 质量受控程度较低 计算结果表明 在某 些情况下 焊接接头质量不能满足抗拔承载力的要求 2 管桩机械螺纹连接接头和机械啮合连接接头 共同的 优点是 1 对中机构确保桩身垂直度 桩身轴心受力 受力计算 明确 各项性能均能满足或超过国家相关标准规定 2 已形 成工厂定型化 标准化生产 质量受控程度高 工人经简单培训 就能很快熟练操作 不用明火作业 施工安全性提高 接头施工 受气候条件影响小 在恶劣的天气中也能保证接头质量 3 现 场连接接头所需时间较短 机械螺纹连接需时8 ra i n左右 机械 啮合连接仅需时2 ra i n 4 抗腐蚀性好 接头金属构件经过表 面镀锌处理 镀锌层较厚 机械啮合连接接头处还可以填涂沥 青等防水涂料 防腐性能优于焊接接头表面涂防腐漆 3 机械啮合连接接头独有的优点是 1 可采用静压沉 桩 也可适用锤击沉桩方式 机械啮合连接接头带有弹性 锤 击时有弹性缓冲作用 相比焊接连接 在受到基岩不对称不均 匀的反力时 断桩 烂桩数量少 2 端板接头构件中 只有螺栓 孔口和连接槽口是开口的 其它部位都是处于密闭状态 在管 桩厂预制过程中 将端板的孔 口和槽 口封堵 就能保证混凝土 浆液不流人螺栓孔和连接槽 比机械螺纹连接端板构件保护简 易 耗时较少 与普通管桩生产相比工效差别不明显 管桩厂 生产效率较高 提高了厂家的生产积极性 能满足工期较紧 工 程量大的工地的需求 3 可根据设计受力要求在管桩厂预制 时调整连接销的数量和规格 生产更具灵活性 4 机械螺纹连 接接头 的缺点是 1 如果采 用锤 击方式 有可能造成螺母被击松 螺纹紧固程度减少 降低螺纹连接承 载力 2 在管桩预制过程中 必须保护螺纹和螺母不受混凝土 浆液污染 防止螺纹失效 由于螺纹和螺母是暴露在外面 保 护工序较为繁琐 管桩预制生产工效较低 据了解 比普通管 桩生产工效下降 5 0 以上 供应量严重不足 难以满足大工程 量的需求 这也是管桩厂报价高的主要原因之一 5 两种机械连接接头共同的缺点是 在进行桩身完整性 小应变检测时 波形图在接头位置可能会产生波形异常 反射 幅值突变 造成误判断桩 在管桩连接之前 在桩端处涂抹益 胶泥等材料 让连接接头能有效传递弹性波 并在检测时根据 波形图情况采用孔内摄像法辅助检查 6 结 论 根据上述分析 机械啮合连接接头施工简单方便 满足预 应力高强混凝土抗拔管桩的工程性能要求 预制生产效率也较 高 增加费用不多 经济性较理想 相比其它连接方式 具有较 强的优越性 随着建筑事业的