机械连接卡和焊接组合连接法在抗拔管桩工程中的应用

【施测鉴工】

住宅与房地产2019年5月机械连接卡和焊接组合连接法在抗拔管桩工程中的应用

张存丰

（上海勘察设计研究院（集团）有限公司，上海 200093）

摘 要：预应力混凝土管桩作为抗拔桩被广泛应用于工程项目中，常因焊接施工质量等原因引起管桩抗拔承载力低、桩身结构存在缺陷。因此，文章通过工程案例介绍了管桩采用端板焊接、机械卡和焊接组合连接两种连接方式的试验，试验结果表明，机械卡和焊接组合连接法极大地提高了桩身质量，该方法为复杂工况下的抗拔管桩连接提供了一种新的思路。关键词：预应力抗拔管桩；连接方式；机械卡和焊接组合连接；桩身质量中图分类号：TU67 文献标志码：A 文章编号：1006-6012（2019）05-0219-02

近年来，预应力混凝土管桩在上海地区建筑工程项目中，被越来越广泛地应用。以往的工程项目中预应力混凝土管桩主要承受单桩竖向抗压荷载，但目前许多桩基础则要同时承受竖向抗压荷载和竖向拉拔荷载，因此，预应力混凝土管桩常被作为抗拔桩应用于工程项目中。

目前预应力混凝土管桩的连接方式，主要有端板焊接连接和机械连接两种形式。在上海地区最常用的连接方式是端板焊接连接，但由于焊接方式在施工过程中存在一定的安全隐患，比如施焊人员水平等因素会导致焊缝存在一定的缺陷，这些焊缝缺陷会直接影响预应力混凝土管桩的承载力和桩身完整性。为了解决上述问题，本文通过工程案列介绍一种机械卡和焊接组合的连接方式，该连接方式解决了因施焊原因而引起的焊缝强度不足以及机械连接而存在的上下节桩的接缝问题。1 影响抗拔管桩质量的因素

影响预应力混凝土管桩桩身质量的因素主要有三个方面：桩周土对管桩的摩阻力；管桩自身的强度；管桩端板与主筋的连接强度以及各节桩之间的连接强度。其中连接强度是最不易控的因素，现场施工人员素质参差不齐，现场管理不严苛等都会导致接桩处存在质量缺陷，而这些缺陷会直接影响抗拔桩的抗拔承载力及桩身完整性。2 管桩连接方式

目前预应力混凝土管桩的连接方式有端板焊接连接、机械连接以及组合连接法（机械连接卡和焊接组合连接法）等方式。

2.1 端板焊缝连接

端板焊接的方式即为端板坡口处采用气体保护焊和焊条电弧焊的方式。目前施工现场多采用焊条电弧焊的方式，即将上下节桩段保持顺直，上下两个端板表面用铁刷子清刷干净，坡口处刷至露出金属光泽，在下节桩头上安装导向箍，上节桩找正方向后，对称点焊4～6点加以固定，然后拆除导向箍，焊接层数不得少于2层，内层焊渣必须清理干净后方能施焊外一层，焊缝应饱满连续，防腐处理时应在接桩处将外露钢板用沥青涂料全面涂刷两遍。

2.2 机械连接卡和焊接组合连接法

首先将上下节桩段保持顺直，端

板表面清刷干净找正方向后，对称点焊4～6点加以固定，然后施焊且焊缝应饱满连续，完成上下节桩端板焊缝的连接，焊接施工完成以后接下来实施机械卡连接施工。

使用连接卡通过螺栓将上下两个端板固定连接（见图1），其中连接卡为3个相同弧度约为120°的U 型卡，连接卡上设有一定数量和直径相同的螺栓孔，每片连接卡上的螺栓孔应均匀分布，两螺栓栓孔之间的夹角相等，公差为

b.连接卡与端板连接图a.机械卡连接立面图

图

1 管桩机械连接卡示意图

±10＇，其累积公差不得大于10＇。机械连接卡材料采用Q235B 钢，每个连接卡之间的间隙约为1°，通过上述两个步骤，完成预应力混凝土管桩的接桩施工连接。3 工程案例

3.1 工程概况

某工程项目位于上海地区，该工程为前期试桩项目，目的是通过对不同连接方式的管桩进行抗拔静载荷试验，选出适合该项目的管桩施工工艺。该工程抗拔试桩采用桩型为PHC-C500（125）-34的预应力混凝土管桩，设计最大抗拔承载力加载量为1600kN，该工程场地土层分布如表1所示。

该工程抗拔管桩的连接方式选用端板焊接连接以及机械连接卡和焊接组合连接两种方式，采用端板焊接连接方式的管桩，进行单桩竖向抗拔静载荷试验的3根试桩均因桩身结构产生破坏而终止加载，对其中的1根抗拔试桩进行拔出验证，拔出结果表明该破坏类型为管桩接头连接处破坏。为了防止抗拔管接头桩连接处破坏，对管桩的施工工艺进行了优化，管桩接头连接选用机械连接卡和焊接组合连接的施工工艺，然后对采用该连接方式的管桩进行抗拔静载荷试验。

其有6根试桩S1、S2、S3采用了端板焊接的连接方式，S4、S5、S6采用了机械连接卡和焊接组合连接方式，为了更加简明地进行论述，本文只选用S1和S4试桩的静载荷曲线和低应变曲线进行说明。

表1 该工程场地地层特性

层序土名层顶标高（m）Ps(MPa)

预制桩方案

fs（kPa）fp （kPa）

②1粘土 1.51～0.690.7315③1-1淤泥质粘土0.12～-7.620.4415③1t 粘质粉土-0.28～-2.700.9915③1-2淤泥质粉质粘土-10.02～-10.910.20③2-1粉质粘土与粘质粉土互层

-14.72～-16.48 1.9545③2-2粉砂-18.29～-20.34 6.4670⑤1粉质粘土-20.92～-27.59 1.0945⑤4粉质粘土-22.87～-28.01 2.6675⑦1粘质粉土-27.54～-32.40 5.704000⑦2

粉砂

-54.23～-55.68

14.59

100

6000

本工程抗拔静载荷试验桩首先采用

常见的端板焊接连接方式施工，然后对

3根试桩进行前期抗拔静载荷试验，试

验结果如下所述。

（1）单桩抗拔静载荷试验。S1试

桩加载至1280kN且维持5min时最大上

拔量为31.71mm，然后荷载继续维持，

上拔量急据增加，未到15分钟采样时桩

身结构已经破坏（见图2）。

图2 S1抗拔静载荷试验曲线图3 S1静载荷试验前低应变检测曲线图4 S1静载荷试验后低应变检测曲线

图5 S4抗拔静载荷试验曲线

图6 S4静载荷试验前低应变检测曲线

图7 S4静载荷试验后低应变检测曲线

验后低应变检测数据的综合分分析判定，

判定这3根试桩的单桩竖向抗拔极限承

载力均为1600kN，桩身结构完整。

S2试桩加载至1440kN且维持5min 时最大上拔量为33.98mm，然后荷载继续维持，上拔量急剧增加，未到15min 采样时桩身结构已经破坏。

S3试桩加载至1600kN且维持45min 时最大上拔量为31.31mm，荷载继续维持，上拔量急剧增加，未到60min采样时桩身结构已经破坏。

抗拔静载荷试验结果表明，这3根试桩均因为桩身结构破坏而终止加载试验。

（2）桩身完整性检测结果。S1、S2、S3这3根试桩在抗拔静载荷试验前均作了桩身完整性检测，低应变检测结果表明这3根试桩的桩身结构不存在任何缺陷，桩身结构完整，以S1试桩静载荷试验前低应变检测曲线为例（见图3）。（上海特殊的软土地区，相当一部分的Ⅰ类桩低应变都测不到桩底明显的反射波，因此也没有明显的桩底反射。）这3根试桩在抗拔静载荷试验后同样作了桩身完整性检测，低应变检测曲线显示均存在二次反射，表明这3根试桩桩身结构存在明显缺陷，以S1试桩静载荷试验后低应变检测曲线为例（见图4）。

（3）试验结果通过对3根试桩抗拔静载荷试验数据及静载荷试验前和静载荷试验后低应变检测数据的综合分析判定，判定这3根试桩的单桩抗拔极限承载力分别为1120kN、1280kN、1440kN；

3根抗拔试桩的桩身结构均产生破坏，在

上、中节桩接桩部位桩身存在严重缺陷。

3.3 机械连接卡和焊接组合连接法抗拔

试验成果

该工程抗拔静载荷试验桩采用端板

焊接连接方式时，通过静载荷试验测试

抗拔桩的极限承载力，试验均因3根试

桩的桩身结构产生破坏而终止。为了能

充分发挥桩与桩周土之间的侧摩阻力，

必须确保抗拔试验过程中试桩的桩身结

构完整，使桩周土体的破坏应先于桩身

结构的破坏。为了达到预设的试验目的，

对管桩的施工工艺进行了优化，管桩接

头连接方式选用机械连接卡和焊接组合

连接的施工工艺。

（1）单桩抗拔静载荷试验。对3根

抗拔试桩S4、S5、S6进行抗拔静载荷试

验，3根抗拔试桩加载至1600kN时，上

拔量均较小且继续维持荷载上拔量稳定，

试验所得U-δ曲线均较平缓，未出现

明显拐点，δ-lgt曲线均较平直，未出

现明显向上曲折。说明3根抗拔试桩在

1600kN荷载作用下均未达到极限受力状

态，单桩竖向抗拔极限承载力不小于最

大上拔力1600kN。以S4试桩静载荷曲

线为例（见图5）。

（2）桩身完整性检测结果。S4、

S5、S6这3根试桩在抗拔静载荷试验前

和抗拔静载荷试验后均作了桩身完整性

检测，低应变检测结果表明这3根试桩

桩身结构完整。以S4试桩静载荷试验前

后低应变检测曲线为例（见图6、图7）、

（上海特殊的软土地区，相当一部分的

Ⅰ类桩低应变都测不到桩底明显的反射

波，因此也没有明显的桩底反射。）

（3）试验结果。通过对3根抗拔静

载荷试验数据及静载荷试验前和静载试

4 结束语

本文通过上海地区某一前期试桩工

程项目抗拔管桩施工工艺比选案例，介

绍了抗拔管桩接头的两种连接方式，即

端板焊接连接以及机械连接卡和焊接组

合连接。通过对相同桩型的两种不同连

接方式的管桩分别进行了3组抗拔静载

荷试验，并对这6组抗拔试验桩在静载

荷试验前以及静载荷试验后均进行了桩

身完整性检测。

通过对试验数据进行综合的分析研

究，试验结果表明，机械连接卡和焊接

组合连接方式消除了管桩因焊接施工等

原因引起的管桩抗拔承载力低、桩身存

在明显缺陷等问题，从而极大地提高了

桩身质量，充分发挥了桩与桩周土体之

间的侧摩阻力，同时该组合连接方式也

解决了机械连接中存在的接缝问题。

在上海软土地区复杂的工况条件下

施工的抗拔管桩，机械连接卡和焊接组

合的连接方式为确保抗拔管桩的桩身质

量、提高管桩的抗拔承载力提供了一种

新的解决途径。

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