打桩时桩顶击碎或桩身断裂的现象分析

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摘要：打入桩施工快捷，质量可靠，能做成各种需要的断面和长度，能穿越粘土、粉土和砂土等多种土层，并不受地下水位影响，承载能力较大，因此广泛应用于工业和民用建筑工程中。本文深入分析了打桩时导致桩顶击碎或桩身断裂具体原因、预防措施和处理方法。

关键词：打入桩 桩顶击碎 桩身断裂

一、前言

随着建筑桩基工程不断发展，打入式钢筋混凝土预制桩（打入桩）越来越受到人们的关注。打入桩施工快捷，质量可靠，能做成各种需要的断面和长度，能穿越粘土、粉土和砂土等多种土层，并不受地下水位影响，承载能力较大，因此广泛应用于工业和民用建筑工程中。但是如果施工中操作不当或施工工艺有问题，则常常引起桩顶击碎或桩身断裂等质量问题。

二、打桩的施工原理

打入桩施工过程（打桩过程），实际就是将桩锤获得的能量除去各种损耗后，传递给桩，使桩克服周围土的摩阻力和桩尖阻力，沉入土中的过程。打桩过程的能量损耗，主要包括锤的冲击回弹能量损耗，桩的变形能量损耗和土的变形能量损耗。打桩方式有轻锤高击和重锤轻击两种，这两种方式在桩锤所获得的能量相同情况下，产生的作用效果是完全不同的。

桩锤动量T=Q√2gH

锤的冲击回弹能量损耗 E= q （1-k2）QH/（ Q+q）

式中T――桩锤动量

Q――桩锤所受的重力

g――重力加速度

H――桩锤落距

E――锤的冲击回弹能量损耗

q――桩所受的重力

K――回弹系数

根据桩锤动量公式和锤的冲击回弹能量损耗公式可知，桩锤所获得能量（QH）相同时轻锤高击，桩锤所获得动量较小，冲击回弹能量损耗较大，桩锤对桩头的冲击力较大，桩头容易损坏。重锤轻击，桩锤所获得动量较大，冲击回弹能量损耗较小，大部分能量都用来克服桩侧阻力和桩尖阻力，使桩沉入土中，桩锤对桩头的冲击力较小，桩头不易损坏。此外和轻锤高击相比，重锤轻击时，桩锤落距小，锤击频率高，不但可以减小沉桩时间，而且可以液化周围土体，使桩较易穿过密实土层。所以打桩时，应优先考虑采用重锤轻击法施工。

三、打桩时桩顶击碎或桩身断裂的原因分析

在桩施工过程桩顶击碎或桩身断裂主要原因多种多样，比较复杂，既有制桩工艺上的，也有打桩操作上的，同时还有地质变化上的，要具体问题，具体分析。

①桩顶钢筋网片配置不足或不对。桩锤锤击桩顶部产生很高的锤击压应力，同时桩锤回弹时又对桩顶部产生锤击拉应力。若桩顶钢筋网片配置不足或不对，桩锤就很容易将桩顶部混凝土击碎或拉裂。

②桩主筋距离桩顶面太小，甚至和桩顶面平齐。这样，主筋就直接承受桩锤冲击而产生颤动，致使桩混凝土沿纵向剥落。

③桩顶混凝土粗骨料含量偏少，砂浆过多。一种情况是桩头处钢筋密集，浇注混凝土时粒径大的粗骨料难以进入；另一种是桩混凝土从桩尖往桩顶浇注，最后浇注桩顶时砂浆积聚过多，粗骨料偏小。

④桩混凝土浇注时振捣时间过长，砂浆上浮，粗骨料下沉，造成桩正面上层混凝土强度不够，受锤脱落。

⑤钢筋安装时尺寸不对或箍筋在加工时尺寸偏小，导致桩混凝土保护层太厚，经不起锤击。

⑥桩混凝土浇注没有严格按规范操作。如混凝土离析，留下施工缝，养护龄期不够等都容易引起桩被击碎或断裂。

⑦打桩时，桩顶偏心受击，局部应力集中，导致桩顶某处混凝土被打碎而脱落。出现这种情况，有的是由于桩帽比桩径大，桩帽偏向桩顶一边，有的是由于桩帽没有垫平，局部受击，还有的是由于桩在施打过程被打歪，没有及时纠正。

⑧桩帽垫层材料选用不适或已被打坏，没有起到减弱锤击应力和均布应力的作用，相反使桩顶应力集中，将桩打坏。

⑨施工中桩因桩尖通过硬夹层，最后贯入度定得太小，锤的落距过大等原因产生过打现象。过打时由于混凝土抗冲击强度只有其抗压强度50%，桩身混凝土遭到反复过度冲击，就容易发生疲劳而被打碎。

⑩桩施打过程中遇到钢碴，孤石等障碍物或桩在吊运堆放时产生裂缝没有被发现，盲目施打造成桩顶击碎或桩身断裂。

四、打桩时桩顶击碎或桩身断裂的预防措施

施工时要针对不同打桩设备，不同施工工艺和不同施工阶段来采取不同预防桩顶击碎或桩身断裂的措施。

①制桩时桩混凝土应从桩顶往桩尖连续浇注，不得中断，混凝土坍落度宜采用20～30mm，振捣到有气泡排出，表面翻浆时停止。

②桩混凝土浇注完毕应刮平，压光，并加以覆盖和浇水养护。蒸汽养护要严格按规范控制好温度升降和持续时间。

③只有在同条件养护试块试压后，混凝土预制桩达到设计强度70%方可起吊，达到100%才能运输。

④对长桩和总锤击数超过500击的桩，应符合桩体强度和28天龄期两项条件才能锤击。采用重锤轻击的原则沉桩，选择适当落距并保持桩锤跳动正常。

⑤桩帽和桩径要配套，间隙宜为5～10mm。桩帽垫层材料应采用材质均匀，强度高，弹性好的材料，并在施工中应定期检查。

⑥桩在入土前应用两台互相垂直的经纬仪较正桩垂直度，垂直偏差不超过0.5%，桩锤、桩帽和桩身应同一垂直线上。

⑦打桩过程中遇到异常情况如贯入度剧变，桩身突然发生倾斜、移位，桩锤严重回弹，桩顶或桩身出现严重裂缝破碎等，应暂停打桩并分析原因后采取相应措施及时处理，严禁野蛮沉桩。

五、打桩时桩顶击碎或桩身断裂的处理方法

施工时应根据桩顶击碎或桩身断裂的具体原因，桩受损的严重程度来采取相应的处理方法。

①若桩顶被打碎，则凿掉击碎部分混凝土，套上和桩同直径的钢箍，焊牢用1：2.5环氧砂浆找平。

②桩身被打坏，断面只出现裂纹，则可用钢箍螺栓拉紧，焊牢补强处理。

③若地面以上桩身被打断，则从打断处往下凿掉混凝土1.0米，露出主筋，调直或接长，绑好箍筋，然后在接头处套上钢箍，支模将混凝土提高1～2等级浇注到原设计桩长；或将打断处碎裂混凝土凿掉，套上钢箍，焊牢用1：2.5环氧砂浆找平，然后预制一节桩接上。

④若地面以下很深处桩身被打断，无法接桩，应同设计和业00主商量在相应位置补打一根桩。

六、结束语

打桩的具体过程不同，打桩时导致桩顶击碎或桩身断裂具体原因、预防措施和处理方法也就不尽相同。如何改进革新桩体材料、打桩设备和施工工艺，从根本上保证和预防施工过程中桩体免遭击碎或打断，则是值得广大工程技术人员去研究，去探索的课题。

参考文献：

段新胜、顾湘编，《桩基工程》，中国地质大学出版社。

北京建工集团总公司编，《建筑分项工程施工工艺标准》，中国建筑工业出版社。

上海市建设和管理委员会编，《建筑地基基础工程施工质量验收规范》，中国计划出版社。

中国建筑科学院编，《建筑桩基技术规范》，中国建筑工业出版社。