軟土地基中格柵式地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)豎向承載性狀研究.pdf

1、在軟土地基上修建高速鐵路，其橋梁墩臺須采取必要的加固措施，以滿足線路對沉降的嚴(yán)格要求，而新型橋梁基礎(chǔ)——格柵式地下連續(xù)墻（以下簡稱為:格柵式地連墻）為解決這一問題提供了新的技術(shù)方案。然而，與傳統(tǒng)的橋梁樁基相比，目前格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的研究尚處于起步階段，其在國內(nèi)的應(yīng)用更是鮮有報道。為分析格柵式地連墻橋梁基礎(chǔ)的豎向承載性狀，本文首先對采用相近材料用量的群樁、單室及兩室格柵式地連墻開展了對比模型試驗(yàn)，并在研究接觸面反演方法的基礎(chǔ)上對試驗(yàn)的

2、原型進(jìn)行數(shù)值模擬驗(yàn)證;然后，開展了較大沉降量下單室、兩室及四室墻的豎向載荷模型試驗(yàn)，研究了格室尺寸與數(shù)目對基礎(chǔ)承載性能的影響;其次，利用數(shù)值模擬方法，分別對日本青森大橋主塔P9基礎(chǔ)（六室墻）、格柵式地連墻的“格室效應(yīng)”與“土拱效應(yīng)”開展了較為詳盡的研究;最后，提出了一種基于荷載傳遞法的格柵式地連墻基礎(chǔ)沉降的計算方法，并利用MATLAB數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行編程計算。通過以上工作，本文得出的主要成果有:
　　1.對采用相近材料用量的3種基礎(chǔ)形

3、式（群樁與單室、兩室格柵式地連墻）進(jìn)行了對比模型試驗(yàn)，以考察格柵式地下連續(xù)墻在高速鐵路軟土地基橋梁基礎(chǔ)中的適用性。結(jié)果表明，相近基礎(chǔ)方量情況下，單室與兩室墻基礎(chǔ)的沉降控制特性及承載力大小相近，但均優(yōu)于群樁基礎(chǔ);相比群樁基礎(chǔ)，單室與兩室墻基礎(chǔ)的極限承載力可分別提高至116.7％與120.4％;在軟土地基中，當(dāng)不能有效利用土體共同承擔(dān)上部荷載時，采用地下連續(xù)墻基礎(chǔ)替代群樁基礎(chǔ)將會起到提高基礎(chǔ)承載力，減少沉降，降低混凝土用量的作用。
　

4、　2.以中砂中受壓、受拉單樁為基本算例，分別研究了樁側(cè)與樁端處接觸面參數(shù)的敏感性，提出了一種用于成層場地中結(jié)構(gòu)物-土相互作用接觸面的參數(shù)反演分析方法，并以具體的工程實(shí)例加以驗(yàn)證，取得了較為理想的結(jié)果。同時，利用該方法，進(jìn)行了模型試驗(yàn)所依據(jù)工程原型的數(shù)值模擬工作，將數(shù)值計算中基礎(chǔ)的承載機(jī)理與沉降特性與模型試驗(yàn)進(jìn)行了對比驗(yàn)證。研究表明，數(shù)值計算的結(jié)果進(jìn)一步佐證了模型試驗(yàn)的結(jié)論，亦即三種基礎(chǔ)形式的Q-s曲線均為緩變型，相同荷載下，群樁的沉降量

5、仍然大于單室和兩室墻基礎(chǔ)，單室墻與兩室墻基礎(chǔ)的沉降量幾乎一致。
　　3.進(jìn)行了軟土地區(qū)較大沉降量下格柵式地連墻豎向承載機(jī)理模型試驗(yàn)研究，對比考察了單室、兩室及四室墻基礎(chǔ)的豎向承載機(jī)理。結(jié)果表明，相比格室尺寸而言，格室數(shù)目對格柵式地下連續(xù)墻的豎向承載性能影響更為顯著，在基礎(chǔ)埋深與墻厚一定時，采用格室數(shù)較少的基礎(chǔ)形式，相比于提高格室尺寸而言，將對削弱基礎(chǔ)的“群墻效應(yīng)”起到更好的作用。
　　4.采用有限差分軟件FLAC3D，對日本

6、青森大橋主塔P9基礎(chǔ)（六室墻）進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外側(cè)摩阻力受其自身幾何形狀的影響，呈現(xiàn)明顯的空間差異分布規(guī)律;同時，還基于FLAC3D軟件對基礎(chǔ)格室數(shù)目所產(chǎn)生的“格室效應(yīng)”進(jìn)行了分析，結(jié)果表明格室數(shù)目的增加導(dǎo)致內(nèi)部隔墻的增加，從而使得內(nèi)摩阻力分擔(dān)荷載的比例大幅度提高，在滿足基礎(chǔ)承載力要求的前提下，應(yīng)盡量采用格室尺寸較小的且格室數(shù)目較少的格柵式地連墻基礎(chǔ)形式。
　　5.基于離散元顆粒流理論，采用PFC2D軟件對格柵式地連墻

7、土芯土拱的發(fā)展變化過程、土拱的拱形進(jìn)行了研究，并對影響基礎(chǔ)“土拱效應(yīng)”的相關(guān)因素進(jìn)行了分析。研究表明，格柵式地連墻土芯土拱的拱形基本呈半球型，其尺寸確定利用Hewlett和Randolph的方法是可行的;格室尺寸和墻身入土深度對基礎(chǔ)的“土拱效應(yīng)”均有較大的影響，過大和過小的格室尺寸或墻身入土深度對基礎(chǔ)“土拱效應(yīng)”的發(fā)揮均是不利的;基礎(chǔ)的“土拱效應(yīng)”隨著顆粒的剛度、接觸連接強(qiáng)度的增大而增強(qiáng)，且顆粒的剛度對土拱效應(yīng)的影響更強(qiáng)。
　　6

8、.借鑒樁基沉降計算中常用的荷載傳遞法，在簡化格柵式地連墻力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，提出了一種計算格柵式地連墻沉降的分析方法。其中，在計算內(nèi)摩阻力分布時，提出了等效剪切剛度及等效剪切剛度比的概念，并在總結(jié)模型試驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上，擬合出了內(nèi)摩阻力的計算公式，通過數(shù)值分析得到了很好的驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，利用MATLAB r2010b程序?qū)λ岢龅牡嬎惴椒ㄟM(jìn)行編程運(yùn)算。最后以日本青森大橋六室墻基礎(chǔ)為基本算例，對所提出的格柵式地連墻基礎(chǔ)的沉降計算方法進(jìn)行