预制静压桩桩体裂缝原因分析及处理

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皿,框剪结构，选用静压预制桩基础，桩截面400mmX400mm，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3870kN，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工程地质勘察报告层号岩性层厚（m）层底埋深（m）f，k、(kPa)Es(MPa)q,(kP)q，一Pk、(kPa,)①杂填土0.6-1.30.6〜1.3sk②粉土7.(〜7.88.2〜8.6752.740③粉土5.7〜6.214.2〜14.61004.144④粉质粘土4.(〜5.318.4〜19.71204.645⑤粉砂1.(〜1.820.4〜21.021019.2522300⑥细砂7.48.328.0〜29.630035.0795200二、桩身裂缝及成因分析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4000kN，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荷载一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