先张法预应力混凝土离心方桩制作工艺
建筑基础工程中预制混凝土桩桩体截面形状主要有圆形截面的预制混凝土管桩和正方形或长方形截面的预制混凝土方桩。上世纪90年代以来,随着预制混凝土管桩的标准化和生产及施工技术的不断发展,基础工程对管桩产品已经得到广泛的认可,在实际工程中管桩产品有其显着的优越性,但在以下几个方面表现不足:①管桩为外圆形结构,运输中不易帮扎、固定;②由于管桩桩身存在一定的椭圆度,采用抱压施工时易出现桩身抱碎事故;③管桩在软土地基施工后,在基坑开挖时,容易出现桩位倾斜;④管桩基础的承台较方桩大,基础成本较高等。
预制混凝土方桩除港工基础采用先张法工艺的预应力混凝土空心方桩(内腔主要采用预置橡胶充气方式,有正方形或长方形两种截面形式)外,大多数基础工程主要采用手工作业的非预应力、振动成型工艺居多,混凝土采用自然养护,结构多为实心的正方形截面。该预制方桩主要存在下列缺陷:①生产效率低,生产周期长;②产品品质不稳定,硬化混凝土结构截面中含气孔较多;③混凝土强度低,桩身承载力未能充分发挥;④混凝土自然养护时间长,生产占地面积大。
自2003年至今,武汉金石工程技术有限公司、云南中技管桩有限公司、上海中技桩业有限公司等单位的技术人员将先张法预应力混凝土管桩生产工艺应用于预制混凝土方桩的生产,即利用离心成型工艺,研究开发了先张法预应力混凝土离心方桩(以下简称离心方桩),现将该产品的生产工艺、产品类型及技术要求等做一一说明。
生产工艺
离心方桩生产工艺与现有的管桩生产工艺基本相同,主要不同点:①采用与离心方桩钢模模具相配套的近似方形的钢筋骨架;②成型用的模具截面呈正方形结构。具体生产工艺如下:
1.混凝土原材料的计量、搅拌。根据设计好的配合比,将砂、石、水泥、水、外加剂和掺合料等经精确计量,用混凝土强制式搅拌机制成3cm~5cm的低坍落度的新拌混凝土,设计要求混凝土强度等级不低于C60或C80。
2.离心方桩端板制作。与管桩端板制作基本一致,但方桩的端板外形是方形的,且预应力主筋的沉孔沿端板四边、角均匀分布。端板安装前,四周需焊接厚度为1.5mm~2mm的薄钢板制作成的方形桩套箍。
3.骨架制作。预应力主筋采用低松驰型的预应力混凝土用钢棒,需要精确定长、切断、镦头;螺旋筋采用椎4mm~6mm的低碳冷拔钢丝;根据离心方桩结构配筋设计要求,方形钢筋骨架采用专用的方桩骨架自动焊接机加工。
4.安装钢筋骨架。将制作好的钢筋骨架、方形端板(已焊套箍)放置于离心方桩的钢模具内,并与预应力钢筋锚固板、张拉板、张拉杆等连接。
5.混凝土布料。按每根离心方桩的用量要求,将新拌混凝土沿模具均匀填满下半模,在张拉一端尽可能多布一些混凝土。
6.合模。将离心方桩上半钢模吊至下半钢模上方,并用螺栓将上下两半钢模固定,以确保模具在高速离心作业过程中不松动和混凝土不跑浆。
7.预应力张拉。采用千斤顶式的张拉机对合模后的离心方桩钢筋骨架进行整体张拉,张拉至钢筋强度的70%后,用大螺母将张拉杆固定在钢模具上。
8.离心工艺。将上述张拉锚固后的带模离心方桩吊至离心机上方,按初速、中速、中高速、高速的离心速度逐级加速,离心时间一般为10min~18min。通过离心密实成型工艺,使新拌混凝土沿离心方桩的模具四周均匀密实,同时,管桩形成一圆形内腔。离心结束后,将张拉端抬高,倾倒离心过程中产生的废浆水。
9.初级蒸气养护。将离心成型后的带模离心方桩吊至常压蒸气养护池(坑)内,静停1h~2h,缓慢升温至90℃~100℃,常压下养护4h~8h,使混凝土强度达到40MPa以上。
10.脱模。将初级蒸气养护后的带模离心方桩吊至专用脱模台位上,用风动扳手卸去张拉螺栓及合模螺栓,给桩体施加预应力,然后吊走上半模,翻动下半模,卸去预应力张拉大螺杆。清理上下半模、锚固板、张拉杆,并涂刷脱模剂。对于混凝土设计强度等级为C60的离心方桩,将脱模后的离心方桩直接吊运至成品堆场码堆,自然养护,达到出厂强度后即可出厂。
11.高压蒸养。设计混凝土强度等级为C80以上的离心方桩,需将脱模后的离心方桩再进入高压釜进行高温蒸气养护,最高温度为180℃~200℃,饱和蒸气压力为1.0MPa,养护时间8h~12h,使混凝土强度达到80MPa以上。经高压养护后的管桩可以直接出厂供桩。
产品分类
离心方桩类型及产品代号,根据离心方桩混凝土强度等级和离心方桩截面内径分为:预应力高强混凝土离心方桩(代号HLFZ)、预应力混凝土离心方桩(代号LFZ)、预应力混凝土薄壁离心方桩(代号TLFZ)三种类型。其中,预应力高强混凝土离心方桩用混凝土强度设计等级不低于C80,预应力混凝土离心方桩和预应力混凝土薄壁离心方桩用混凝土强度设计等级不低于C60。
按离心方桩的桩身结构抗弯性能,将预应力高强混凝土离心方桩和预应力混凝土离心方桩分为A型、AB型和B型。
原材料使用
水泥采用强度等级不得低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。细骨料宜采用硬质中粗砂,细度模数为2.5~3.2,含泥量应小于1%;当选用人工砂时,细度模数不宜大于3.8。粗骨料应采用碎石或碎卵石,其最大粒径不大于25mm,且不得超过钢筋净距的3/4。碎石必须经过筛洗,含泥量不得大于0.5%,碎石的岩体抗压强度宜大于所配混凝土强度的1.5倍。混凝土拌和用水不得含有影响水泥正常凝结和硬化的有害杂质和油质。减水剂的质量应符合GB8076《混凝土外加剂》的规定,减水率大于15%。掺合料可选用硅砂粉、粉煤灰、磨细矿渣、硅灰等,使用前必须对其有关性能和质量进行试验验证。预应力主筋采用直径大于7.1mm的L型低松弛预应力混凝土用钢棒,延性级别为35,断后伸长率不小于7%,抗拉强度大于1420MPa,屈服强度大于1275MPa。螺旋筋采用直径4mm~6mm的低碳冷拔钢丝。端头板、钢套箍的材质选用Q235的碳素结构钢。
相关要求
1.构造要求
预应力主筋下料长度的相对差值不得大于L/5000(L为桩长,以mm计),镦头强度不得低于该材料标准强度的90%,预应力主筋和螺旋筋焊接点的强度损失不得大于该材料标准强度的5%。预应力主筋沿离心方桩截面分布均匀配置,最小配筋率不低于0.4%,并不得少于4根。
螺旋筋的直房径应根据离心方桩规格确定,边长小于450mm及以下,螺旋筋直径不应小于4mm;边长为500mm~600mm,螺旋筋直径不应小于5mm;距桩两端在1000mm~1500mm长度范围内,螺距为40mm~60mm,钢筋骨架最大螺距不超过120mm。
预应力高强混凝土离心管桩、预应力混凝土离心方桩的预应力主筋的混凝土保护层不得小于25mm,预应力混凝土离心薄壁方桩的预应力主筋的混凝土保护层不得小于20mm。
2.技术要求
预应力混凝土离心方桩、预应力混凝土离心薄壁方桩用混凝土强度等级不得低于C60,预应力高强混凝土离心管桩用混凝土强度等级不得低于C80。
新拌混凝土坍落度一般控制在3cm~7cm,离心方桩生产时脱模强度不得低于40MPa。
近年来,离心方桩已开始在国内建设行业的一些基础工程中得到使用,从反馈的信息表明,离心方桩有其工程应用的特点,主要表现为以下几个方面:①离心方桩为外方内圆形结构,运输中容易帮扎、固定;②由于离心方桩结构截面为方形,外表面平整,采用抱压施工时很少出现桩身抱碎事故;③离心方桩在软土地基施工后,在基坑开挖时,出现桩位倾斜的情况大大小于管桩;④离心方桩基础的承台较管桩小,可以降低基础工程量和工程成本等。
当然,一种新型的预制混凝土桩产品的发展必须得到大量的工程实践检验,需要行业内的工程技术人员共同的参与,在发展工程中去发现问题、解决难题。
国家发展和改革委员会办公厅发改办工业[2007]1415号“关于印发2007年行业标准修订、制定计划的通知”,《预应力混凝土离心方桩》行业标准已被正式列入2007年度~2008年度建材行业标准制定项目计划,该标准的起草工作由嘉兴学院土木工程研究所负责,相信《预应力混凝土离心方桩》行业标准的制定必将促进离心方桩产品的推广和应用
