桩周土开挖状态下钢管桩稳定性研究

既有建筑物地下增层时,需利用桩基础支撑上部结构,才能开挖下面的土方。随着桩周土开挖,桩的稳定性会相应降低。设计一可拆卸式模型箱,开展大比尺钢管桩受压稳定性试验。试验结果表明,随着钢管桩开挖比的增加,桩周土对桩身的约束逐渐减弱,桩的极限荷载也逐渐降低。随着钢管桩回转半径的增大,桩的长细比减小,桩的极限承载力相应提高。随着钢管桩初始偏心距的增大,桩的极限荷载明显变小。设置水平支撑后,钢管桩的极限荷载明显提高,设置在桩身中部比设置在桩顶效果更明显。提高支撑刚度后,极限荷载进一步增加。考虑桩的受压稳定性影响因素,提出钢管桩受压极限承载力的计算方法。将文中提出的计算方法得到的桩身极限荷载与试验结果相比可知,其基本变化规律是一致的。轴心受压时,计算值与试验结果平均偏差为10%;偏心受压时,计算值与试验结果平均偏差为8%。

桩周土开挖条件下桩基础屈曲稳定性分析

利用桩基础支撑既有建筑,下方开挖土方施工地下室是一种既有建筑地下增层的有效方法。随着桩周土的开挖,桩基础的稳定性会降低。文章利用ANSYS程序建立桩的二维有限元模型,桩周土用弹簧单元模拟,其线刚度用m法取值,通过特征值分析和非线性加载可分别获得桩基承载力的上限、桩基承载力的极限荷载和失稳时的变形曲线。结果表明：桩顶为自由端的桩基础,随着桩周土开挖深度的增加,其稳定性系数明显降低;相同开挖条件下,桩周土的m值和桩基截面边长越小,其桩基的稳定性系数越小;桩顶或桩身设置水平约束构件后,有效减小了计算长度,其稳定性系数比桩顶为自由端的桩基础提高了1.2~2.9倍,且开挖深度越深、桩周土m值越小,其效果提高的越明显。

桩周土开挖条件下钢管桩屈曲稳定性试验研究

既有建筑物增设地下空间时,需要运用桩基础支撑上部建筑物,才可开挖建筑物下面的土方。随着桩周土减少,桩的屈曲稳定性会相应减少。文章在模型箱内利用杠杆加载的方式对不同开挖深度条件下的钢管桩的屈曲承载力进行了研究和测试,分析了其相应的稳定系数。结果表明:当桩顶加载达到极限荷载时,桩身会出现突然的屈曲破坏;开挖比较小时,屈曲位置出现在桩土交界面附近,随着开挖比的增加,屈曲位置明显上移;随着桩周土开挖深度增加,桩的稳定系数随之减小,当钢管桩下端处于嵌固状态时,其稳定系数比处于非嵌固状态时明显要大;钢管桩中部增设了水平拉接杆件后,其稳定性明显提高;桩周土的开挖比>0.5时,回转半径较大的钢管桩稳定性系数较大;当其值<0.5时,回转半径较大的钢管桩稳定性系数较小。

桩周土开挖状态下桩基础荷载传递规律研究

桩周土的开挖和桩身的暴露会导致桩承载力和稳定性的降低,严重时会影响建筑物安全;揭示桩周土开挖时桩基础荷载传递规律,可以为既有建筑地下空间的开发和利用提供重要的理论和技术支持。文章采用ANSYS有限元程序对一座框架结构建筑物桩周土开挖过程中的桩身轴力、侧阻力和端阻力的分布和变化规律以及桩基础的沉降变化规律进行数值分析。结果表明:随着托换桩桩周土开挖深度的增大,建筑物荷载通过侧阻传入土体比例减小,端阻和侧阻力作用充分发挥,最终桩基承载力达到极限状态,桩基沉降量会增大;增大桩长、桩径、桩数量和桩土间摩擦系数等措施可以增加桩身承载力,也可减小桩基沉降,而且增大桩身长度对提高桩基承载力效果最好,增大桩径和桩数量对减小桩基沉降效果明显。

桩周土开挖状态带侧向支撑桩稳定性数值分析

在既有建筑物增设地下空间,需要托换桩支撑上部结构,而随着土方的开挖,桩的稳定性会降低,采用桩身设置侧向支撑是提高桩稳定性的有效方法。文章采用ANSYS软件建立二维有限元模型,分析土方开挖条件下带侧向支撑桩稳定性的变化规律。结果表明:在与桩周土开挖值的比值为0.5倍位置处加设一道支撑时,桩屈曲极限荷载和支撑内力达到最大;桩屈曲极限荷载和支撑内力随着支撑刚度的增加而增大,但当刚度增加到一定数值,荷载值和内力值的增幅不明显;随着支撑数量的增加,桩屈曲极限荷载值逐渐变大,但提高的幅度逐渐降低。

桩周土开挖状态下钢筋混凝土桩稳定性研究

开展了桩周土开挖状态下钢筋混凝土桩受压稳定性试验,通过改变桩的配筋率、边长、受压偏心距和桩身加支撑等参数,研究桩的受压稳定性变化规律。研究结果表明,桩开挖深度由0.6 m增加到1.8 m时,桩的极限荷载降低11%~32%;桩初始偏心距由0增大到50 mm时,桩的极限荷载降低42%~68%。在相同开挖深度条件下,随着桩配筋率的增加、桩截面尺寸的增大以及设置桩身支撑,其受压极限荷载明显增大。其中,桩截面尺寸由80 mm增大到120 mm能使极限荷载提高74%,效果最好。基于试验结果,提出了钢筋混凝土桩受压承载力的计算方法。将所提出的计算方法得到的桩身承载力与试验结果比较可知,轴心受压时,计算值与试验结果平均偏差仅为3.6%;偏心受压时,在桩的开挖深度较大时吻合较好,而开挖深度较小时会出现较大的偏差。

既有建筑桩基础开挖过程中承载特性数值分析

既有建筑物增设地下空间时,需要运用桩基础支撑上部建筑物,才可开挖建筑物下面的土方。随着桩周土减少和桩基础的暴露,桩的承载特性会出现变化。运用ANSYS有限元程序分析了桩周土开挖前、开挖10m和开挖20m等工况下,桩基础承载特性的变化规律。从分析的结果可以看出,开挖前后桩基础沉降表现出中间桩沉降大、周边桩沉降小的规律;随着开挖深度增大,桩基沉降量明显增大。上段桩周土开挖后,不仅造成未开挖部分桩身侧阻力和桩土间的滑移量增大,而靠近开挖面处增加更明显。当开挖至桩承载力接近极限状态时,桩底的侧阻力和滑移值逐渐接近开挖面附近的数值。

基于虚拟嵌固点法的桩基稳定性数值分析

运用桩基托换支撑既有建筑物地下增层时,随着桩周土的开挖,桩的稳定性会降低。因此,开展在桩周土开挖条件下的桩基稳定性的研究尤其重要。针对虚拟嵌固点法缺少半嵌固状态桩基稳定性计算公式的问题,文章利用ANSYS程序建立二维有限元模型,分析了在桩周土开挖条件下的桩的稳定性,建立了基于虚拟嵌固点法的半嵌固状态桩的稳定性计算公式,并对其进行了验证。结果表明:随着桩入土深度的增加,桩的稳定性系数趋近一定值,符合虚拟嵌固点法的基本假定;在桩周土开挖深度不变的条件下,桩径越大、桩周土水平反力系数越大、桩外露长度越小、桩顶约束越强则桩的稳定性系数越大;在桩身长度不变的条件下,随着桩周土开挖深度的增加,桩的稳定性系数降低;提出的基于虚拟嵌固点法的半嵌固状态下稳定性计算公式,其计算结果和数值分析的结果平均误差率仅有8.1%,与规范公式相比更符合桩的实际受力状态。

基于虚拟嵌固点法计算钢管桩稳定性研究

既有建筑物增设地下空间时,需要采用桩基础支撑上部结构,才能开挖建筑物下的土体。随着桩周土体的减少,钢管桩的稳定性会相应降低。利用虚拟嵌固点法提出了桩入土深度部分处于嵌固、未嵌固和半嵌固三种状态下受压计算长度公式。在模型箱内利用杠杆加载的方式进行了钢管桩的受压稳定承载力试验,分析了不同直径、外露长度的钢管桩在改变入土深度过程中稳定性的变化规律,结果表明:随着桩入土深度的增加,桩的稳定系数趋近一定值,该深度即为临界入土深度;桩的临界入土深度与外露长度无关,但与桩的刚度有关,刚度较大的桩,其临界入土深度也相应增加。比较虚拟嵌固点法、试验和JTS 167-4—2012《港口工程桩基规范》中规定方法得到的稳定系数可知,规范方法计算值明显偏低,虚拟嵌固点法计算值与试验值比较接近。