沉桩发生桩顶碎裂和桩身断裂的原因分析和措施研究

沉桩发生桩顶碎裂和桩身断裂的原因分析和措施研究

作者：钱昌兴等

来源：《建筑科技与经济》2014年第04期

摘 要：沉桩的机理非常复杂.沉桩的施工质量与土质、土层排列、硬土层厚度、桩数、桩距，施工工艺、顺序、进度等都有关系，一样各种原因都会使沉桩发生桩顶碎裂和桩身断裂，本文讨论了沉桩发生桩顶碎裂和桩身断裂的原因并提出了相应的措施。 关键词：沉桩；桩顶碎裂；桩身断裂；原因；措施

沉桩就是打桩，将钢筋砼预制桩的锤击打入或者静力压入土中。沉桩施工时，桩尖“刺入”土体中时原状土的初应力状态受到破坏，造成桩尖下土体的压缩变形，土体对桩尖产生相应阻力，由于设计强度偏低、混凝土振捣不密实、强度低、预制桩顶面不平整或与桩身轴线不垂直等原因，沉桩容易发生桩顶碎裂，而由于沉桩时桩身弯曲度超过了规定、施工工艺不当等原因会造成桩身断裂的情况，本文讨论了沉桩发生桩顶碎裂和桩身断裂的原因并提出了相应的措施。

1.沉桩发生桩顶碎裂 1.1现象

在沉桩过程中，桩顶出现混凝土掉角、碎裂，桩顶钢筋网外露，主筋扭曲。 1.2原因分析

（1）设计强度偏低，桩顶抗冲击钢筋网片不足，主筋骨离桩顶距离太小； （2）混凝土振捣不密实、强度低，未达到设计要求；

（3）预制桩顶面不平整或与桩身轴线不垂直，在沉桩过程中桩顶承受冲击荷载时桩顶平面受力不均匀，使桩顶容易碎裂；

（4）桩顶与桩帽的接触面不吻合，桩身在沉入时不垂直，使桩顶面倾斜，在沉桩过程中造成桩顶面局部应力集中而碎裂；

（5）沉桩后，桩顶缓冲垫损坏后未及时更换，降低了缓冲作用，使桩顶承受过多的冲击荷载而碎裂。

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1.3预防措施

（1）制桩时，混凝土的级配要良好，振捣密实，主筋不得超过第一层钢筋网，养护到位，自然养护期不得小于28d；

（2）桩顶面必须平整且与桩轴线垂直，桩帽与桩顶的接触面一定要吻合，并要经常检查；

（3）插桩要垂直，桩顶设置缓冲垫，如桩垫失效要及时更换；

（4）当设计要求沉入桩进入持力层较深时，应将上节桩的混凝土强度提高一个等级，或在桩顶设置钢帽或钢纤维混凝土；

（5）根据地质条件及单桩轴向设计承载力和桩形选择适宜的桩锤。 1.4治理方法

（1）在沉桩过程中要经常检查桩顶，当桩顶出现轻微破碎后，应立即停止沉桩，更换并加厚桩垫，然后继续沉桩；

（2）当桩顶出现严重破碎后，应把桩顶破碎混凝土清理干净，将主筋整形，加设钢筋网片，把无顶钢桩帽套至完整部分以下20cm，在钢帽内浇筑高强度硫磺胶泥，冷却后即可继续沉桩至设计要求位置。 2.沉桩出现桩身断裂 2.1现象

（1）沉桩过程中，桩身突然倾斜，桩顶发生位移；

（2）当桩尖处土层无特殊变化，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。 2.2原因分析

（1）桩身弯曲度超过了规定，一节桩的细长比过大、插桩不垂直、校正方法不妥当、接桩轴线不顺直等原因，使桩身轴线偏差较大，在桩锤的反复冲击作用下，桩身不能承受压弯荷载时，即产生断裂；

（2）在预制沉桩时，由于施工方面的原因（如级配变化大，振捣不密实、含泥量超标、拆模方法不当等），致使沉桩局部强度不足，沉桩时在该处断裂；

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（3）预制桩在起吊、运输、存放过程中，由于操作不当使预制桩产生了裂缝，进而在沉桩施工时发生断裂。 2.3预防措施

（1）在预制沉桩时要严格控制施工质量，确保桩身整体强度满足设计要求，桩身与桩尖在同一轴线上；

（2）吊桩时，吊点要符合规定，起吊均匀平稳。在运输、存放时，支点位置正确。起吊或存放时一般采用两个支点，较长的桩亦可采用3～4个支点。支点位置一般应按桩身各支点处最大负弯矩与支点间最大正弯矩相等的原则来确定，

（3）沉桩前，应对桩位下的障碍物清除干净，以便沉桩工作顺利进行； （4）一节桩的细长比不可过大，一般控制在30以内；

（5）据地质资料，如遇到硬夹层，应先用钢冲桩冲透硬夹层或预钻打桩，以减少桩的贯入阻力；

（6）选用能量适当的桩锤并控制落距，保持缓冲垫的均匀与厚度适当并经常检查，发现损坏要及时更换，经降低冲击力，沉桩的垂直偏差严格控制在1%以内；

（7）保证桩头质量，填实接头间隙，确保桩身在同一轴线上，同时在沉桩过程中避免长时间中断；

（8）使用符合桩径的替打桩和桩帽，送桩不宜太长，保持桩锤、桩帽、桩身在同轴线上；

（9）预制桩出场前必须经过检验，合格后方可出场；

（10）在初沉过程中，如发现桩不垂直应及时纠正，如有可能，应把桩拔出。清理完障碍物或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； （11）采用“植桩法”施工时，钻孔的垂直偏差要严格控制在l%以内。植桩时，桩应顺孔植入，出现偏斜时也不宜用移动桩架来校正，以免造成桩身弯曲。 2.4治理方法

（1）当施工中出现断裂桩，应会同设计人员共同研究处理办法。桩发生断裂时可采用动测法（无破损检验法）进行检验，对于混凝土管桩可用下列几种方法进行探查：

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1）灌水探查。向桩内灌水后观察水位下降情况，如水位迅速下降，则可判明桩身或接头处有破损，但尚不能判定破损部位和破裂程度。

2）圆桶探查。可用铁皮或木料做成圆桶探查器，吊入桩内探查管桩内壁混凝土破坏处钢筋向内屈曲情况及破坏位置。

3）铁钩探查。用钢筋制成铁钩探查器，吊人桩内轻轻上下拉动及转动，探查管壁混凝土破坏位置（此法不便于探查斜桩）。

4）电钳探查。探查前应先清除桩内泥水，将电钳吊入桩内，使小轮沿着桩的内壁滚动，小轮靠自重突入凹陷处，钳端张开电路断，电灯熄灭。继续吊下，电钳通过破损地段后，电路仍接通，灯即复明。据灯明灭的电钳位置可探明桩壁破损情况和位置。

另一种电钳探查器是弹簧式电钳探查器。其张口是在下方，经过破损处时，弹簧伸张使钳张开，上端靠紧接通电路，灯明；反之则灯灭。

如桩内有水，探明时因水导电，虽电路断时，指示灯仍有微弱的光亮。但水的电阻大，灯的亮度小，仍可区别。

5）照明探查。照明探查仅能用于管桩内水上部分。自桩顶放人1000W的低压作业灯，在灯的下面安设45°斜面反光镜，从上直接观察。

（2）据工程地质条件，上部荷载及桩所处的结构部位，可以采取补桩的办法。补一根桩时，可在轴线外补，补两根桩时，可在断桩的两边补。

（3）河床以上部分，桩身露筋，混凝土剥落、裂纹较多时，如为混凝土管桩，应先向管内填充不低于C20的混凝土。据桩的破损情况，用薄钢板制成拼装式的套筒，然后在工作船上组拼，用吊具将套筒套人桩顶，顺桩身落在河床上，亦可由潜水员下水组拼。待套筒正确就位后，向套筒内灌注水下混凝土。套筒可以拆下重复使用。

（4）河床以下混凝土管桩断裂时，如仅桩壁的混凝土破损，钢筋未变形，可在管桩内灌注水下混凝土直至桩的顶部。如有少量钢筋弯曲，可用通桩器逐次将钢筋冲直，加设钢筋骨架或钢轨后填充混凝土。钢筋骨架或钢轨必须伸出破损部分以上和以下各1.0～1.5m。 （5）混凝土管桩的桩头靠近法兰盘部分的管壁混凝土产生裂纹或微有剥落时，可采用在桩顶法兰盘下加钢夹箍、钢抱箍，以钢丝缠绕桩头的补救方法。夹箍如需沉入土中时，应将夹箍与法兰盘焊接在一起。

（6）桩身破损部分在截除桩头以下约lm左右时，可将自破损处以上的桩身混凝土全部凿除，主筋保留并整直。然后在该处灌注不低于桩身混凝土强度的混凝土块，混凝土块的尺寸按

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桩身尺寸适当增大些，其中心轴线必须与原桩中心轴线相一致。混凝土块顶部应介入承台底面以上20cm，其底部应在桩凿除线以下20cm，即可按完整桩使用。

（7）加固处理后的基桩，应进行静载试验，试验合格后方可使用，如不合格，应另补新桩。

一般情况下断桩率不应超过基桩总数的2%。若修复工序过多，或限于工期和其他原因，可放弃坏桩另补新桩。

（8）长度不很长的桩，如桩的入土深度已达设计深度的50%左右时，发现有断桩现象，一般应拔出，重沉新桩；如桩入土深度已达设计深度的60%～70%时，对于混凝土管桩，确能以钢筋混凝土填芯在质量上有保证时，仍按好桩使用。

沉桩的机理非常复杂。沉桩的施工质量与土质、土层排列、硬土层厚度、桩数、桩距，施工工艺、顺序、进度等都有关系，通常情况下，沉桩发生桩顶碎裂和出现桩身断裂的原因如上所述。当然沉桩发生桩顶碎裂和出现桩身断裂的情况不尽相同，应具体问题具体分析。找出具体原因，才能采取行之有效的措施。 参考文献

[1] 王靖涛、丁美英、李国成.桩基础设计与检测.[M].武汉：华中科技大学出版社，2005 [2] 李广慧.桥梁工程.[M]. 郑州：郑州大学出版社，2011

[3] 陈传德.公路工程管理与实务[M].北京：人民交通出版社，2008