先張法預(yù)應(yīng)力混凝土離心方樁制作工藝

    建筑基礎(chǔ)工程中預(yù)制混凝土樁樁體截面形狀主要有圓形截面的預(yù)制混凝土管樁和正方形或長(zhǎng)方形截面的預(yù)制混凝土方樁。上世紀(jì)90年代以來(lái),隨著預(yù)制混凝土管樁的標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)及施工技術(shù)的不斷發(fā)展,基礎(chǔ)工程對(duì)管樁產(chǎn)品已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可,在實(shí)際工程中管樁產(chǎn)品有其顯著的優(yōu)越性,但在以下幾個(gè)方面表現(xiàn)不足:①管樁為外圓形結(jié)構(gòu),運(yùn)輸中不易幫扎、固定;②由于管樁樁身存在一定的橢圓度,采用抱壓施工時(shí)易出現(xiàn)樁身抱碎事故;③管樁在軟土地基施工后,在基坑開(kāi)挖時(shí),容易出現(xiàn)樁位傾斜;④管樁基礎(chǔ)的承臺(tái)較方樁大,基礎(chǔ)成本較高等。  

    預(yù)制混凝土方樁除港工基礎(chǔ)采用先張法工藝的預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁(內(nèi)腔主要采用預(yù)置橡膠充氣方式,有正方形或長(zhǎng)方形兩種截面形式)外,大多數(shù)基礎(chǔ)工程主要采用手工作業(yè)的非預(yù)應(yīng)力、振動(dòng)成型工藝居多,混凝土采用自然養(yǎng)護(hù),結(jié)構(gòu)多為實(shí)心的正方形截面。該預(yù)制方樁主要存在下列缺陷:①生產(chǎn)效率低,生產(chǎn)周期長(zhǎng);②產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定,硬化混凝土結(jié)構(gòu)截面中含氣孔較多;③混凝土強(qiáng)度低,樁身承載力未能充分發(fā)揮;④混凝土自然養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng),生產(chǎn)占地面積大。  

    自2003年至今,武漢金石工程技術(shù)有限公司、云南中技管樁有限公司、上海中技樁業(yè)有限公司等單位的技術(shù)人員將先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁生產(chǎn)工藝應(yīng)用于預(yù)制混凝土方樁的生產(chǎn),即利用離心成型工藝,研究開(kāi)發(fā)了先張法預(yù)應(yīng)力混凝土離心方樁(以下簡(jiǎn)稱(chēng)離心方樁),現(xiàn)將該產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品類(lèi)型及技術(shù)要求等做一一說(shuō)明。  

    生產(chǎn)工藝  

    離心方樁生產(chǎn)工藝與現(xiàn)有的管樁生產(chǎn)工藝基本相同,主要不同點(diǎn):①采用與離心方樁鋼模模具相配套的近似方形的鋼筋骨架;②成型用的模具截面呈正方形結(jié)構(gòu)。具體生產(chǎn)工藝如下:  

    1.混凝土原材料的計(jì)量、攪拌。根據(jù)設(shè)計(jì)好的配合比,將砂、石、水泥、水、外加劑和摻合料等經(jīng)精確計(jì)量,用混凝土強(qiáng)制式攪拌機(jī)制成3cm~5cm的低坍落度的新拌混凝土,設(shè)計(jì)要求混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C60或C80。  

    2.離心方樁端板制作。與管樁端板制作基本一致,但方樁的端板外形是方形的,且預(yù)應(yīng)力主筋的沉孔沿端板四邊、角均勻分布。端板安裝前,四周需焊接厚度為1.5mm~2mm的薄鋼板制作成的方形樁套箍。  

    3.骨架制作。預(yù)應(yīng)力主筋采用低松馳型的預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒,需要精確定長(zhǎng)、切斷、鐓頭;螺旋筋采用椎4mm~6mm的低碳冷拔鋼絲;根據(jù)離心方樁結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)要求,方形鋼筋骨架采用專(zhuān)用的方樁骨架自動(dòng)焊接機(jī)加工。  

    4.安裝鋼筋骨架。將制作好的鋼筋骨架、方形端板(已焊套箍)放置于離心方樁的鋼模具內(nèi),并與預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固板、張拉板、張拉桿等連接。  

    5.混凝土布料。按每根離心方樁的用量要求,將新拌混凝土沿模具均勻填滿下半模,在張拉一端盡可能多布一些混凝土。  

    6.合模。將離心方樁上半鋼模吊至下半鋼模上方,并用螺栓將上下兩半鋼模固定,以確保模具在高速離心作業(yè)過(guò)程中不松動(dòng)和混凝土不跑漿。  

    7.預(yù)應(yīng)力張拉。采用千斤頂式的張拉機(jī)對(duì)合模后的離心方樁鋼筋骨架進(jìn)行整體張拉,張拉至鋼筋強(qiáng)度的70%后,用大螺母將張拉桿固定在鋼模具上。  

    8.離心工藝。將上述張拉錨固后的帶模離心方樁吊至離心機(jī)上方,按初速、中速、中高速、高速的離心速度逐級(jí)加速,離心時(shí)間一般為10min~18min。通過(guò)離心密實(shí)成型工藝,使新拌混凝土沿離心方樁的模具四周均勻密實(shí),同時(shí),管樁形成一圓形內(nèi)腔。離心結(jié)束后,將張拉端抬高,傾倒離心過(guò)程中產(chǎn)生的廢漿水。  

    9.初級(jí)蒸氣養(yǎng)護(hù)。將離心成型后的帶模離心方樁吊至常壓蒸氣養(yǎng)護(hù)池(坑)內(nèi),靜停1h~2h,緩慢升溫至90℃~100℃,常壓下養(yǎng)護(hù)4h~8h,使混凝土強(qiáng)度達(dá)到40MPa以上。  

    10.脫模。將初級(jí)蒸氣養(yǎng)護(hù)后的帶模離心方樁吊至專(zhuān)用脫模臺(tái)位上,用風(fēng)動(dòng)扳手卸去張拉螺栓及合模螺栓,給樁體施加預(yù)應(yīng)力,然后吊走上半模,翻動(dòng)下半模,卸去預(yù)應(yīng)力張拉大螺桿。清理上下半模、錨固板、張拉桿,并涂刷脫模劑。對(duì)于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C60的離心方樁,將脫模后的離心方樁直接吊運(yùn)至成品堆場(chǎng)碼堆,自然養(yǎng)護(hù),達(dá)到出廠強(qiáng)度后即可出廠。  

    11.高壓蒸養(yǎng)。設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80以上的離心方樁,需將脫模后的離心方樁再進(jìn)入高壓釜進(jìn)行高溫蒸氣養(yǎng)護(hù),最高溫度為180℃~200℃,飽和蒸氣壓力為1.0MPa,養(yǎng)護(hù)時(shí)間8h~12h,使混凝土強(qiáng)度達(dá)到80MPa以上。經(jīng)高壓養(yǎng)護(hù)后的管樁可以直接出廠供樁。  

    產(chǎn)品分類(lèi)  

    離心方樁類(lèi)型及產(chǎn)品代號(hào),根據(jù)離心方樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)和離心方樁截面內(nèi)徑分為:預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土離心方樁(代號(hào)HLFZ)、預(yù)應(yīng)力混凝土離心方樁(代號(hào)LFZ)、預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁離心方樁(代號(hào)TLFZ)三種類(lèi)型。其中,預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土離心方樁用混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)不低于C80,預(yù)應(yīng)力混凝土離心方樁和預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁離心方樁用混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)不低于C60。  

    按離心方樁的樁身結(jié)構(gòu)抗彎性能,將預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土離心方樁和預(yù)應(yīng)力混凝土離心方樁分為A型、AB型和B型。  

    原材料使用  

    水泥采用強(qiáng)度等級(jí)不得低于42.5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。細(xì)骨料宜采用硬質(zhì)中粗砂,細(xì)度模數(shù)為2.5~3.2,含泥量應(yīng)小于1%;當(dāng)選用人工砂時(shí),細(xì)度模數(shù)不宜大于3.8。粗骨料應(yīng)采用碎石或碎卵石,其最大粒徑不大于25mm,且不得超過(guò)鋼筋凈距的3/4。碎石必須經(jīng)過(guò)篩洗,含泥量不得大于0.5%,碎石的巖體抗壓強(qiáng)度宜大于所配混凝土強(qiáng)度的1.5倍�；炷�土拌和用水不得含有影響水泥正常凝結(jié)和硬化的有害雜質(zhì)和油質(zhì)。減水劑的質(zhì)量應(yīng)符合GB8076《混凝土外加劑》的規(guī)定,減水率大于15%。摻合料可選用硅砂粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣、硅灰等,使用前必須對(duì)其有關(guān)性能和質(zhì)量進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。預(yù)應(yīng)力主筋采用直徑大于7.1mm的L型低松弛預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒,延性級(jí)別為35,斷后伸長(zhǎng)率不小于7%,抗拉強(qiáng)度大于1420MPa,屈服強(qiáng)度大于1275MPa。螺旋筋采用直徑4mm~6mm的低碳冷拔鋼絲。端頭板、鋼套箍的材質(zhì)選用Q235的碳素結(jié)構(gòu)鋼。  

    相關(guān)要求  

    1.構(gòu)造要求  

    預(yù)應(yīng)力主筋下料長(zhǎng)度的相對(duì)差值不得大于L/5000(L為樁長(zhǎng),以mm計(jì)),鐓頭強(qiáng)度不得低于該材料標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的90%,預(yù)應(yīng)力主筋和螺旋筋焊接點(diǎn)的強(qiáng)度損失不得大于該材料標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的5%。預(yù)應(yīng)力主筋沿離心方樁截面分布均勻配置,最小配筋率不低于0.4%,并不得少于4根。  

    螺旋筋的直房徑應(yīng)根據(jù)離心方樁規(guī)格確定,邊長(zhǎng)小于450mm及以下,螺旋筋直徑不應(yīng)小于4mm;邊長(zhǎng)為500mm~600mm,螺旋筋直徑不應(yīng)小于5mm;距樁兩端在1000mm~1500mm長(zhǎng)度范圍內(nèi),螺距為40mm~60mm,鋼筋骨架最大螺距不超過(guò)120mm。  

    預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土離心管樁、預(yù)應(yīng)力混凝土離心方樁的預(yù)應(yīng)力主筋的混凝土保護(hù)層不得小于25mm,預(yù)應(yīng)力混凝土離心薄壁方樁的預(yù)應(yīng)力主筋的混凝土保護(hù)層不得小于20mm。  

    2.技術(shù)要求  

    預(yù)應(yīng)力混凝土離心方樁、預(yù)應(yīng)力混凝土離心薄壁方樁用混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C60,預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土離心管樁用混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C80。  

    新拌混凝土坍落度一般控制在3cm~7cm,離心方樁生產(chǎn)時(shí)脫模強(qiáng)度不得低于40MPa。  

    近年來(lái),離心方樁已開(kāi)始在國(guó)內(nèi)建設(shè)行業(yè)的一些基礎(chǔ)工程中得到使用,從反饋的信息表明,離心方樁有其工程應(yīng)用的特點(diǎn),主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:①離心方樁為外方內(nèi)圓形結(jié)構(gòu),運(yùn)輸中容易幫扎、固定;②由于離心方樁結(jié)構(gòu)截面為方形,外表面平整,采用抱壓施工時(shí)很少出現(xiàn)樁身抱碎事故;③離心方樁在軟土地基施工后,在基坑開(kāi)挖時(shí),出現(xiàn)樁位傾斜的情況大大小于管樁;④離心方樁基礎(chǔ)的承臺(tái)較管樁小,可以降低基礎(chǔ)工程量和工程成本等。  

    當(dāng)然,一種新型的預(yù)制混凝土樁產(chǎn)品的發(fā)展必須得到大量的工程實(shí)踐檢驗(yàn),需要行業(yè)內(nèi)的工程技術(shù)人員共同的參與,在發(fā)展工程中去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決難題。  

    國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)辦公廳發(fā)改辦工業(yè)[2007]1415號(hào)“關(guān)于印發(fā)2007年行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂、制定計(jì)劃的通知”,《預(yù)應(yīng)力混凝土離心方樁》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已被正式列入2007年度~2008年度建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定項(xiàng)目計(jì)劃,該標(biāo)準(zhǔn)的起草工作由嘉興學(xué)院土木工程研究所負(fù)責(zé),相信《預(yù)應(yīng)力混凝土離心方樁》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定必將促進(jìn)離心方樁產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用