《水利工程质量通病防治手册》之桩基础工程预应力管桩—桩身断裂 、沉桩达不到设计要求等防治措施

12 预应力管桩—桩身断裂  

12.1  表现形式  
桩在沉入过程中，桩身突然倾斜错位，当桩尖处土质条件没有特殊变化，而贯入度逐渐增加或突然增大，同时当桩锤跳起后，桩身随之出现回弹现象，施打被迫停止。

12.2　产生原因  
(1)桩身在施工中出现较大弯曲，在反复的集中荷载作用下，当桩身不能承受抗弯强度时，即产生断裂。桩身产生弯曲的原因有：
1)一节桩的细长比过大，沉入时，又遇到较硬的土层。
2)桩制作时，桩身弯曲超过规定，桩尖偏离桩的纵轴线较大，沉入时桩身发生倾斜或弯曲。
3)桩人土后，遇到大块坚硬障碍物，把桩尖挤向一侧。
4)稳桩时不垂直，打入地下一定深度后，再用走桩架的方法校正，使桩身产生弯曲。
5)两节桩或多节桩施工时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了曲折，或接桩方法不当(一般多为焊接，个别地区使用硫磺胶泥法接桩)。
(2)桩在反复长时间打击中，桩身受到拉、压应力，当拉应力值大于混凝土抗拉强度时，桩身某处即产生横向裂缝，表面混凝土剥落，如拉应力过大，混凝土发生破碎，桩即断裂。
(3)制作桩的水泥强度等级不符合要求，砂、石中含泥量大或石子中有大量碎屑，使桩身局部强度不够，施工时在该处断裂。桩在堆放、起吊、运输过程中，也能产生裂纹或断裂。
(4)桩身混凝土强度等级未达到设计强度即进行运输与施打。
(5)在桩沉入过程中，某部位桩尖土软硬不均匀，造成突然倾斜。

12.3　防治措施  
(1)施工前，应将地下障碍物，如旧墙基、条石、大块混凝土清理干净，尤其是桩位下的障碍物，必要时可对每个桩位用钎探了解。对桩身质量要进行检查，发生桩身弯曲超过规定，或桩尖不在桩纵轴线上时，不宜使用。一节桩的细长比不宜过大，一般不超过30。
(2)在初沉桩过程中要求至少2台以上经纬仪观测，如发现桩不垂直应及时纠正，如有可能，应把桩拔出，清理完障碍物并回填素土后重新沉桩。桩打入一定深度发生严重倾斜时，不宜采用移动桩架来校正。接桩时要保证上下两节桩在同一轴线上，接头处必须严格按照设计及操作要求执行。
(3)桩在堆放、起吊、运输过程中，应严格按照有关规定或操作规程执行，发现桩开裂超过有关规定时，不得使用。普通预制桩经蒸压达到要求强度后，宜在自然条件下再养护一个半月，以提高桩的后期强度。施打前桩的强度必须达到设计强度100％(指多为穿过硬夹层的端承桩)的老桩方可施打。而对纯摩擦桩，强度达到70％便可施打）。
(4)遇有地质比较复杂的工程(如有老的洞穴、古河道等)，应适当加密地质探孔，详细描述，以便采取相应措施。
(5)当施工中出现断裂桩时，应及时会同设计人员研究处理办法。根据工程地质条件、上荷载及桩所处的结构部位，可以采取补桩的方法。补1根桩时，可在轴线内、外补；补2根桩时，可在断桩的两侧补。柱基群桩时，补桩可在承台外对称补或承台内补桩。

13 预应力管桩—桩顶碎裂  

13.1  表现形式  
在沉桩过程中，桩顶出现混凝土掉角、碎裂、坍塌，甚至桩顶钢筋全部外露打坏。

13.2　产生原因  
(1)桩顶强度不够，有三方面原因：
1)设计时，没有考虑到工程地质条件、施工机具等因素，混凝土设计强度等级偏低，或者桩顶抗冲击的钢筋网片不足，主筋距桩顶面距离太小等；
2)预制桩制作时，混凝土配合比不符合设计要求，施工控制不严，振捣不密实等；
3)养护时间短或养护措施不当，未能达到设计强度或虽然试块达到了设计强度，但桩碳化期短，混凝土中水分未充分排出，其后期强度没有充分发挥。因此钢筋与混凝土在承受冲击荷载时，不能很好地协同工作，桩顶容易发生严重碎裂。
(2)桩身外形质量不符合规范要求，如桩顶面不平，桩顶平面与桩轴线不垂直，桩顶保护层厚等。
(3)施工机具选择或使用不当。打桩时原则上要求锤重大于桩重，但须根据桩断面、单桩承载力和工程地质条件来考虑。桩锤小，桩顶受打击次数过多，桩顶混凝土容易产生疲劳破坏而打碎。桩锤大，桩顶混凝土承受不了过大的打击力也会发生破碎。
(4)桩顶与桩帽的接触面不平，替打木表面倾斜，桩沉入士中时桩身不垂直，使桩顶面倾斜，造成桩顶局部受集中应力而破损。
(5)沉桩时，桩顶未加缓冲垫或缓冲垫损坏后未及时更换，使桩顶直接承受冲击荷载。
(6)设计要求进入持力层深度过多，施工机械或桩身强度不能满足设计要求。

13.3　防治措施  
(1)桩制作时，要振捣密实，主筋不得超过第一层钢筋网片。桩除经过蒸养达到设计强度后，还应有1～3个月的自然养护，使混凝土能较充分地完成硬化过程和排出水分，以增加桩顶抗冲击能力。夏季养护不能裸露，应加盖草帘或黑色塑料布，并保持湿度，以使混凝土硬化更充分，强度增长较快。
(2)应根据工程地质条件、桩断面尺寸及形状，合理地选择桩锤。
(3)沉桩前应对桩质量进行检查，尤其是桩顶有无凹凸情况，桩顶平面是否垂直于桩轴线，桩尖是否偏斜。对不符合规范要求的桩不宜采用，或经过修补后才能使用。桩的外观应有专职人员检查，并作好记录。
(4)检查桩帽与桩的接触面处及替打木是否平整，如不平整应进行处理后方能施工。
(5)沉桩时稳桩要垂直，桩顶应加草帘、纸袋、胶皮等缓冲垫。如桩垫失效应及时更换。
(6)根据工程地质条件、现有施工机械能力及桩身混凝土耐冲击的能力，合理确定单桩承载力及施工控制标准。
(7)发现桩顶有打碎现象，应及时停止沉桩，更换并加厚桩垫。如有较严重的桩顶破裂，可把桩顶剔平补强，再重新沉桩。
(8)如因桩顶强度不够或桩锤选择不当，应换用养护时间较长的“老桩”或更换合适的桩锤。
(9)在桩头加桩帽，加强对桩头的保护。

14 预应力管桩—沉桩达不到设计要求  

14.1  表现形式  
桩设计时是以贯入度和最终标高作为施工的最终控制。一般情况下，以一种控制标准为主，以另一种控制标难为参考。有时沉桩达不到设计的最终控制要求。个别工程设计人员要求双控，更增加了困难。

14.2　产生原因  
(1)勘探点不够或勘探资料粗略，对工程地质情况不明，尤其是持力层的起伏标高不明，致使设计考虑持力层或选择桩尖标高有误，也有时因为设计要求过严，超过施工机械能力或桩身混凝土强度。
(2)勘探工作是以点带面，对局部硬夹层或软夹层的透镜体不可能全部了解清楚，尤其在复杂的工程地质条件下，还有地下障碍物，如大块石头、混凝土块等。打桩施工遇到这种情况，就很难达到设计要求的施工控制标准。
(3)以新近代砂层为持力层时，由于新近代砂层结构不稳定，同一层土的强度差异很大，桩打入该层时，进入持力层较深才能求出贯入度。但群桩施工时，砂层越挤越密，最后就有沉不下去的现象。
(4)桩锤选择太小或太大，使桩沉不到或沉过设计要求的控制标高。
(5)桩顶打碎或桩身打断，致使桩不能继续打入。特别是柱基群桩，布桩过密互相挤实，选择施打顺序又不合理。

14.3　防治措施 
(1)详细探明工程地质情况，必要时应作补勘；正确选择持力层或标高，根据工程地质条件、桩断面及自重，合理选择施工机械、施工方法及行车路线。
(2)防止桩顶打碎或桩身断裂。
(3)遇有硬夹层时，可采用植桩法、射水法或气吹法施工。植桩法施工即先钻孔，把硬夹层钻透，然后把桩插进于孔内，再打至设计标高。钻孔的直径要求，以方桩为内切圆，空心圆管桩为圆管的内径为宜。无论采用植桩法、射水法或气吹法施工，桩尖至少进入未扰动土6倍桩径。
(4)桩如打不下去，可更换能量大一些的桩锤打击，并加厚缓冲垫层。
(5)选择合理的打桩顺序，特别是柱基群桩，如若先打中间桩，后打四周桩，则桩会被抬起；相反，若先打四周桩，后打中间桩，则很难打入。为此应选用“之”字形打桩顺序，或从中间分开往两侧对称施打的顺序。
(6)选择桩锤应以重锤低击的原则，这样容易贯人，可减少桩的损坏率。
(7)桩基础工程正式施打前，应做工艺试桩，以校核勘探与设计的合理性，重大工程还应做荷载试验桩，确定能否满足设计要求。