预制静压桩桩体裂缝原因分析及处理

一、工程概况

随着国民经济的发展，高层和超高层建筑日益增多，其中很大一部分是在原有建筑拆迁基础上进行建设，基础如采用灌注桩等桩型，存在场地狭窄，排浆困难，施工噪音扰民等缺点，而静力压桩系利用液压缸产生压力夹持桩身，利用桩架自重和附属配重的重量，将预制桩逐节压入土中。压桩无振动，对周围无干扰，桩配筋简单，短桩可接长，节约钢材，可压截面400mm以下的钢筋混凝土空心管桩、实心桩。利用静压方式施工的预制混凝土桩由于存在施工噪音低、施工进度快的优点，适用软土地基，可避免打桩振动影响邻近建筑物或设备的情况，应用逐渐增多。但预制混凝土桩在利用静压桩机进行施工过程中，桩身易出现裂缝，《预制钢筋混凝土方桩（97G361）》第6.3.3条明确要求“处于地下水位以下的桩，最大裂缝宽度不超过0.2mm”，所以对于高水位地区施工中桩身裂缝的控制，就成为重要内容。以下以我单位施工的开封市妇女儿童医院桩基工程为例，对桩施工过程中易出现的裂缝原因进行了简单分析。   

    该工程共有16层,总建筑面积66850㎡,框剪结构,选用静压预制桩基础，桩截面400mm×400mm，桩长为14.0m和15.0m两种，单桩竖向承载力极限值约为1920kN，设计要求桩基施工送桩终止条件以单桩承载力为主，以标高为辅，压桩力估算值3870 kN，设计要求将桩尽量送至粉沙层，选用YZY-420全液压式静力压桩机进行施工。设计静压桩总数为1201根，实际完成1244根。地下水埋深0.44m～0.75m，场地土类型为中软场地土，场地类别为Ⅱ类。具体地质参数详见表1。 

表1   工程地质勘察报告

本桩基工程施工主要由混凝土桩预制和现场压桩两个过程组成，混凝土桩预制委托构件厂（完成）。工程分为两个阶段进行，第一阶段将桩分为两段制作（总数281根），施工正常。第二阶段为加快施工进度，采用全长预制整根压入的方法进行施工，施工中一定比例桩身出现裂缝，对这一部分桩抽样进行钻芯取样检测,检测结果证明混凝土强度等级达到设计要求，对现场所存预制桩进行外观质量检查和外形偏差检查，均满足规范要求。

经现场分析和试验,认定桩身开裂原因可分为以下三类，现分别予以介绍。

第一类裂缝是由于桩机夹持机构中的夹持板磨损，板面平整度下降,未及时更换，桩身局部受压面积减少，桩身局部受压超过抗压强度极限，致使桩表面开裂。这类裂缝平行于桩截面,位置位于夹持板与桩身接触面高度方向1/2处,宽度自中心向两侧开展的同时由宽变窄,最宽处不大于0.2mm,深度不大于10mm。

第二类裂缝是由于桩机本身机械故障引起，正常的夹持机构的四块夹持板在夹住桩身施压后,应为符合桩身形状的方形，但由于桩机故障，液压缸伸出长度不一致，夹持机构只有2～3块夹持板夹住桩身施压，易造成桩身棱角局部开裂或脱落,裂缝宽度约0.1mm，深度可至主筋外表面。

第三类裂缝产生原因又分为两种情况：

1、压桩过程中,桩身轴线与桩机夹持机构中心线产生偏离（如图1），与桩机施加的压桩力作用线产生夹角，随着桩不断被压入土中,桩身偏离角和偏心矩逐渐加大, 由于桩长细比较大，随之产生的附加弯矩将产生不可忽视的侧向挠度，而侧向挠度又进一步加大偏心距，致使附加弯矩不断增大，使桩在桩机的（送桩力）轴向力和附加弯矩的作用下产生开裂，裂缝深度100mm ～300mm,裂缝宽度为0.3～10mm，位置在桩机夹持板以下100cm区域内。

2、桩体绕自身轴线产生一定角度转动，与桩机夹持机构形成一定夹角，当夹持机构向桩身施加压力时，造成桩身局部棱角开裂乃至脱落。上述两种形式在施工中一般对桩身复合作用，即两种裂缝同时出现。原因为：（1）场地内存在厚度为0.6～1.3m的杂填土层，由于杂填土夹杂砖渣、碎混凝土块等杂物，土层均匀性差，易造成桩身入土后发生角度偏离。（2）由于送桩力大，桩机施工自重近4000 kN，现场杂填土中粉土比例大，且含水率较高，经反复碾压后，形成“橡皮土”。这样在进行压桩施工时，桩机自身不能稳定，易使桩体发生角度偏离。

图1桩身轴线与夹持机构中心线偏离示意图

图2  荷载—变形的关系曲线图

三、处理措施

文献[1]指出：1、普通钢筋混凝土构件内力不到30%极限荷载(混凝土应力达到抗拉强度,钢筋应力达50～60MPa左右)便出现裂缝，裂缝宽度在0.05mm～0.1mm左右，这种裂缝对结构的安全度没有影响，还可承受70%～80%的极限荷载.（如图2所示）。由此可知桩身微裂只要在上述范围，桩的承载力可按原设计70%～80%考虑，借鉴以上原则，采取以下措施进行裂缝控制和开裂桩的处理（1）对桩机进行检修，更换桩机夹持板使之达到要求（桩身表面夹持板印痕超过夹持板总面积的85%）。（2）桩插入土中定位时的垂直度偏差不得超过0.5%，偏差过大应拔出移位再压或补桩，入土深度小于1m可直接校正。（3）改进施工工艺，采取送桩器进行局部引孔，利用钻机全长引孔结合的方法，减少桩施工过程中对土体的扰动，以桩孔对桩进行导向，防止桩身发生角度偏离。

通过采取以上措施，后续施工正常。

对已产生裂缝的桩分类进行处理：（1）对具有第一类裂缝的预制桩，只需用补缝材料进行修补后压入。（2）具有第二类裂缝的预制桩拔出后，用高一等级混凝土进行修补再行压入。（3）具有第三类裂缝的预制桩，按废桩处理。（4）请设计单位选择桩位进行补桩。

从本工程桩基施工中桩身出现的裂缝情况来看，桩机工况为桩身开裂的主要因素，因此，静压预制混凝土桩的施工，桩机因素较为重要且属可预控范围，应重点进行控制，在施工前和施工期间，应对桩机进行检查和定期维修，以消除由于桩机故障所引发的桩身裂缝。

基坑开挖后对桩身完整性采取低应变动力检测，在所测193根桩中有183根为一类桩，占检测桩总数的94.8%，二类桩10根，占检测桩数的5.2%，无三类桩。对不同桩长的35根基桩进行高应动力变检测,单桩竖向承载力最小值1972 kN,均值2110kN. 静压桩施工质量优良。

四、结论

由以上论述可得出结论：

1、静压桩施工，宜选用短桩或分段桩组成的长桩，以提高桩的刚度，避免由于桩变形过大造成的桩体开裂。

2、施工期间宜持续降水，待土体沉实后再开始施工，以减少施工中的土体变形引起的桩机和预制桩的相对位移。