预应力管桩破坏原因的定性分析

韩鹏飞 张新志

（郑州大学，河南 郑州 450001）

1 桩基的破坏形式

本文根据《建筑地基设计施工规范》和已有实例，给出桩基在施工过程中可能出现的几种破坏形式。如下：（1）在桩身的一侧出现较多而密的裂缝。（2）沿着桩身一周出现闭合的环状裂缝。（3）桩基在施工过程中产生突然脆断（如图1）。（4）桩顶部被压碎。（5）桩身倾斜，垂直度偏差超过规范规定的限值。

图1

2 破坏原因定性分析及建议

2.1 坚硬地层层面的倾斜与起伏

一般情况下，桩体在打入土体的过程中要穿过若干地层。由于地层形成过程的多变性，因此在两个地层的交界处并不平整，而是出现不同程度的倾斜和起伏。当该土层承载力较高时，桩尖通过该层面时，就会发生不同程度的倾斜。此时随着锤击次数的增加，桩体持续沉入土中，土的侧压力增大，导致桩体的倾斜程度进一步增大（如图2）。当桩体倾斜到一定程度时，桩顶处的局部压力或桩身弯矩达到最大时，可能在桩身的一侧就会出现较密的裂缝甚至断裂或者是桩顶处的局部破坏。桩顶处的破坏可以随时觉察，而位于土体以下桩体上的裂缝或者断裂却不容易察觉，但是可以通过贯入度的异常反映出来。当位于土体以下的桩体产生断裂时，在动荷载的作用下，贯入度会突然增大，断裂面出的纵向钢筋被拉断，桩体被分成两段，从而出现桩体的完全破坏。

图2

当桩顶产生局部压碎时，可以通过换桩或补桩等措施来处理，但是桩体在土体中产生破坏时，造成的危害难以估计，最直接的表现是桩体的承载力下降。对于桩体上的裂缝来讲，若察觉不到在施工完成后，由于钢筋表面的保护层开裂，则随着时间的增长，就会发生钢筋的腐蚀，使其抗剪承载力降低和抗压承载力下降，一旦出现较为严重的动荷载作用或其他冲击作用，则会造成建筑物的整体倾斜或倒塌。因此，《建筑地基设计施工规范》规定对于二类和三类环境，预应力管桩不允许出现裂缝。

为了避免此种破坏，在桩基施工前，要对工程地质进行详细的勘察，测定出坚硬地层层面的坡度，并初步分析其是否会对桩体产生影响。《规范》规定当相邻两个勘察点揭露出的桩端坚硬地层面坡度大于10%或坚硬地层起伏较大、地层分布复杂时，应根据具体工程条件适当加密勘探点。另外，在施工过程中，当桩最下端达到该地层时，可以通过调节重锤冲程等措施来防止桩体破坏。一旦遇到贯入度剧变，桩身突然发生倾斜、位移或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎等情况时，应暂停打桩，检测桩体是否发生破坏并进行原因分析，采取相应措施。

2.2 施工不当引起的桩体破坏

综合桩基施工的众多实例可得，由于施工不当引起的桩基破坏现象较为普遍。施工不当综合表现在两个方面，一方面是周围环境的影响，另一方面是施工设备的影响，以下将对两个方面做定性的分析。

首先是周围施工环境的影响。周围施工环境主要表现在两个方面。一是周围已建成的建筑物的影响，另一方面则是周围建筑材料或者相邻道路车辆的荷载。在施工过程中，由于相邻荷载的影响，将挤密周围土体，从而在桩体施工过程中，土体有滑动的趋势，在桩体中引起侧向应力。当桩体的抗剪强度不足时，将导致桩体的受剪破坏，在桩身的软弱结构处出现较密的斜裂缝。因此，为了防止此类破坏，在施工中一定要合理安排桩的施工顺序。总体来说，应该先大桩后小桩、离静荷的距离由近及远、桩打入的深度由浅到深。

其次是施工设备自身的因素。在锤击施工中，锤击设备具有自重大、高度高、运行时产生较大动荷载的特点。当施工场地工程地质较差时，在自身自重及动荷载的作用下，易引起下部地基的不均匀沉降，从而使冲锤的作用线和桩体的轴线不在同一条位置，因此产生偏心弯矩，引起桩体的倾斜。当引起的桩身弯矩较大时，引起桩体的一侧产生较大的裂缝或者是桩体中受拉钢筋不足从而导致桩身的破坏。因此，在桩体施工过程中应该测定周围土体的承载力是否可以支持施工设备。当承载力不足时，要对土体进行处理，例如可以在地面上浇灌水泥从而提高其承载力。

3 结语

总之，桩基作为现代地基处理的主要手段，其施工质量如何决定着整个建筑的安全与否。地基设计者，责任巨大。因此在地基设计时要综合考虑各种可能出现的破坏形式，并采取一定的措施保证桩体发挥出其正常承载力。

[1]JGJ94—2008，建筑桩基技术规范[S].中国建筑科学研究院.