閉合型地下連續(xù)墻橋梁基礎分析

李鑫

(河南省新蔡縣農(nóng)村公路管理所,河南駐馬店 463000)

閉合型地下連續(xù)墻橋梁基礎分析

李鑫

(河南省新蔡縣農(nóng)村公路管理所,河南駐馬店 463000)

閉合型地下連續(xù)墻作為一種新型的橋梁基礎,剛度大、承載能力強,具有較好的經(jīng)濟效益。在對閉合型地下連續(xù)墻概念和特征介紹的基礎上,分析了構造設計中墻體厚度、槽段接頭、槽段平面布置以及頂板的特性,提出了土體物理性質和幾何尺寸對閉合型橋梁基礎的受力性能影響。

閉合型 地下連續(xù)墻 橋梁基礎 土拱效應

閉合地下連續(xù)墻作為橋梁基礎，分為墻身和土芯兩個部分，荷載的傳遞機理比較復雜，荷載傳遞過程中，墻內(nèi)的土芯底部和墻端土體沉降位移差使附近土體發(fā)生抗剪能力，致使土體中主應力方向往墻身靠攏，形成一個應力拱效應，而直接影響基礎的承載能力，因此，如何確定合理的閉合墻結構尺寸才能使土拱效應有效發(fā)揮，研究閉合墻基礎對土拱效應的影響，具有了重要的意義。

地下連續(xù)墻初期作為承受水平荷載的擋土墻使用。隨著工程技術的發(fā)展，逐步應用到基礎結構中，目前，中交公路規(guī)劃設計有限責任公司等單位對閉合墻基礎做了靜載試驗，分析了在豎向承載力作用下端阻力和外側摩阻力的特征；宋章采用有限差分的方式研究了閉合型地下連續(xù)墻的豎向承載性狀，在墻頂荷載作用下，墻端附近出現(xiàn)拱腳，得到了最不利受力截面為拱腳。雖然對于土拱效應，在復合地基、筒樁、抗滑樁中應用較多，而在閉合型地下連續(xù)墻上的應用研究還較少。

1 閉合型地下連續(xù)墻橋梁基礎概述

1.1 地下連續(xù)墻的定義和特征

地下連續(xù)墻是用來支撐建筑物荷載，防水或支護擋土的連續(xù)墻體，施工時采用挖槽機在地下挖出溝槽，用泥漿護壁，在其中澆筑適當?shù)牟牧闲纬傻叵聣w。閉合型地下連續(xù)墻橋梁基礎是將相鄰的墻體使用剛性接頭連接起來，形成矩形框架，在頂部設置頂板做成基礎形式。

連續(xù)墻基礎有很多種類型總的可以分為單層墻體式和重疊墻體兩種，按照不容的構造形式有具體分為分離體形式、復合體形式。根據(jù)地下連續(xù)墻基礎單元之間的組合連接及使用功能上可以分為條壁式地下連續(xù)墻基礎、井筒式地下連續(xù)墻基礎、部分地下連續(xù)墻基礎。

1.2 閉合墻基礎的優(yōu)缺點

和其他基礎相比，其承載能力高，具有較好的剛度和整體性，能夠承受水上壓力等上部荷載，并且防滲性好，使用多種地基條件。基礎的建設規(guī)模由淺到深都能適用，平面布置不需要太大場地，施工時振動小、噪音低，沒有太大的風險，施工過程中不會影響周邊建筑和地基的正常使用，質量可靠，經(jīng)濟效益顯著。

其缺點主要表現(xiàn)在在淤泥質土中不再適用，施工時需要的機械設備多，要求較高的施工工藝，投資量大。但隨著工程技術的進步，這些缺點都在逐漸克服，所以地下連續(xù)墻基礎不僅可以作為各種基坑的支護結構，還可作為主體結構的組成部分，具有較好的性能。

1.3 閉合墻在橋梁工程中的應用

作為橋梁錨碇基礎在工程中的應用，例如虎門大橋施工時由于基巖不平，沉井施工困難，所以采用地下連續(xù)墻的方法進行錨碇施工。武漢陽邏長江大橋根據(jù)地質條件和防洪要求等采用重力式深埋圓形擴大基礎。潤揚長江大橋采用矩形地下連續(xù)墻基礎做支護結構，進行明挖后再澆筑混凝土連續(xù)墻。

作為橋梁基礎在工程中應用，最早應用于日本，此后廣泛應用于長跨、軟土、水流湍急和施工條件復雜的橋梁基礎中。目前在我國針對地下連續(xù)墻基礎在工程造價、豎向承載力和水平剛度等方面的做出一定成果。

2 閉合型地下連續(xù)墻基礎構造設計

閉合型地下連續(xù)墻基礎的構造內(nèi)容包括槽段接頭、墻體厚度、槽段平面布置以及頂板幾個部分，設計時要考慮方案的技術性、經(jīng)濟性、支護結構的強度、穩(wěn)定、變形、內(nèi)外土體穩(wěn)定、抗?jié)B流性、基坑降水、開挖方法、基坑施工監(jiān)測等。

2.1 閉合墻體厚度

墻體的厚度受挖槽機械的影響，我國最大厚度僅為1.5m，閉合型墻體厚度分為成槽厚度、設計厚度和有效厚度。挖槽機械開挖的厚度即為成槽厚度，要比設計厚度大，有效厚度是設計厚度除去泥膜厚度后的尺寸，泥膜一般目測2cm，穩(wěn)定性計算時使用的是設計厚度，而確定鋼筋混凝土的截面時應采用有效厚度進行計算，目前混凝土質量不斷提高，可以將以設計厚度代替有效厚度，加大主筋的保護層。

2.2 槽段接頭

槽段接頭是閉合型地下連續(xù)墻施工技術的關鍵，常用的材料有鋼板、鋼筋、鑄鋼、鋼管、預制混凝土、人造纖維、橡膠等。更具受力形式分為防滲接頭、鉸結抗剪接頭、剛性抗剪抗彎接頭。根據(jù)構造形式和施工方法分為接頭管、鉆鑿式、接頭箱、隔板式、軟接頭以及預制混凝土構件等。不論采用何種形式都要保證連接墻體內(nèi)外的豎向主筋和水平筋，施工縫處連接強度達到要求，保證承受足夠的水平和橫向剪力。

2.3 槽段平面布置

槽段的平面布置可以做成一室斷面、兩室斷面或多室斷面的形式，受到墻厚、接頭布置、基礎規(guī)模一級成槽單元長度的影響，閉合墻的最小寬度要保持在5m，過小的話會影響內(nèi)部土體的穩(wěn)定性，最大寬度在10m左右，過大的跨徑在配筋上有一定的困難。

2.4 頂板

頂板相當于樁基礎的承臺起到的作用，為了加強基礎的整體性，要求閉合墻和頂板形成一個整體，其并有較大的剛度，將上部荷載有效的傳遞到地下連續(xù)墻基礎，可以將地下連續(xù)墻的豎筋嵌入到頂板內(nèi)，嵌入長度要超過鋼筋的錨固長度。頂板計算時不考慮內(nèi)部土承受的荷載，按照支撐的梁式混凝土板設計，當頂板厚度超過計算跨徑一半時，按照深梁進行計算。

3 閉合型基礎承載性狀及土拱效應的影響因素分析

3.1 土體物理性質影響

土拱在墻端附近形成，受到墻端土性質的直接影響，墻周土體影響其外側摩阻力和端摩擦力，土芯土體影響內(nèi)摩阻力。

彈性模量的影響，彈性模量增大會增加土芯端部以下土體中土拱效應的作用效果，墻身和土體的壓縮量就會減少，從而有效減少兩部分土體的沉降差異，但當彈性模量大于一定值后，其對土拱效應的影響就不再明顯。

內(nèi)聚力的影響，土芯底端中部和墻身端部沉降會隨著內(nèi)聚力的增大而減小，當內(nèi)聚力大于一定范圍后，沉降效果就不再明顯，土拱接近穩(wěn)定。內(nèi)聚力的增大可以增加土體和墻身的摩擦系數(shù)。

內(nèi)摩擦角的影響，摩擦角的增大有利于土拱效應的發(fā)揮，土芯底端中部土體和墻身端部土體的沉降差會隨著摩擦角的增大而減小。

密度影響，密度對土芯和墻身土體的影響較小，不存在明顯的正反比例關系，不同密度的土體其豎向位移分布大致相同。

3.2 幾何尺寸的影響

根據(jù)閉合墻體基礎的常用矩形、正方形以及圓形，采用數(shù)值模擬的方式可以得到不同截面形狀對墻體的承載力和傳遞性影響，圓形和其他兩種相比較，墻身摩阻力稍大，更利于側摩阻力的發(fā)揮，但圓形截面的施工要求相對復雜。

地下連續(xù)墻單室施工時如果寬度過小，施工會相對困難，墻室尺寸的增大，閉合墻基礎和土體的基礎面積擴大，會提高其極限承載力，并且由于接觸面積的增大也影響了側摩阻力，增加了閉合墻的極限荷載。墻室尺寸的擴大，土芯對下部土體的影響也會增大，造成土拱效果減小，所以只有確定合理的拱跨比，才能更好地發(fā)揮土拱作用的效果。

閉合墻基礎的尺寸越大，其和土體的基礎面積就越大，增加了內(nèi)摩阻力。而對土拱效應的影響上，過大或過小的墻體尺寸都不利于土拱效應的發(fā)揮，只有確定合理的尺寸保證才能保障土拱效應更好地發(fā)揮。

墻體深度的影響，墻體深度越大，應力分布越均勻，壓縮量也相對減小，而墻體深度對土拱效應的影響較小。而深度越大，受到的荷載也就越大，荷載增大會增加壓縮量，深度過大或過小將影響極限承載力的發(fā)揮。

總之，在設計施工閉合型地下連續(xù)墻橋梁基礎時，在合理研究確定閉合墻結構尺寸、形狀的同時，還應確定合理的深度，以使閉合型地下連續(xù)墻更好地發(fā)揮土拱效應作用，從而較好的提高基礎承載力。

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