预应力混凝土预制管桩机械快速接头施工工法

工法编号：RJGF（闽）-59-2010 完成单位：福建省九龙建设集团有限公司 浙江大东吴集团建设有限公司

主要完成人：陈加才 姚新良 陈旗 廖建才 林坤筑

1 前 言

预应力混凝土管桩具有单桩承载力高，施工快速便捷，效益良好，适用地区范围广等优点，自六十年代末期开始应用以来，发展迅速，目前在福建省桩基工程中占有比例已经达到70%以上。由于生产、运输和施工等原因，预制混凝土管桩的桩长有一定的限制，一般不宜超过15m，因而难以一次满足建筑物承载力所需要设计桩长，需要在打桩时现场接桩。预制混凝土管桩的连接可采用焊接、法兰连接或机械快速连接等三类方法。传统焊接接桩法是在法兰坡口沿周边上对称点焊，待上下桩节固定后再由两位焊工对称满焊，每个接头焊接和自然冷却大约需要30分钟左右，才能满足下一步沉桩施工的要求。这种焊接接桩方法，焊接质量不稳定，耗费工时也多，桩机利用效率低。

本工法所采用的预应力混凝土管桩机械快速接头技术，是在建设部2002年推广应用的预应力管桩机械快速接头技术基础上，由本公司技术中心组织攻关，结合工程实践，改进机械快速接头的施工工艺，所形成的“预应力混凝土预制管桩机械快速接头施工工法”。采用这种机械快速接头技术，在两节管桩快速连接后，可即刻进行沉桩施工。使得预应力混凝土管桩施工更便捷，工效更高，施工质量稳定可靠。

2 工法特点

2.0.1 机械快速接头适用于锤击贯入法、静力压桩法以及引孔静压法等几种沉桩方法的管桩施工，特别适用于以下几种情况：对管桩存在腐蚀作用的各类基础；基桩属于抗拔桩；布桩密集，挤土效应较大；施工环境温度偏低或在刮风下雨等不适合焊接作业情况下，采用机械快速接头技术优势明显。

2.0.2 机械快速接头施工快速便捷：采用传统焊接接头工艺，每个接头作业时间大约需要30分钟，而机械快速接头仅仅需要2分钟。采用机械快速接头可有效节约作业时间，减少压桩机械的投入，显著提高经济效益。

2.0.3 各种人为和天气影响小：机械快速接头对工人的技术要求不高，经简单示范后即能上岗作业。不受天气条件的影响，在刮风下雨时不影响施工，气温在0°C以下也能施工。

2.0.4 防腐性和耐久性好：传统焊接接桩施焊面广，由于施焊热效应和沉桩时与土体相互摩擦，使表面涂刷的防腐层受损，接头的防腐耐久性差。机械快速接头配件经镀锌处理，能长期适应各种恶劣地质环境，在接头施工时还可以涂刷防水胶，使接头的防腐性能更好。

2.0.5 保证桩基施工质量：当桩底遇到基岩时会产生较大反力，采用传统焊接接桩，如接头焊接质量差，易产生偏心弯矩易造成桩的断裂。采用机械快速接头接桩，沉桩时是轴心受力，可有效避免断桩问题。采用传统焊接工艺接桩的接头是硬性固接，而机械快速接头有一定的有弹性，沉桩时有弹性缓冲作用，断桩或烂桩数量减少，送桩质量显著提高。

2.0.6 综合效益显著：单个接头来计算，机械快速接头的配件增加了连接销、齿形钢销板、连接盒和压力弹簧等，上下端头板也根据需要均匀取孔，费用有所增加，但综合施工成本反而更低。采用机械快速接头技术，使得预制混凝土

管桩的连接简便快捷、接驳牢固、承载力高、成本低廉，质量稳定。是一项经济实用、安全可靠、操作简单的施工工法，能有效提高接桩的施工质量和速度。

3 适用范围

适用于锤击贯入法、静力压桩法以及引孔静压法等各种沉桩方法下的快速接桩。

4 工艺原理

在上下节桩头预先固接端头板，端头板上均匀分布着锁接孔或方形啮齿插口，带有螺纹连接销的一端与下节桩端头板锁接，另一端为方形，两侧带有啮合齿，上节桩的端头板内设连接盒，连接盒内置带压力弹簧的齿形钢销板。带啮合齿端的连接销穿过上节桩端头板上的方形啮齿插口插入连接盒，连接销与连接盒内的齿形钢销板相互啮合，使两块端头板紧密连接，实现管桩的快速连接（图4.1.1）。

图4.1.1 连接销与桩端头板连接示意图

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 快速管桩施工工艺流程

5.1.1 快速管桩施工工艺流程见图5.1

施工准备 管桩加工：端头板固 连接销锁在下节桩端

对中压桩连接头补上节桩吊起快速接头施工前检连接销锁接连接销加图5.1.1 快速管桩施工工艺流程

5.1.2 快速接头配件加工工艺

1 端头板及套箍应采用Q235碳素钢经机加工制作而成，其材料及机械性能不应低于现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700的规定。加工精度为±0.1㎜，厚度偏差＋0.3㎜/－0.5㎜。根据桩径、钢筋直径和连接销大小，预留相应钢筋锚固孔和连接销锁接孔。端头板及套箍表面镀锌厚度不应小于7um（见图5.1.2-1）。

图5.1.2-1 端头板示意图

2 连接销和齿形钢销板采用45钢经机加工制作，其材料及机械性能不应低于现行国家标准《优质碳素结构钢》GB/T699的规定。加工精度为±0.1㎜，端头倒角3×45°，啮合齿宽度和深度误差小于±0.3㎜。连接销和齿形钢销板经热处理后硬度应达到HRC35-40。连接销和齿形钢销板表面热镀锌厚度不小于10um（见图5.1.2-2）。

图5.1.2-2 连接销示意图

3 压力弹簧应选用65Mn钢和82B钢，其材料及机械性能不应低于现行国家标准《优质碳素结构钢》GB/T699的规定。压力弹簧经热处理后，硬度应达到HRC45-50，硬度检测采用HRC硬度计进行。压力弹簧表面热镀锌厚度不小于10um镀锌层厚度的检验均按照《金属锌覆和化学表示方法》GB/T13911的规定进行。弹簧先行固定在连接盒内，对准端头板的系列方形孔，在端头板与管桩桩身连接前焊接好（见图5.1.2-3）。

图5.1.2-3 连接盒与弹簧示意图

5.2 操作要点

5.2.1 配合管桩桩身成型工艺，使预应力筋张拉后应锚固在端头板预留锚固孔位置，管桩端头板在管桩桩身强度达标前借助固定卡具得定位，使端头板定位准，并避免预应力筋张拉反弹（见图5.2.1）。

图5.2.1 端头板与桩身连接示意图

5.2.2 连接销与端头板的连接：下节桩沉桩时，外露部分预留大约1m左右以方便接桩作业。把连接销锁接在下节桩的端头板上，锁接前应先清理预留锁接孔，在连接配件和预留锁接孔和连接盒内涂刷防水胶，采用扳手辅助把连接销锁紧。接桩身时，先把上节桩吊起对准就位，使各个连接销对准上节桩端头板预留连接销方孔，定位好后加压送桩，使上、下节桩的端头板通过连接销的锁接或啮合作用紧密接触，接桩施工完成图（见图5.2.2-1）。

图5.2.2-1 连接销与桩端头板锁接示意图 图5.2.2-2 桩身通过快速接头相连接示意图

5.2.3 采用机械快速接头技术进行接桩，工效高，安全可靠，质量稳定，但如出现下列情况时，除进行抗弯性能试验外，应进行必要的补焊作业，以提高基桩承载可靠度：快速接头配件材料或型式改变；管桩品种、型号、规格与本工法不符；接头配件加工工艺改变；接头配件加工厂家不同；桩基施工质量要求高等情况，经计算和检测，发现抗弯或抗拔性能不能满足桩基设计要求，应采取补焊作业加强措施。

5.2 劳动力组织

安排三人一组，三人采用三角形站位，2分钟内可实现两桩快速整体连接。静压桩操作1人，指挥人员1人，辅助工人1人，技术、施工、质量、安全的监督管理人员各1名。

7 材料与设备

7.1 材 料

机械快速接头配件根据不同用途选用相应材料，端头板和桩套箍采用Q235碳素钢机加工而成。连接销和齿形钢销板采用45钢，压力弹簧采用65Mn钢或82B钢机加工制作。管桩根据工程实际需要配备相应桩型和桩径，特别是抗拔桩承载力特征值应满足抗拔力要求。

7.2 设 备

表7.2 主要施工机具设备表

序号 1 2 3 4 5 6 设备名称 液压式压桩机（压入力6600kN） 水准仪 经纬仪 扳手（根据连接销选择） 电焊机 游标卡尺、卷尺和线锤 静力压桩施工 测量放线 测量放线 固定连接销 接头补焊 辅助测量和检测 用途 7 质量控制

7.1 质量控制标准

7.1.1 遵守《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002、《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001、《建筑桩基技术规范》JGJ94-94-2008、《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106—2003、《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002、《先张法预应力混凝土管桩基础技术规程》DFJ13-58-2004、《预应力混凝土管桩机械快速连接接头施工及验收规程》DBJ13-58-2004和《先张法预应力高强混凝土管桩》闽2007G119等相关规范标准的规定。

7.1.2 编制预应力混凝土管桩专项施工方案，对快速接头工艺和措施应详细交代，经相关单位审核通过后实施。

7.2 质量保证措施

7.2.1 基本控制项目

1 管桩机械快速接头配件采用的材料、热处理、镀锌层厚度等质量必须符合国家和地方现行有关标准。

2 机械快速连接管桩工程质量检测，应采用高应变法检测基桩竖向抗压承载力合桩身完整性。检查方法：抽检数量不少于同条件下总桩数的10%，且不少于10根。

3 对于桩基有竖向抗拔设计要求的桩，应进行单桩竖向抗拔试验。检查方法：不少于总桩数的1%，且不少于3根。

4 对于桩基有水平承载力设计要求的桩，应进行单桩水平荷载静载试验。检查方法：不少于总桩数的1%，且不少于3根。 7.2.2 一般控制项目

1 施工现场的管桩，漆质量和配桩数量和规格应符合设计和有关标准的要求。检查方法：出厂合格证明，规格，尺寸和配桩数量。

2 连接配件按规定涂刷防水胶，与下节桩锁接好的连接销，其外露部分高度一致，方形啮齿方位必须向心。

3 连接配件加工要求符合下表控制标准

表8.2.2 质量检查的基本控制项目表

控制项目 端头板 端头板 端头板 板上预留孔 连接销及连接块 连接销及连接块 质量要求 加工精度小于±0.1mm 加工厚度偏差＋0.3－0.5㎜ 位置相对偏差小于±0.3mm 带螺纹孔位置相对偏差小于±0.1mm 同时满足加工精度小于±0.1mm 齿面磕碰深度，小于±0.3㎜ 直尺、游标卡尺 游标卡尺 检验方法 直尺、游标卡尺 - 直尺、游标卡尺 8 安全措施

8.0.1 贯彻“安全第一，预防为主”的安全控制方针；杜绝生产过程中的安全事故，保证人员健康安全和财产免受损失。

8.0.2 严格按照各项安全法规、《施工现场临时用电安全技术规范安全技术规范》JGJ 46、《建筑机械使用安全技术规程》JGJ 33安全技术规程的规定组织施工，施工前应编制有针对性的应急预案。

8.0.3 对作业人员进行安全知识教育，做好安全技术交底，掌握安全操作规程，严禁违章作业。

8.0.4 施工现场临时用电采用TN-S接零保护系统，严格要求使用五芯电缆配电，系统采用“三级配电两级保护”，实行“一机、一闸、一漏、一箱”制度，配电箱进出线设在配电箱下端。

9 环保措施

9.0.1 严格执行《建筑施工现场环境与卫生标准》等规范的绿色施工要求，建立健全工作制度：每星期召开一次“施工现场环境保护”工作例会，总结前一阶段的施工现场环境保护管理情况，布置下一阶段的施工现场环境保护管理工作。建立并执行施工现场环境保护管理检查制度。 9.0.2 每星期组织一次由文明施工和环境保护管理负责人参加的联合检查，对检查中所发现的问题，开出“隐患问题通知单”，各施工班组在收到“隐患问题通知单”后，应根据具体情况，定时间、定人、定措施予以解决，我公司项目部有关部门将监督落实问题的解决情况。

9.0.3 防止施工噪音污染施工现场提倡文明施工，建立健全控制人为噪声的管理制度。选用低噪声或备有消声降噪设备的施工机械。

9.0.4 排除场地积水，保持施工场地卫生整洁。废弃物的运输确保不散撒、不混放，送到政府批准的单位或场所进行处理，对可回收的废弃物做到再回收利用。

9.0.5 严格遵守社会公德、职业道德和职业纪律，妥善处理周围的公共关系，与工地周边的有关社区单位搞好合作，积极开展共建文明活动，树立良好形象。

10 效益分析

包括焊机和临时用电线路布设每个接头费时约20分钟，焊接后接头的自然冷却约10分钟，采用焊接接桩工艺每个接头大约30分钟。机械快速接头工艺简单快捷，每个接头大约需要2分钟。时间节约80%以上，工期效益特别明显。对比焊接接头工艺，机械快速接头工艺增加了连接销、钢销板荷压力弹簧等，每个接头费用增加10元左右，批量生产成本可以更低。焊接接桩损坏热镀锌层，接头防腐性能降低。机械快速接头镀锌层较厚，能在各种地质环境长期使用。快速接头对中性好，受力更合理，施工便捷，质量稳定。节约人工、材料和机械等综合费用，经济效益显著。

本工法的成功应用，为预应力混凝土管桩机械快速接头技术的推广提供较成功实例，具有很高的推广应用价值。

11 应用实例

本工法成功地应用于福州大学第四学科群工程、锦绣一方、东屿花园等工程，工程质量满足规范和设计要求。 11.0.1 工程概况

福州大学第四学科群工程项目，总建筑面积4.8万㎡，该工程地上5层。工程地质条件自上而下为素填土、粉质粘土、中砂、淤泥、卵石、粉质粘土、卵石、强风化花岗岩和中风化花岗岩。设计采用预应力混凝土管桩，桩端持力层为中风化岩层。场地地下水属孔隙水和裂隙承压水类型，水位平均埋深为5.33-5.90m；场地环境类型为Ⅱ类，地下水对混凝土结构产生弱腐蚀，对混凝土结构中的钢筋不产生腐蚀。地震设防烈度为7度，场地类别为Ⅲ类，场地为抗震不利地段。该工程上部结构为框架结构，最大单桩轴向荷载设计值为

8000kN，该工程选用静力压桩法，压桩机最大压入力为6600kN，桩入土平均深度为25米，抗拔桩采用Φ400-B型PHC桩，设计单桩抗拔承载力特征值为750kN，受压桩均采用Φ400-B型PHC桩，单桩竖向承载力特征值为1800kN,抗拔桩采用经设计改进的快速接头技术。

锦绣一方项目建筑面积38595.11m2，该项目桩基采用PHC500-125-A型和PHC300-75-A型静压预应力高强混凝土管桩；东屿花园（Ⅱ标段）工程11～13#、15～20#楼及幼儿园项目工程总建筑面积111323㎡，地下两层，建筑面积11136㎡，其中地上最高32层，建筑总高90m。这两个项目均采用本工法，取得良好的社会效益和经济效益。 11.0.2 施工情况

焊接接桩单桩约30分钟，机械快速接头接桩单桩约15分钟，节约15分钟左右。机械快速接头对中性更好，施工快速快捷，质量更为稳定。 11.0.3 施工评价

福建省住房和城乡建设厅在《关于加强预应力混凝土管桩机械快速接头技术推广应用的通知》（2010-52号）中，针对福建省近年来预应力混凝土抗拔管桩施工中存在接头焊接质量问题，明确要求凡是采用预应力混凝土抗拔管桩的，其接头均应采用管桩机械快速接头技术。在福州大学第四学科群工程项目施工管理过程中,由于采用了预应力混凝土机械快速接头技术，不但使桩基工程施工速度加快，而且桩基施工质量更加稳定可靠，取得了较好的技术效益、经济效益和社会效益。