橋梁剛性地下連續(xù)墻基礎(chǔ)豎向承載特性試驗(yàn)研究

韓合軒

(河南省公路工程局集團(tuán)有限公司，河南鄭州 450052)

0 引言

橋梁基礎(chǔ)采用矩形閉合地下連續(xù)墻最早是在1979年日本東北新干線高架橋工程中，首次采用閉合剛性地連墻基礎(chǔ)取代沉井基礎(chǔ)［1］，開(kāi)創(chuàng)了橋梁基礎(chǔ)應(yīng)用閉合地下連續(xù)墻技術(shù)的先河。我國(guó)于1992年同濟(jì)大學(xué)首次進(jìn)行了閉合地下連續(xù)墻豎向靜載荷試驗(yàn)［2］，試驗(yàn)結(jié)論:地下連續(xù)墻豎向承載力形式與鉆孔灌注樁受力近似，可參照其公式計(jì)算。陳曉東等采用自平衡法對(duì)矩形閉合墻基礎(chǔ)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)［3］，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的豎向承載力、外側(cè)摩阻力及端阻力的發(fā)揮作用的規(guī)律性。文華、程謙恭等［4］通過(guò)閉合地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的豎向載荷模型試驗(yàn)，對(duì)閉合地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的豎向承載特性進(jìn)行了分析和研究。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)豎向承載試驗(yàn)，研究針對(duì)墻身埋深比較淺的閉合地下連續(xù)墻豎向承載特性，豎向荷載作用下墻側(cè)周圍側(cè)摩阻力及端阻力的發(fā)揮情況。

1 研究背景

根據(jù)項(xiàng)目研究的主要問(wèn)題，選擇實(shí)心體基礎(chǔ)和地下連續(xù)墻基礎(chǔ)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模型對(duì)比試驗(yàn)研究，試驗(yàn)場(chǎng)地選在黃土地區(qū)某高速公路一跨線橋梁，該橋上部結(jié)構(gòu)為(13+16+16+13)m四跨簡(jiǎn)支連續(xù)梁橋，橋面凈寬4.5 m，橋梁基礎(chǔ)采用矩形閉合地下連續(xù)墻。

現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)所選場(chǎng)地與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際橋梁相差100 m，該場(chǎng)地地貌單元為黃土塬。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察資料，確定依托工程處于黃土高原第四紀(jì)黃土與古土壤交替沉積的典型地層。

2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試元件布設(shè)及加載原理

本現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)采用2個(gè)實(shí)心體基礎(chǔ)和2個(gè)地下連續(xù)墻模型，實(shí)心體模型與地下連續(xù)墻模型尺寸一樣，元件布設(shè)見(jiàn)圖1及表1。

圖1 元件布置圖（單位：cm）

現(xiàn)場(chǎng)采用載荷試驗(yàn)測(cè)定地下連續(xù)墻基礎(chǔ)受力形式，及地下連續(xù)墻與土體的相互作用原理，具體加載示意圖見(jiàn)圖2。

表1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試元件布設(shè)

圖2 豎向載荷試驗(yàn)加載示意圖（單位：cm）

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)水平承載力結(jié)果分析

現(xiàn)場(chǎng)堆載試驗(yàn)采用250 t千斤頂作為加壓裝置，根據(jù)JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)［5］中表5.3.3-1，一般新黃土層摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=50 kPa～80 kPa，則取qik=60 kPa，根據(jù)規(guī)范公式，按照樁基受力公式，測(cè)算地下連續(xù)墻模型豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值約200 kPa，極限承載力為400 kPa。載荷試驗(yàn)采用10級(jí)進(jìn)行，第一加載值為荷載分級(jí)的2倍，其后每級(jí)加載值為40 kPa。

3.1 豎向荷載作用下模型基礎(chǔ)P—S曲線

通過(guò)每一級(jí)加載值與模型受荷載發(fā)生沉降值繪制的P—S曲線見(jiàn)圖3。

圖3 地下連續(xù)墻和實(shí)體墻基礎(chǔ)的P—S曲線

根據(jù)相關(guān)規(guī)范分析P—S曲線可以得出:1號(hào)實(shí)體墻模型當(dāng)荷載加到第5級(jí)時(shí)沉降量急劇增大，且該級(jí)的沉降量(9.4 mm)遠(yuǎn)大于上一級(jí)荷載沉降量(1.2 mm)的3倍，取上一級(jí)加載值203 kPa為地基土極限承載力。2號(hào)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)當(dāng)荷載加到第4級(jí)時(shí)，基礎(chǔ)沉降開(kāi)始有明顯的增加，出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，可以得出地基土的極限承載力是170 kPa。3號(hào)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)受豎向荷載作用地基土極限承載力為150 kPa。4號(hào)實(shí)體墻基礎(chǔ)當(dāng)荷載達(dá)到第5級(jí)時(shí)，該級(jí)基礎(chǔ)沉降量是9.1 mm，是上一級(jí)荷載作用下沉降量1.4 mm的6.4倍，取上一級(jí)荷載加載值233 kPa為地基土的極限承載力。與實(shí)體墻基礎(chǔ)相比，地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的承載力有一定的減少，這與地下連續(xù)墻模型的尺寸、埋深，以及核芯土是否在澆筑混凝土?xí)r破壞有一定的關(guān)系。

3.2 豎向荷載與模型底部應(yīng)力的關(guān)系

4個(gè)模型基礎(chǔ)豎向荷載與地基土應(yīng)力關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖4 4個(gè)模型基礎(chǔ)豎向荷載與地基土應(yīng)力

通過(guò)分析地下連續(xù)墻模型與實(shí)心體模型在受到豎向荷載作用時(shí)地基土的應(yīng)力分布可以得出:兩種模型基礎(chǔ)在受到豎向荷載時(shí)，在加載初期側(cè)摩阻力隨著加載值的增大而增大，當(dāng)達(dá)到最大值后不再增大，而端阻力則為隨著豎向荷載增大逐漸增大。對(duì)于地下連續(xù)墻核芯土承擔(dān)豎向荷載機(jī)理分析為:通過(guò)對(duì)3號(hào)模型受力過(guò)程分析可知，在整個(gè)豎向荷載作用過(guò)程中，芯土頂面地基土壓力最大值為10 kPa，在豎向荷載作用過(guò)程中，地下連續(xù)墻墻內(nèi)側(cè)土體與墻體沒(méi)發(fā)生相對(duì)位移，在計(jì)算墻側(cè)土體側(cè)摩阻力時(shí)僅考慮外側(cè)土體面積，其大小為14 m2，當(dāng)作用第7，8，9級(jí)荷載時(shí)墻側(cè)摩阻力分別為 15.2 kPa，17.6 kPa，4.7 kPa。通過(guò)以上分析可知，地下連續(xù)墻基礎(chǔ)側(cè)摩阻力約為17.6 kPa，當(dāng)側(cè)摩阻力達(dá)到最大值后，作用在基礎(chǔ)上的豎向荷載主要由墻端阻力承擔(dān)。芯土在破壞之前所能承擔(dān)的最大荷載占總荷載值的5%。

4 結(jié)語(yǔ)

1)黃土地區(qū)適宜采用閉合地下連續(xù)墻作為橋梁基礎(chǔ)，地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)相對(duì)于實(shí)心體結(jié)構(gòu)側(cè)摩阻力增大，端阻力不會(huì)損失太大，能夠滿足上部荷載使用要求。

2)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)由墻體內(nèi)外側(cè)摩阻力、墻端阻力、芯土反力共同承擔(dān)上部傳來(lái)的豎向荷載和水平向荷載。地下連續(xù)墻基礎(chǔ)受力機(jī)理與摩擦端承樁一致，因芯土的存在受力過(guò)程比摩擦端承樁復(fù)雜。地下連續(xù)墻基礎(chǔ)芯土在承擔(dān)豎向荷載中起到一定的作用，可以占到總荷載的5%。

［1］海野隆哉.連続地中壁を用いた函型剛體基礎(chǔ)［J］.土木學(xué)會(huì)志，1980，65(4)：35-42.

［2］李桂花，周生華，周紀(jì)煜，等.地下連續(xù)墻垂直承載力試驗(yàn)研究［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1993，17(4)：575-581.

［3］陳曉東，龔維明，孟凡超，等.井筒式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)豎向承載特性實(shí)驗(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2007，29(11)：1665-1669.

［4］文 華，程謙恭，陳曉東，等.矩形閉合墻橋梁基礎(chǔ)墻—土—承臺(tái)相互作用研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2007，40(8)：67-73.

［5］JTG/T F81-01-2004，公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程［S］.