淺談預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的快速接頭技術(shù)

　　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是采用錘擊貫入或靜力壓入等方法，利用機(jī)械把預(yù)制預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁送至設(shè)計(jì)指定的地基持力層的一種樁基型式。這種樁基問世以來，由于單樁承載力高、施工速度快，尤以靜力壓樁法，施工時無噪音、無震動，滿足文明施工的要求，且因其價格適中，已成為廣東省常用的一種樁基型式，特別適用于珠江三角洲有較厚軟弱土層的地域。 

 

　　預(yù)制的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的樁長，由于生產(chǎn)、運(yùn)輸及施工的原因，都不能一次滿足設(shè)計(jì)樁長的需要，必須在打樁時現(xiàn)場進(jìn)行接樁，一般接樁一至兩次。傳統(tǒng)的樁接頭型式是采用焊接，接樁的時候，待先行沉入的樁上端離地面0.8m左右時，把待接的樁吊到已進(jìn)入土中樁的上端，就位對中吊直后，由兩位焊工對稱操作，要求分兩層施焊，每個接頭約花20分鐘的時間，待接樁焊縫自然冷卻8分鐘后，才可繼續(xù)進(jìn)行沉樁。采用焊接接樁方法，焊接工序耗費(fèi)工時較多，使樁機(jī)等機(jī)械利用率降低，工作效率不高，施工成本為此相應(yīng)增加。 

 

　　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁新型的快速接頭技術(shù)是在預(yù)制預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁樁端每個接頭預(yù)埋鋼板上，均分焊上數(shù)個接樁用的連接槽，連接槽內(nèi)藏帶鋸齒形的鋼銷板及壓力彈簧。鋼銷板為優(yōu)質(zhì)炭素鋼45#（經(jīng)淬火）加工成鋸齒形齒牙向樁身的滑塊，鋼銷板后面用壓力彈簧作緊固的作用。論文參考網(wǎng)。管樁接駁時，首先在待接樁樁端預(yù)埋鋼板的每個連接槽上用小錘打入插上各根連接銷。連接銷也是用優(yōu)質(zhì)炭素鋼45#（經(jīng)淬火）加工成兩端分別帶有齒牙向中的鋸齒形、截面為矩形的連接體。由于連接槽內(nèi)裝有兩件帶了彈簧的鋼銷板，有伸縮緊固的功能，故連接銷可以很方便地插進(jìn)連接槽內(nèi)。兩根樁對接，通過連接銷與鋼銷板的機(jī)械嚙合而緊密地連接起來，耗時不到兩分鐘即可繼續(xù)沉樁的工序，方便簡捷，把工作效率大大提高。 

 

　　4.1設(shè)計(jì)原則 

　　預(yù)制樁接頭用機(jī)械連接的裝配原理，在國內(nèi)外也有實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)。如國內(nèi)用法蘭盤連接；國外文獻(xiàn)中介紹瑞典開發(fā)的裝配式接頭種種，其特點(diǎn)是連接操作方便迅速，可大大提高沉樁效率。這種適用于預(yù)應(yīng)力混凝土管樁快速接頭技術(shù)，比上述裝配式接頭的詩點(diǎn)更為優(yōu)勝，極有開發(fā)價值和競爭性。 

　　快速接頭的設(shè)計(jì)原則是，接頭的受力不小于樁身的受力。具體要考慮的問題有： l）機(jī)械件的連接，應(yīng)用機(jī)械原理使其能達(dá)到預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的受力要求。 2）連接銷要滿足抗拉要求。 3）連接嚙合要滿足抗剪要求。論文參考網(wǎng)。 4）接頭受力要滿足混凝土管樁抗彎要求。 

　　4.2快速接頭設(shè)計(jì)的思路 

　　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁快速接頭按預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的受力狀態(tài)，應(yīng)滿足混凝土管樁設(shè)計(jì)承載力等的要求，現(xiàn)以400mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁為例，對快速接頭的機(jī)械連接件作有關(guān)應(yīng)力的分析和計(jì)算。 

　　4.3有關(guān)應(yīng)力計(jì)算 

　　用快速接頭連接槽內(nèi)一根連接銷齒鍵嚙合進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。連接部件采用熱處理表面淬火的優(yōu)質(zhì)炭素鋼45#，硬度為HRC35－40，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得出： 

　　抗拉強(qiáng)度Ob＝600N／mm2

　　屈服極限Os=355N／mm2 

　　抗剪強(qiáng)度T=0．6Ob＝0．6×600=360N／mm2

　　一根連接銷橫截面抗剪力： 

　　式中 Ft一一根連接銷橫截面抗剪刀。 

　　H一連接銷厚度（齒牙削弱面的邊長） 

　　S一齒深（或齒牙高；齒牙角度為450） 

　　S＝0．75P＝0．75×3.3=2．475mm 

　　P一齒距=3.3mm 

　　B一連接銷寬度 

　　一根連接銷抗拉力： 

　　式中FL一一根連接銷抗拉力 

　　一根連接銷齒鍵嚙合抗剪力： 

　　式中 Fj一根連接銷齒鍵嚙合抗剪刀 

　　n一齒牙總數(shù) 

　　i-折減系數(shù)，這里取0．9 

　　以400mm混凝土管樁為例，其樁身承載力設(shè)計(jì)值可取為1700kN，樁身抗拔承載力設(shè)計(jì)值為350kN。采明快速接頭時，樁端預(yù)埋鋼板上均布七個連接銷，理論計(jì)算橫截面抗剪力為1344．2kN，軸向抗拉力為2240．3kN，齒鍵嚙合抗剪力可達(dá)2514.8kN。從計(jì)算結(jié)果可知，快速接頭機(jī)械連接件的受力（抗拉威軸心受壓）可超過預(yù)應(yīng)為高強(qiáng)混凝土管極單樁承載力設(shè)計(jì)值的要求。 

 

　　5.1試驗(yàn)的目的 

　　通過快速接頭部件的應(yīng)力計(jì)算得出，是可以滿足管樁樁身承載力的要求，但還須通過快速接頭的幾種受力狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)，以求通過實(shí)驗(yàn)論證計(jì)算的正確。 

　　5.2試驗(yàn)項(xiàng)目 

　　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁快速接頭力學(xué)性能應(yīng)與混凝土管樁樁身等同，受力除了在豎向力作用下受壓外，還要考慮抗拔作用下的受拉，承受水平力作用的抗剪和抗彎。由于該接頭的抗壓能力大于受拉能力，故只設(shè)定了三個試驗(yàn)項(xiàng)目。論文參考網(wǎng)。一是機(jī)械接頭部件的抗拉試驗(yàn)；二是機(jī)械接頭部件的抗剪試驗(yàn)；三是混凝土管樁接頭實(shí)樣的抗彎試驗(yàn)。 

　　前兩個項(xiàng)目的試驗(yàn)委托廣州市某質(zhì)量安全檢測中心進(jìn)行，用不同的齒鍵嚙合型式作了多組試驗(yàn)。其試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算基本相同。后一個項(xiàng)目的試驗(yàn)是混凝土管樁接頭實(shí)樣的抗彎試驗(yàn)，根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁GB13476－1999）的規(guī)定，"管樁接頭處極限彎矩不得低于管樁極限彎矩"，并按規(guī)范條文中的抗彎性能和試驗(yàn)方法委托某大學(xué)土建工程實(shí)驗(yàn)中心對混凝土管樁的快速接頭實(shí)樣進(jìn)行了抗彎試驗(yàn)。 

　　5.3抗彎試驗(yàn)?zāi)康?nbsp;

　　某土建工程實(shí)驗(yàn)中心對某管樁廠生產(chǎn)的三根400×95A型和三根300×70A型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁快速接頭實(shí)樣隨機(jī)抽樣進(jìn)行抗裂、抗彎性能試驗(yàn)。參照先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁國家標(biāo)準(zhǔn)制定抗彎試驗(yàn)方案，為簡文梁對稱加荷裝置，快速接頭位于最大彎矩處。試驗(yàn)的目的是： l）測定采用快速接頭的預(yù)應(yīng)力混凝土管極初裂強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度； 2）測定采用快速接頭的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在各級荷載作用下的裂縫寬度及長度；3）測定采用快速接頭的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁跨內(nèi)最大變形撓度；4）觀察測定采用快速接頭的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的破壞形態(tài)。 

　　5.4試驗(yàn)結(jié)果分析 

　　根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出：l）該樁快速接頭性能分別符合400mm和300mm管樁A型（原母材）國家標(biāo)準(zhǔn)。 2）由于快速接頭是機(jī)械嚙合，連接中接頭已存在一定的間隙，試驗(yàn)結(jié)果對照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)加荷至極限彎矩時，管樁受拉區(qū)混凝土裂縫寬度不超過l．50mm。試驗(yàn)結(jié)果該接頭的間隙相對展開約為1．50mm左右，其數(shù)值基本滿足標(biāo)準(zhǔn)。3）有五個試件當(dāng)加荷至極限彎矩值的1．5倍或1．5倍以上時，快速接頭未破壞，但彎矩最大處的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲拉斷。 4）試件跨中最大撓度值為27．03－65mm，均小于試件跨度的L／50＝96mm。 

　　5.5結(jié)論 

　　從試驗(yàn)結(jié)果可以得出的結(jié)論是，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁快速接頭性能不但與管樁生產(chǎn)的等級標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，而且快速接頭的抗彎能力大于預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁身抗彎強(qiáng)度，完全滿足國家規(guī)范"管樁接頭處極限彎矩不得低于管樁極限彎矩"的規(guī)定。 

　　預(yù)應(yīng)力混凝土管樁快速接頭所需部件，只須在工廠進(jìn)行精密的加工、預(yù)埋，節(jié)省了沉樁施工中現(xiàn)場焊接的工序，接樁技術(shù)簡單、易于操作，只要稍加指點(diǎn)就可以熟練，連接時靈活快捷，工效和機(jī)械利用率大大提高。由中國工程院士容柏生主持的科學(xué)技術(shù)成果鑒定指出，這種快速接頭"屬國內(nèi)首創(chuàng)，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平"。預(yù)計(jì)該項(xiàng)技術(shù)通過推廣，眾多的施工單位和工程將會樂于應(yīng)用，在國內(nèi)外都會有較大的發(fā)展空間。