橋梁剛性地下連續墻基礎豎向承載特性試驗研究

韓合軒

(河南省公路工程局集團有限公司，河南鄭州 450052)

0 引言

橋梁基礎采用矩形閉合地下連續墻最早是在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取代沉井基礎［1］，開創了橋梁基礎應用閉合地下連續墻技術的先河。我國于1992年同濟大學首次進行了閉合地下連續墻豎向靜載荷試驗［2］，試驗結論:地下連續墻豎向承載力形式與鉆孔灌注樁受力近似，可參照其公式計算。陳曉東等采用自平衡法對矩形閉合墻基礎進行了現場靜載試驗［3］，通過對試驗數據分析，地下連續墻基礎的豎向承載力、外側摩阻力及端阻力的發揮作用的規律性。文華、程謙恭等［4］通過閉合地下連續墻基礎的豎向載荷模型試驗，對閉合地下連續墻基礎的豎向承載特性進行了分析和研究。本文通過現場豎向承載試驗，研究針對墻身埋深比較淺的閉合地下連續墻豎向承載特性，豎向荷載作用下墻側周圍側摩阻力及端阻力的發揮情況。

1 研究背景

根據項目研究的主要問題，選擇實心體基礎和地下連續墻基礎進行現場模型對比試驗研究，試驗場地選在黃土地區某高速公路一跨線橋梁，該橋上部結構為(13+16+16+13)m四跨簡支連續梁橋，橋面凈寬4.5 m，橋梁基礎采用矩形閉合地下連續墻。

現場模型試驗所選場地與現場實際橋梁相差100 m，該場地地貌單元為黃土塬。通過現場地質勘察資料，確定依托工程處于黃土高原第四紀黃土與古土壤交替沉積的典型地層。

2 現場測試元件布設及加載原理

本現場模型試驗采用2個實心體基礎和2個地下連續墻模型，實心體模型與地下連續墻模型尺寸一樣，元件布設見圖1及表1。

圖1 元件布置圖（單位：cm）

現場采用載荷試驗測定地下連續墻基礎受力形式，及地下連續墻與土體的相互作用原理，具體加載示意圖見圖2。

表1 現場測試元件布設

圖2 豎向載荷試驗加載示意圖（單位：cm）

3 現場實測水平承載力結果分析

現場堆載試驗采用250 t千斤頂作為加壓裝置，根據JTJ 041-2000公路橋涵施工技術［5］中表5.3.3-1，一般新黃土層摩阻力標準值qik=50 kPa～80 kPa，則取qik=60 kPa，根據規范公式，按照樁基受力公式，測算地下連續墻模型豎向承載力標準值約200 kPa，極限承載力為400 kPa。載荷試驗采用10級進行，第一加載值為荷載分級的2倍，其后每級加載值為40 kPa。

3.1 豎向荷載作用下模型基礎P—S曲線

通過每一級加載值與模型受荷載發生沉降值繪制的P—S曲線見圖3。

圖3 地下連續墻和實體墻基礎的P—S曲線

根據相關規范分析P—S曲線可以得出:1號實體墻模型當荷載加到第5級時沉降量急劇增大，且該級的沉降量(9.4 mm)遠大于上一級荷載沉降量(1.2 mm)的3倍，取上一級加載值203 kPa為地基土極限承載力。2號地下連續墻基礎當荷載加到第4級時，基礎沉降開始有明顯的增加，出現明顯的拐點，可以得出地基土的極限承載力是170 kPa。3號地下連續墻基礎受豎向荷載作用地基土極限承載力為150 kPa。4號實體墻基礎當荷載達到第5級時，該級基礎沉降量是9.1 mm，是上一級荷載作用下沉降量1.4 mm的6.4倍，取上一級荷載加載值233 kPa為地基土的極限承載力。與實體墻基礎相比，地下連續墻基礎的承載力有一定的減少，這與地下連續墻模型的尺寸、埋深，以及核芯土是否在澆筑混凝土時破壞有一定的關系。

3.2 豎向荷載與模型底部應力的關系

4個模型基礎豎向荷載與地基土應力關系見圖4。

圖4 4個模型基礎豎向荷載與地基土應力

通過分析地下連續墻模型與實心體模型在受到豎向荷載作用時地基土的應力分布可以得出:兩種模型基礎在受到豎向荷載時，在加載初期側摩阻力隨著加載值的增大而增大，當達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。對于地下連續墻核芯土承擔豎向荷載機理分析為:通過對3號模型受力過程分析可知，在整個豎向荷載作用過程中，芯土頂面地基土壓力最大值為10 kPa，在豎向荷載作用過程中，地下連續墻墻內側土體與墻體沒發生相對位移，在計算墻側土體側摩阻力時僅考慮外側土體面積，其大小為14 m2，當作用第7，8，9級荷載時墻側摩阻力分別為 15.2 kPa，17.6 kPa，4.7 kPa。通過以上分析可知，地下連續墻基礎側摩阻力約為17.6 kPa，當側摩阻力達到最大值后，作用在基礎上的豎向荷載主要由墻端阻力承擔。芯土在破壞之前所能承擔的最大荷載占總荷載值的5%。

4 結語

1)黃土地區適宜采用閉合地下連續墻作為橋梁基礎，地下連續墻結構相對于實心體結構側摩阻力增大，端阻力不會損失太大，能夠滿足上部荷載使用要求。

2)地下連續墻基礎由墻體內外側摩阻力、墻端阻力、芯土反力共同承擔上部傳來的豎向荷載和水平向荷載。地下連續墻基礎受力機理與摩擦端承樁一致，因芯土的存在受力過程比摩擦端承樁復雜。地下連續墻基礎芯土在承擔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［J］.土木學會志，1980，65(4)：35-42.

［2］李桂花，周生華，周紀煜，等.地下連續墻垂直承載力試驗研究［J］.同濟大學學報，1993，17(4)：575-581.

［3］陳曉東，龔維明，孟凡超，等.井筒式地下連續墻基礎豎向承載特性實驗研究［J］.巖土工程學報，2007，29(11)：1665-1669.

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

［5］JTG/T F81-01-2004，公路工程基樁動測技術規程［S］.