随着半岛蓝色经济区等国家战略的实施,在未来的几年内,山东将兴建大量公共建筑和港口码头等建筑与设施,桩基础作为一种传统的基础型式,它的需求将会是空前的。预应力混凝土实心方桩以其混凝土强度高、抗裂、抗弯和抗腐蚀性能好、入岩穿透能力强、对地质条件适应性强等优点被广泛用于工业与民用建筑、铁路、码头、港口、市政等地基基础工程中的桩基础工程。对此,本文作者导师课题组与青岛昊河水泥制品有限责任公司共同研制了预应力混凝土实心方桩(以下简称方桩),编制并被批准为山东省标准设计图集(《预应力混凝土实心方桩》(图集号:L13SG410))。然而由于山东地区地理环境影响,地层中有许多碎石类土层、细粒花岗岩、强风化岩和煌斑岩等,导致了方桩在采用锤击沉桩施工时易出现纵向裂缝,这会严重影响结构的耐久性和桩基的稳定性,特别山东半岛,具有特殊酸性腐蚀介质侵蚀的地质条件,其危害是无法想象的。针对以上问题,本文采用LS-DYNA非线性有限元程序,取图集中的方桩为对象,研究了锤击施工入岩时纵向裂缝的成因以及探讨图集中方桩的相关设计在控制纵向裂缝方面达到的深度和质量的要求,结论如下:(1)打桩时产生的横向拉应力过大,超过混凝土抗拉强度设计值是产生纵向裂缝的原因;(2)桩尖穿过坚硬的夹层或持力层时,桩身两端最容易出现纵向裂缝,图集中设计的锥形桩尖、桩套箍和桩身两端加密螺旋箍筋可以很好的限制纵向裂缝;(3)桩身混凝土有效预压应力可以抵消打桩时产生的纵向拉应力,不必担心横向裂缝的产生;(4)合适厚度和刚度的垫层可以显著改善方桩抗裂性能,此外施工时要及时更换垫层。