預應力混凝土管樁的快速接頭技術論文

　　導讀：隨著預應力混凝土管樁基礎的廣泛應用，管樁的傳統(tǒng)連接方法已經(jīng)不再適用，更快更高效的快速接樁技術產(chǎn)生了。本文對新型快速接頭技術，從施工工藝、設計理論、試驗論證進行介紹，并探討了應用中的幾個問題。

　　關鍵詞：預應力混凝土管樁，快速接頭

　　1.預應力混凝土管樁施工工藝及其應用

　　預應力混凝土管樁是采用錘擊貫入或靜力壓入等方法，利用機械把預制預應力高強混凝土管樁送至設計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。

　　2.預應力混凝土管樁快速接頭技術的設想

　　預制的預應力混凝土管樁的樁長，由于生產(chǎn)、運輸及施工的原因，都不能一次滿足設計樁長的需要，必須在打樁時現(xiàn)場進行接樁，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)進行沉樁。采用焊接接樁方法，焊接工序耗費工時較多，使樁機等機械利用率降低，工作效率不高，施工成本為此相應增加。

　　3.預應力混凝土管樁快速接頭的構造及施工工藝

　　預應力混凝土管樁新型的快速接頭技術是在預制預應力高強混凝土管樁樁端每個接頭預埋鋼板上，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（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連接槽內(nèi)。兩根樁對接，通過連接銷與鋼銷板的機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.快速接頭設計的理論基礎

　　4.1設計原則

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

　　快速接頭的設計原則是，接頭的`受力不小于樁身的受力。具體要考慮的問題有：

　　1）機械件的連接，應用機械原理使其能達到預應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。

　　4）接頭受力要滿足混凝土管樁抗彎要求。

　　4.2快速接頭設計的思路

　　預應力混凝土管樁快速接頭按預應力混凝土管樁的受力狀態(tài)，應滿足混凝土管樁設計承載力等的要求，現(xiàn)以400mm預應力混凝土管樁為例，對快速接頭的機械連接件作有關應力的分析和計算。

　　4.3有關應力計算

　　用快速接頭連接槽內(nèi)一根連接銷齒鍵嚙合進行應力計算。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《機械設計手冊》得出：

　　抗拉強度Ob＝600N／mm2

　　屈服極限Os=355N／mm2

　　抗剪強度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，其樁身承載力設計值可取為1700kN，樁身抗拔承載力設計值為350kN。采明快速接頭時，樁端預埋鋼板上均布七個連接銷，理論計算橫截面抗剪力為1344．2kN，軸向抗拉力為2240．3kN，齒鍵嚙合抗剪力可達2514.8kN。從計算結果可知，快速接頭機械連接件的受力（抗拉威軸心受壓）可超過預應為高強混凝土管極單樁承載力設計值的要求。

　　5.快速接頭的試驗

　　5.1試驗的目的

　　通過快速接頭部件的應力計算得出，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)進行試驗，以求通過實驗論證計算的正確。

　　5.2試驗項目

　　預應力混凝土管樁快速接頭力學性能應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，故只設定了三個試驗項目。論文參考網(wǎng)。一是機械接頭部件的抗拉試驗；二是機械接頭部件的抗剪試驗；三是混凝土管樁接頭實樣的抗彎試驗。

　　前兩個項目的試驗委托廣州市某質(zhì)量安全檢測中心進行，用不同的齒鍵嚙合型式作了多組試驗。其試驗結果與計算基本相同。后一個項目的試驗是混凝土管樁接頭實樣的抗彎試驗，根據(jù)中華人民共和國國家標準《先張法預應力混凝土管樁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方法委托某大學土建工程實驗中心對混凝土管樁的快速接頭實樣進行了抗彎試驗。

　　5.3抗彎試驗目的

　　某土建工程實驗中心對某管樁廠生產(chǎn)的三根400×95A型和三根300×70A型預應力混凝土管樁快速接頭實樣隨機抽樣進行抗裂、抗彎性能試驗。參照先張法預應力混凝土管樁國家標準制定抗彎試驗方案，為簡文梁對稱加荷裝置，快速接頭位于最大彎矩處。試驗的目的是：

　　1）測定采用快速接頭的預應力混凝土管極初裂強度及抗彎強度；

　　2）測定采用快速接頭的預應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應力混凝土管樁跨內(nèi)最大變形撓度；

　　4）觀察測定采用快速接頭的預應力混凝土管樁的破壞形態(tài)。

　　5.4試驗結果分析

　　根據(jù)試驗結果得出：

　　1）該樁快速接頭性能分別符合400mm和300mm管樁A型（原母材）國家標準。

　　2）由于快速接頭是機械嚙合，連接中接頭已存在一定的間隙，試驗結果對照國家標準規(guī)定，當加荷至極限彎矩時，管樁受拉區(qū)混凝土裂縫寬度不超過1．50mm。試驗結果該接頭的間隙相對展開約為1．50mm左右，其數(shù)值基本滿足標準。

　　3）有五個試件當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，但彎矩最大處的預應力高強鋼絲拉斷。

　　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結論

　　從試驗結果可以得出的結論是，預應力混凝土管樁快速接頭性能不但與管樁生產(chǎn)的等級標準相適應，而且快速接頭的抗彎能力大于預應力混凝土管樁樁身抗彎強度，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。

　　6.快速接頭的發(fā)展前景

　　預應力混凝土管樁快速接頭所需部件，只須在工廠進行精密的加工、預埋，節(jié)省了沉樁施工中現(xiàn)場焊接的工序，接樁技術簡單、易于操作，只要稍加指點就可以熟練，連接時靈活快捷，工效和機械利用率大大提高。由中國工程院士容柏生主持的科學技術成果鑒定指出，這種快速接頭"屬國內(nèi)首創(chuàng)，達到國內(nèi)領先水平"。預計該項技術通過推廣，眾多的施工單位和工程將會樂于應用，在國內(nèi)外都會有較大的發(fā)展空間。

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