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技術研發

螺紋機械快速連接接頭技術

發布日期:2016-03-21 | 關注:2052

預應力混凝土管樁(簡稱管樁)由于單樁承載力高、施工速度快、價格適宜等優點,已得到了廣泛的應用。目前,多數工程在對管樁接頭處理上采用的是傳統的人工施焊,在工藝和質量上該方法要求先對稱點焊4~6點,在進行對稱施焊,焊縫需連續飽滿,不得有夾渣或氣孔,施焊層數應在兩層以上,每個接頭一般約20分鐘焊完,待焊縫自然冷卻8分鐘后,才能繼續施打或壓樁。由于傳統施焊的接樁技術耗用時間過多,焊縫質量受人為因素和天氣條件的影響,難以保證。為提高接樁的效率和質量,尋求采用其它接頭的方法越來越多,其中新型預應力混凝土管樁螺紋機械快速接頭技術已推廣應用。

     1 管樁螺紋機械快速接頭原理及構造

  管樁螺紋機械快速接頭技術是一項將預埋在管樁兩端的連接端盤和螺紋端盤,用螺母快速連接,使兩節樁連成整體的新型連接技術。它是通過連接件的螺紋機械咬合作用連接兩根管樁,并利用管樁端面的承壓作用,將上一節管樁的力傳遞到另一節管樁上,不僅能可靠地傳遞壓力,還能承受彎矩、剪力和拉力。螺紋機械快速接頭由螺紋端盤、螺母、連接端盤和防松嵌塊組成(如圖1所示),其設計原則是接頭受力不少于樁身受力,主要滿足各類工業與民用建筑基礎工程中承壓、抗彎、抗剪、抗拔的預應力混凝土管樁的連接。

     2 管樁螺紋機械快速接頭施工工藝

  根據工程需要,管樁螺紋機械連接構件在管樁澆注前,先將螺紋端盤和帶螺母的連接端盤分別安裝在管樁兩端上,兩端盤平面應和樁身軸線保持垂直,端面傾斜不大于0.2%D(D為管樁直徑)。同時為方便現場施工,在澆注時管樁兩端各應加裝一塊擋泥板和墊板工裝(如圖2所示)。在第一節樁立樁時,應控制好其垂直度,且垂直度應控制在0.3%以內,即可滿足接樁要求。在管樁連接中,應按先卸下螺紋保護裝置,松掉螺母中的固定螺釘,兩端面及螺紋部分用鋼刷清理干凈,樁端面涂上(1:0.33)益膠泥及丙烯酸水,利用構件中的對中機構進行對接,提上螺母按順時針方向旋緊,再用專用扳手卡住螺母敲緊。若為錘擊樁,則應在螺母下方墊上防松嵌塊,用螺絲擰緊,以防松掉。接頭連接質量應符合福建省工程建設地方標準《預應力混凝土管樁機械快速連接接頭施工及驗收規程》(DBJ13-58-2004)的要求。為降低樁身成本,減少不必要浪費,施工現場可根據工程實際情況,將工程樁的首節樁尖端頭板與末節端頭板采用普通的端頭板,連接部位采用機械接頭。

  工程樁接頭部位按圖3所示采用管樁螺紋機械接頭連接,操作人員在施工前應做好技術交底,嚴格有關安全操作規程,不得違章作業。

     3 管樁螺紋機械快速接頭技術優勢

  與傳統的人工焊接接頭相比螺紋機械快速接頭技術有如下優點:(1)不受天氣條件影響和限制,不存在明火操作,刮風下雨照??梢允┕?,有利于提高施工安全。(2)上下連接構件中的錐度對中機構能確保兩樁對接時不產生錯位,有良好的對中性好,確保樁身垂直度控制很好。(3)連接時間短,提高打樁機械的使用率,加快施工進度,縮短施工工期,而且可以貫穿任何土層和砂層,避免砂層的固結作用。(4)防腐能力強,耐久性好,接頭螺母厚度達15mm,能在惡劣環境中長期使用。(5) 錘擊施工減少爛樁數量,當巖土以上覆蓋較厚淤泥或軟土層時,樁頂受多陣錘擊,此時樁頂遇到的基巖反力是不對稱不均勻的,產生偏心彎矩,此彎矩隨錘擊加大而增加,由于焊接接頭是硬性的,而螺紋機械快速接頭帶有彈性,后者錘擊時有彈性緩沖作用,可減少爛樁數量。

  由于螺紋機械快速接頭是新技術、新工藝,對成樁后的驗收檢測用低應變反射波法檢測該類接頭質量經驗不足,且在實際操作中沒有專門成熟的檢測依據,因此對樁基的質量檢驗工作無法按常規進行。為此,省建設廳對采用該接頭技術的樁基工程質量很重視,2004年3月專門成立科研組,由省建筑科學研究院、閩侯建筑機械廠、福建建華管樁廠等單位聯合進行“機械快速接頭管樁樁身完整性檢測技術”研究,經過一年多的科研攻關,基本上解決了樁身完整性檢測問題,取得了良好效果,現正在逐步完善。為進一步檢驗螺紋連接的力學性能,閩侯建筑機械廠還設計了一套專用的實驗設備,供接頭力學試驗用,該設備也可用來進行管樁及其他接頭形式的試驗。

     4 工程實踐

  為驗證螺紋機械快速接頭技術的可行性,已在多項實際工程中進行驗證。2004年9月,在福州大學城某新校區進行了兩個工程項目上,在首期試樁過程中,采用Φ500高強預應力混凝土錘擊管樁,單承載力設計值為5300kN,打入深度為48~51m,使用該接頭接樁兩次,經測定每次接樁耗時間不足3min,且施工操作順利,樁身垂直度得到很好的控制,滿足設計要求。經質監部門采用靜載和低應變檢測,表明單樁承載力和樁身完整性均符合現行國家有關技術規定。2004年10月,福州某商住樓的工程抗拔樁有40多根,每根樁長40m左右,采用該接頭接樁兩次,整個接樁過程控制良好,抗拔試驗和樁身完整性經檢測都良好。此外,還分別在福州三家單位廠房的部分樁基施工中,也采用管樁螺紋機械快速接頭技術,經檢測各項技術性能均滿足要求。   

  5 經濟優勢分析比較及發展前景

  管樁螺紋機械快速接頭技術與人工焊接相比,在技術經濟方面的優越性主要表現在幾個方面:(1)從每個接頭的施工時間來看,采用人工焊接約需30min,而采用管樁螺紋機械快速連接接頭僅需2~3(min)。以靜壓Φ400管樁為例,若為人工焊接,以每根樁長16m、1個接頭計,則每臺班一天可施壓130m;若采用螺紋機械快速接頭施工,則每臺班一天可達200m以上,工效提高50%左右。接樁次數越多其效果越明顯,特別是對工期要求緊的大型工程,還可以減少壓樁機械的投入,節省進場費。(2)與焊接施工在雨天無法進行相比,采用管樁螺紋機械快速接頭技術則可在任何環境氣候條件下施工,即實現全天候施工,又不受人為因素的影響,施工質量可靠、穩定。此外,還可節省焊機臺班和焊條材料等費用。

  (3)管樁螺紋機械快速連接的綜合效益顯著。雖然接頭的連接構件材料及機加工費用略高,采用機械接頭的管樁(以Φ400為例)的市場價會比原來提高約5元/m,但從綜合效益來看是不會增加施工成本的。管樁螺紋機械快速接頭所需部件只需在工廠進行精密的加工,節省了沉樁施工中現場焊接的工序,且接樁技術簡單、易于操作,只要稍加指點就可熟練掌握,連接時靈活快捷,功效和機械利用率均大為提高。即使考慮快速接頭部件加工增加的費用,再進行總體綜合對比分析,管樁快速機械連接施工成本也會有所下降。

     6 結束語

  管樁螺紋機械快速接頭技術2003年8月通過了福建省建設系統的科技成果鑒定,有關專家給予了很高的評價,一致認為該接頭技術“屬國內首創,水平達到國內領先,可在建設工程中推廣應用”。由于該接頭技術自身具有的技術優勢,有著良好的發展前景。

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