管桩竖向裂缝发生机理及防治措施综述

管桩因承载力高、稳定性强等优点得到了广泛应用,而在各领域服役过程中出现了竖向裂缝问题。为充分阐明管桩竖向裂缝产生的原因,并基于裂缝产生机理提供有效防治措施,提高管桩在不同环境下的使用寿命,解决由管桩开裂产生的各种工程问题。通过总结分析现有研究成果,对不同使用领域的管桩竖向裂缝的产生机理、裂缝危害、裂缝防治措施及裂缝检测技术进行综述,为管桩工程裂缝处理提供参考。

微型钢管桩内接于灌注桩围护结构计算方法探讨

针对土岩结合二元地层深基坑工程中“吊脚桩”围护结构存在的问题,提出了灌注桩内接微型钢管桩围护结构。考虑微型钢管桩与桩间岩土的“纽结效应”和开挖后桩间岩石与带裂缝混凝土相似性,将该结构等效为上部灌注桩+下部带裂缝的钢筋混凝土无腹筋等效梁阶梯变截面桩(梁)模型,下部等效梁中微型钢管为纵向钢筋,桩间岩石为带裂缝混凝土。用侧向刚度折减来定量表征围护结构截面减少和岩体裂缝对围护结构刚度影响,提出基于侧向刚度折减的弹性支点法来计算围护结构内力,并考虑纵筋销栓作用计算等效梁抗剪承载力。工程实例计算表明,侧向刚度折减系数β由0.85减至0.12,上部灌注桩弯矩增大55.8%,下部等效梁弯矩减少48.7%,上部灌注桩剪力减少13.6%,下部等效梁剪力减少22.0%,桩顶水平位移增加39.5%。开挖至土岩结合面处该结构相对于“吊脚桩”围护结构,桩顶水平位移、竖向沉降没有明显突增,桩顶最终水平位移、竖向沉降仅为“吊脚桩”围护结构的43%、69%。桩顶水平位移监测值为5.5mm,仅为计算包络值的35%,说明刚度折减系数可适当提高。本研究可为土岩结合二元地层深基坑支护提供参考。

低应变检测管桩局限性及联合孔内摄像判定完整性研究

预应力混凝土管桩应用普遍,质量检测内容为完整性与承载力。低应变法作为检测桩身完整性的普查方法,有高效、检测周期短的优点,但是低应变法无法对竖向裂缝有效的识别,对工程是一种极大的质量隐患。因此本文探讨了低应变法的局限性与孔内摄像技术的优点,将两种方法进行对比与结合,提出了在已知低应变法判定结果的前提下,采用孔内摄像技术进一步确定桩身综合完整性类别的方法。对桩身竖向裂缝排查检和检测提供了保障。

预应力混凝土管桩抗裂抗剪性能研究

在地震及作为支护桩使用时,管桩的抗剪性能是其主要承载指标。文章采用有限单元法,建立3组管桩模型,分析混凝土有效预压应力、壁厚及剪跨比对预应力混凝土管桩开裂剪力及开裂特征的影响。计算结果表明:随着混凝土有效预压应力和壁厚的增大,管桩开裂剪力提高明显,剪跨比对开裂剪力影响较小;剪跨比较小时管桩主应力迹线与矩形截面梁相反,裂缝沿桩身纵向开展。

应用小波分析法检测预应力管桩裂缝的研究与实践

针对目前利用低应变时域分析和频域分析方法无法准确识别管桩桩身存在的细小裂缝的技术问题,结合理论分析、模型桩对比试验、实例验证的方法,通过时频分析法与小波分析法的对比,探究小波分析法识别管桩细小裂缝的可行性与可靠性。

低应变检测对PHC管桩裂缝测试效果分析

为了研究低应变反射波法对管桩裂缝的检测效果,更好地识别和检测出裂缝的类型和位置,文章对模型桩进行了理论计算和检测实验,了解管桩中波传播的特征;通过制作完整PHC管桩和一系列缺陷桩(包括横向裂缝、竖向裂缝及斜向裂缝),采用低应变反射波法测得了数百条测试曲线;对理论曲线以及实测曲线进行了分析,得到了一些有意义的结论。

PHC管桩劈裂试验裂缝开展特征

为研究预应力高强度混凝土管桩(PHC)受环向压力时裂缝开展特征,针对PHC300型管桩,设计一种裂缝生成劈裂试验方法,该方法能够在钢筋附近生成裂缝,为该型管桩最不利裂缝生成方式,通过对该型号PHC管桩进行劈裂试验,研究其裂缝开展特征.结果表明:PHC管桩受劈裂产生裂缝时,外表面混凝土层裂缝呈现较好的V型特征,裂缝深度随裂缝宽度增大而增大,当裂缝宽度达到0.18 mm时,即形成贯穿裂缝;内表面水泥浆层和砂浆层则易发生整层断裂,裂缝延伸性较好,当裂缝宽度达到0.1 mm时,裂缝贯穿管壁;与实心混凝土相比,PHC管桩空心结构造成混凝土之间有效粘结面积较小,裂缝恢复能力较低,外表面裂缝恢复值随裂缝宽度增大而增大,但裂缝恢复率随裂缝宽度增大而减小,PHC管桩外表面裂缝宽度(COD)恢复率一般在50%以下.

含裂缝管桩低应变测试的三维数值分析

文章采用弹性动力有限积分法(elastodynamic finite integration technique,EFIT)对含裂缝管桩的低应变完整性检测进行三维数值分析,建立了柱坐标系下的管桩数值模型,根据初始和边界条件,得出含裂缝管桩的桩顶轴向速度响应,并与实测数据对比验证了算法的准确性;分析了激振脉冲宽度、裂缝产状、裂缝长度及位置对桩顶轴向速度响应的影响;提出一种提高裂缝定位效果的修正方法。结果表明:EFIT适用于含裂缝管桩低应变测试的模拟;低应变反射波法不能用于识别轴向裂缝,但可用于识别横向裂缝;激振脉冲越宽,对横向裂缝的识别效果越差;由传统一维理论得出的横向裂缝位置偏浅;提出的修正方法有助于提高裂缝定位的效果。研究结果可为管桩裂缝的低应变检测提供参考。

含GFRP筋预应力混凝土管桩抗剪性能试验研究

文章介绍了含玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforced polymer,GFRP)配筋预应力混凝土管桩(以下简称"PRC-G桩"),并进行了抗剪性能的对比试验研究。试验结果表明:GFRP筋与混凝土(C80)可以共同作用,能有效发挥材料的高强性能,GFRP筋的配置较大幅度地改善了普通管桩的抗剪性能,其开裂剪力有显著的提高,是规范值的1.12倍;2种类型桩破坏过程相似,均是从支座处首先出现裂缝,沿桩长方向大致20°~30°夹角方向开展延伸,延伸至加载点垂直面时,以平行于桩长方向继续扩展,最后形成贯通面;按等效圆形截面法计算PRC-G桩的开裂剪力是符合设计要求的,且偏于保守。

静压管桩偏位、开裂问题处理浅析

针对一般预应力混凝土管桩施工中常见的偏位、开裂等质量通病,结合某桩基工程中存在的类似问题,分析管桩出现偏位、开裂的原因主要有定位放样有误、压桩速率过快、基坑开挖方法欠妥等,提出了处理问题的三种方法:整体牵引纠偏复位、局部混凝土芯桩补强和承台地梁加强,检测调整后部分基桩的承载力,结果证明达到了预期的处理效果。

加强型预应力混凝土管桩抗弯剪性能试验研究

为有效解决普通预应力混凝土管桩抗弯(剪)性能较差的现状,研发了主筋加强型预应力混凝土管桩,并进行抗弯及抗剪性能方面的原型试验研究.抗弯试验结果显示:非预应力螺纹钢筋的配置较大幅度提高了预应力混凝土管桩的抗弯性能,且原有预应力钢筋配筋率越低效果越明显,但抗裂性能没有明显改善;螺纹钢筋的配置明显减小了桩身裂缝的长度和平均宽度,裂缝分布范围及数量有一定程度的增加.2种类型管桩的主要应力均位于跨中纯弯段内,裂缝出现以前跨中界面应变基本符合平截面假定,裂缝出现后中性轴上移.抗剪试验显示:非预应力螺纹钢筋的配置改变了桩身的应力和裂缝分布规律,较大幅度减小了管桩在剪力作用下的变形量,但抗剪承载力提高程度取决于原有预应力钢筋配筋率.对比试验结果说明此创新型管桩在抗弯及抗剪性能方面的优势是明显的.

新型混凝土管桩抗弯剪性能试验研究

创新研发了钢筋加强型预应力混凝土管桩,并进行了抗弯及抗剪性能方面的对比试验研究。抗弯试验发现,非预应力螺纹钢筋的配置较大幅度改善了预应力混凝土管桩的抗弯性能,且预应力钢筋配筋率越低效果越为明显,但抗裂性能没有明显提高。螺纹钢筋的配置明显减小了桩身裂缝的长度和平均宽度,裂缝分布范围及数量有一定幅度的增加。两种类型管桩的主要应力均位于跨中纯弯段内,裂缝出现以前跨中界面应变基本符合平截面假定,裂缝出现后中性轴上移。抗剪试验显示,非预应力螺纹钢筋的配置(或箍筋同时加密)改变了桩身的应力和裂缝分布规律,较大幅度减小了管桩在剪力作用下的变形量,但没有明显提高管桩的抗剪承载力。此创新型管桩在抗弯及抗剪性能方面的优势是明显的。

填芯对PHC管桩抗弯性能影响研究

为研究填芯对PHC管桩抗弯性能的影响,基于弹性理论及叠加原理,推导出填芯PHC管桩抗弯承载力计算公式;同时对填芯与不填芯PHC管桩进行对比研究。研究结果表明,素混凝土填芯对PHC管桩抗弯承载力约能提高16%,钢筋混凝土填芯对PHC管桩抗弯承载力约能提高35%。该结果可作为水平荷载作用下填芯PHC管桩设计的参考依据。

PHC管桩抗剪试验研究

针对国内PHC管桩在水运工程中应用广泛但受剪承载能力计算方法尚未明确统一的情况,对3根直径800 mm、壁厚110 mm的PHC800B110-5型管桩进行抗剪试验研究.通过观察受剪状态下的裂缝开展、挠度变形、破坏状态,分析剪跨段桩身最大主应力、最大剪应力和主应力角度;研究试验桩的受剪破坏过程,得到试验桩的抗裂剪力和极限剪力.从试验结果可知,管桩在开裂之后到发生破坏仍然具有一定的承载能力.

氯离子侵蚀钢筋混凝土管桩的使用寿命预测

基于氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀机理,将钢筋混凝土管桩的使用寿命分为2个阶段,锈蚀初始阶段和裂缝扩展阶段.依据Fick第二定律和Faraday定律,分别建立了氯离子在钢筋混凝土管桩中的扩散方程和氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀模型,通过确定临界氯离子浓度和钢筋临界锈蚀深度,分别对锈蚀初始阶段时间和裂缝扩展阶段时间进行了预测.并在此基础上,进一步分析了表面氯离子浓度、扩散系数、保护层厚度、钢筋直径、体积膨胀率以及抗拉强度与弹性模量的比值等因素对钢筋混凝土管桩使用寿命的影响.分析结果表明,随着表面氯离子浓度、扩散系数、钢筋直径和体积膨胀率的增大,管桩的使用寿命减小;随着保护层厚度和抗拉强度与弹性模量的比值的增大,管桩的使用寿命增大.

海港某码头大管桩裂缝调查及维护加固措施

通过现场检测和室内分析,对运营10多年的某海港码头589根后张预应力大管桩的裂缝情况进行了全面调查,初步分析了裂缝的成因及影响因素,并进行了维修加固处理。处理结果均满足设计要求,达到预期效果,为码头的安全运行提供了保障。有关技术资料可供类似工程参考借鉴。

预应力混凝土管桩抗弯及抗剪性能试验研究

通过一系列原型试验,对预应力混凝土管桩的抗弯及抗剪性能进行研究。抗弯试验结果显示,试验所采用的预应力混凝土管桩抗弯性能明显优于规范值,在弯矩作用下桩身裂缝分布于跨中约3m范围内。管桩弯曲断裂时呈脆性破坏性状,最大应力处位于跨中纯弯段内,裂缝出现前跨中界面应变基本符合平截面假定,裂缝出现后中性轴上移。桩身破坏后仍具有较高的抗弯承载力,但裂缝出现后桩身刚度明显降低。抗剪试验显示试验桩的抗剪性能优于规范值,断裂处为大致45°的剪切破碎带。抗剪试验中管桩的应力主要集中在剪弯段内,管桩破坏后仍具有较高的抗剪承载力。

填芯与非填芯预应力混凝土管桩抗弯性能的比较

普通预应力混凝土管桩在水平地震作用下抗弯能力较差;试验结果表明,设置填芯混凝土可以大幅度提高其抗弯承载力和延性性能;通过实验,推导出填芯混凝土抗裂弯矩和抗弯承载力的计算公式,可为工程计算和设计提供一些参考。

预应力混凝土管桩抗剪承载力研究与进展

为改善预应力混凝土管桩抗剪能力差的现状,使其能广泛应用于支护工程中,文章从管桩的抗剪承载力计算公式入手,对目前的研究现状进行分析和总结,给出了管桩抗剪计算公式研究中存在的问题,并为进一步研究管桩抗剪性能及抗剪计算公式提供了研究思路。本文总结出目前管桩受剪计算的两种方法,即考虑箍筋的作用的计算方法和不考虑箍筋的作用的计算方法;明确提出开裂剪力的概念,并指出不同工程中,管桩极限抗剪承载力的计算方法有本质的不同。

应力波法检测管桩裂缝的实践研究

裂缝是预应力管桩施工中的常见问题,通过对管桩施加作用力使管桩出现裂缝,采用应力波法检测不同裂缝状态管桩的完整性,并进行比较分析,证实了利用应力波法检测管桩的裂缝问题是可行的,试验中,应力波法能识别很小的裂缝(宽度为0.10 mm)。工程实例也说明采用应力波法检测管桩裂缝问题是有效的。