预应力混凝土管桩的快速接头技术论文
导读：随着预应力混凝土管桩基础的广泛应用，管桩的传统连接方法已经不再适用，更快更高效的快速接桩技术产生了。本文对新型快速接头技术，从施工工艺、设计理论、试验论证进行介绍，并探讨了应用中的几个问题。
关键词：预应力混凝土管桩，快速接头
1.预应力混凝土管桩施工工艺及其应用
预应力混凝土管桩是采用锤击贯入或静力压入等方法，利用机械把预制预应力高强混凝土管桩送至设计指定的地基持力层的一种桩基型式。这种桩基问世以来，由于单桩承载力高、施工速度快，尤以静力压桩法，施工时无噪音、无震动，满足文明施工的要求，且因其价格适中，已成为广东省常用的一种桩基型式，特别适用于珠江三角洲有较厚软弱土层的地域。
2.预应力混凝土管桩快速接头技术的设想
预制的预应力混凝土管桩的桩长，由于生产、运输及施工的原因，都不能一次满足设计桩长的需要，必须在打桩时现场进行接桩，一般接桩一至两次。传统的桩接头型式是采用焊接，接桩的时候，待先行沉入的桩上端离地面0.8m左右时，把待接的桩吊到已进入土中桩的上端，就位对中吊直后，由两位焊工对称操作，要求分两层施焊，每个接头约花20分钟的时间，待接桩焊缝自然冷却8分钟后，才可继续进行沉桩。采用焊接接桩方法，焊接工序耗费工时较多，使桩机等机械利用率降低，工作效率不高，施工成本为此相应增加。
3.预应力混凝土管桩快速接头的构造及施工工艺
预应力混凝土管桩新型的快速接头技术是在预制预应力高强混凝土管桩桩端每个接头预埋钢板上，均分焊上数个接桩用的连接槽，连接槽内藏带锯齿形的钢销板及压力弹簧。钢销板为优质炭素钢45#（经淬火）加工成锯齿形齿牙向桩身的滑块，钢销板后面用压力弹簧作紧固的作用。论文参考网。管桩接驳时，首先在待接桩桩端预埋钢板的每个连接槽上用小锤打入插上各根连接销。连接销也是用优质炭素钢（经淬火）加工成两端分别带有齿牙向中的锯齿形、截面为矩形的连接体。由于连接槽内装有两件带了弹簧的钢销板，有伸缩紧固的功能，故连接销可以很方便地插进连接槽内。两根桩对接，通过连接销与钢销板的机械啮合而紧密地连接起来，耗时不到两分钟即可继续沉桩的工序，方便简捷，把工作效率大大提高。
4.快速接头设计的理论基础
4.1设计原则
预制桩接头用机械连接的装配原理，在国内外也有实践的经验。如国内用法兰盘连接；国外文献中介绍瑞典开发的装配式接头种种，其特点是连接操作方便迅速，可大大提高沉桩效率。这种适用于预应力混凝土管桩快速接头技术，比上述装配式接头的诗点更为优胜，极有开发价值和竞争性。
快速接头的设计原则是，接头的`受力不小于桩身的受力。具体要考虑的问题有：
1）机械件的连接，应用机械原理使其能达到预应力混凝土管桩的受力要求。
2）连接销要满足抗拉要求。
3）连接啮合要满足抗剪要求。
4）接头受力要满足混凝土管桩抗弯要求。
4.2快速接头设计的思路
预应力混凝土管桩快速接头按预应力混凝土管桩的受力状态，应满足混凝土管桩设计承载力等的要求，现以400mm预应力混凝土管桩为例，对快速接头的机械连接件作有关应力的分析和计算。
4.3有关应力计算
用快速接头连接槽内一根连接销齿键啮合进行应力计算。连接部件采用热处理表面淬火的优质炭素钢45#，硬度为HRC35－40，按《机械设计手册》得出：
抗拉强度Ob＝600N／mm2
屈服极限Os=355N／mm2
抗剪强度T=0．6Ob＝0．6×600=360N／mm2
一根连接销横截面抗剪力：
式中Ft一一根连接销横截面抗剪刀。
H一连接销厚度（齿牙削弱面的边长）
S一齿深（或齿牙高；齿牙角度为450）
S＝0．75P＝0．75×3.3=2．475mm
P一齿距=3.3mm
B一连接销宽度
一根连接销抗拉力：
式中FL一一根连接销抗拉力
一根连接销齿键啮合抗剪力：
式中Fj一根连接销齿键啮合抗剪刀
n一齿牙总数
i-折减系数，这里取0．9
以400mm混凝土管桩为例，其桩身承载力设计值可取为1700kN，桩身抗拔承载力设计值为350kN。采明快速接头时，桩端预埋钢板上均布七个连接销，理论计算横截面抗剪力为1344．2kN，轴向抗拉力为2240．3kN，齿键啮合抗剪力可达2514.8kN。从计算结果可知，快速接头机械连接件的受力（抗拉威轴心受压）可超过预应为高强混凝土管极单桩承载力设计值的要求。
5.快速接头的试验
5.1试验的目的
通过快速接头部件的应力计算得出，是可以满足管桩桩身承载力的要求，但还须通过快速接头的几种受力状态进行试验，以求通过实验论证计算的正确。
5.2试验项目
预应力混凝土管桩快速接头力学性能应与混凝土管桩桩身等同，受力除了在竖向力作用下受压外，还要考虑抗拔作用下的受拉，承受水平力作用的抗剪和抗弯。由于该接头的抗压能力大于受拉能力，故只设定了三个试验项目。论文参考网。一是机械接头部件的抗拉试验；二是机械接头部件的抗剪试验；三是混凝土管桩接头实样的抗弯试验。
前两个项目的试验委托广州市某质量安全检测中心进行，用不同的齿键啮合型式作了多组试验。其试验结果与计算基本相同。后一个项目的试验是混凝土管桩接头实样的抗弯试验，根据中华人民共和国国家标准《先张法预应力混凝土管桩GB13476－1999）的规定，"管桩接头处极限弯矩不得低于管桩极限弯矩"，并按规范条文中的抗弯性能和试验方法委托某大学土建工程实验中心对混凝土管桩的快速接头实样进行了抗弯试验。
5.3抗弯试验目的
某土建工程实验中心对某管桩厂生产的三根400×95A型和三根300×70A型预应力混凝土管桩快速接头实样随机抽样进行抗裂、抗弯性能试验。参照先张法预应力混凝土管桩国家标准制定抗弯试验方案，为简文梁对称加荷装置，快速接头位于最大弯矩处。试验的目的是：
1）测定采用快速接头的预应力混凝土管极初裂强度及抗弯强度；
2）测定采用快速接头的预应力混凝土管桩在各级荷载作用下的裂缝宽度及长度；
3）测定采用快速接头的预应力混凝土管桩跨内最大变形挠度；
4）观察测定采用快速接头的预应力混凝土管桩的破坏形态。
5.4试验结果分析
根据试验结果得出：
1）该桩快速接头性能分别符合400mm和300mm管桩A型（原母材）国家标准。
2）由于快速接头是机械啮合，连接中接头已存在一定的间隙，试验结果对照国家标准规定，当加荷至极限弯矩时，管桩受拉区混凝土裂缝宽度不超过1．50mm。试验结果该接头的间隙相对展开约为1．50mm左右，其数值基本满足标准。
3）有五个试件当加荷至极限弯矩值的1．5倍或1．5倍以上时，快速接头未破坏，但弯矩最大处的预应力高强钢丝拉断。
4）试件跨中最大挠度值为27．03－65mm，均小于试件跨度的L／50＝96mm。
5.5结论
从试验结果可以得出的结论是，预应力混凝土管桩快速接头性能不但与管桩生产的等级标准相适应，而且快速接头的抗弯能力大于预应力混凝土管桩桩身抗弯强度，完全满足国家规范"管桩接头处极限弯矩不得低于管桩极限弯矩"的规定。
6.快速接头的发展前景
预应力混凝土管桩快速接头所需部件，只须在工厂进行精密的加工、预埋，节省了沉桩施工中现场焊接的工序，接桩技术简单、易于操作，只要稍加指点就可以熟练，连接时灵活快捷，工效和机械利用率大大提高。由中国工程院士容柏生主持的科学技术成果鉴定指出，这种快速接头"属国内首创，达到国内领先水平"。预计该项技术通过推广，众多的施工单位和工程将会乐于应用，在国内外都会有较大的发展空间。
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