桥梁刚性地下连续墙基础竖向承载特性试验研究

2014-06-07韩合轩

山西建筑 2014年17期

韩合轩

(河南省公路工程局集团有限公司，河南郑州 450052)

0 引言

桥梁基础采用矩形闭合地下连续墙最早是在1979年日本东北新干线高架桥工程中，首次采用闭合刚性地连墙基础取代沉井基础［1］，开创了桥梁基础应用闭合地下连续墙技术的先河。我国于1992年同济大学首次进行了闭合地下连续墙竖向静载荷试验［2］，试验结论:地下连续墙竖向承载力形式与钻孔灌注桩受力近似，可参照其公式计算。陈晓东等采用自平衡法对矩形闭合墙基础进行了现场静载试验［3］，通过对试验数据分析，地下连续墙基础的竖向承载力、外侧摩阻力及端阻力的发挥作用的规律性。文华、程谦恭等［4］通过闭合地下连续墙基础的竖向载荷模型试验，对闭合地下连续墙基础的竖向承载特性进行了分析和研究。本文通过现场竖向承载试验，研究针对墙身埋深比较浅的闭合地下连续墙竖向承载特性，竖向荷载作用下墙侧周围侧摩阻力及端阻力的发挥情况。

1 研究背景

根据项目研究的主要问题，选择实心体基础和地下连续墙基础进行现场模型对比试验研究，试验场地选在黄土地区某高速公路一跨线桥梁，该桥上部结构为(13+16+16+13)m四跨简支连续梁桥，桥面净宽4.5 m，桥梁基础采用矩形闭合地下连续墙。

现场模型试验所选场地与现场实际桥梁相差100 m，该场地地貌单元为黄土塬。通过现场地质勘察资料，确定依托工程处于黄土高原第四纪黄土与古土壤交替沉积的典型地层。

2 现场测试元件布设及加载原理

本现场模型试验采用2个实心体基础和2个地下连续墙模型，实心体模型与地下连续墙模型尺寸一样，元件布设见图1及表1。

图1 元件布置图（单位：cm）

现场采用载荷试验测定地下连续墙基础受力形式，及地下连续墙与土体的相互作用原理，具体加载示意图见图2。

表1 现场测试元件布设

图2 竖向载荷试验加载示意图（单位：cm）

3 现场实测水平承载力结果分析

现场堆载试验采用250 t千斤顶作为加压装置，根据JTJ 041-2000公路桥涵施工技术［5］中表5.3.3-1，一般新黄土层摩阻力标准值qik=50 kPa～80 kPa，则取qik=60 kPa，根据规范公式，按照桩基受力公式，测算地下连续墙模型竖向承载力标准值约200 kPa，极限承载力为400 kPa。载荷试验采用10级进行，第一加载值为荷载分级的2倍，其后每级加载值为40 kPa。

3.1 竖向荷载作用下模型基础P—S曲线

通过每一级加载值与模型受荷载发生沉降值绘制的P—S曲线见图3。

图3 地下连续墙和实体墙基础的P—S曲线

根据相关规范分析P—S曲线可以得出:1号实体墙模型当荷载加到第5级时沉降量急剧增大，且该级的沉降量(9.4 mm)远大于上一级荷载沉降量(1.2 mm)的3倍，取上一级加载值203 kPa为地基土极限承载力。2号地下连续墙基础当荷载加到第4级时，基础沉降开始有明显的增加，出现明显的拐点，可以得出地基土的极限承载力是170 kPa。3号地下连续墙基础受竖向荷载作用地基土极限承载力为150 kPa。4号实体墙基础当荷载达到第5级时，该级基础沉降量是9.1 mm，是上一级荷载作用下沉降量1.4 mm的6.4倍，取上一级荷载加载值233 kPa为地基土的极限承载力。与实体墙基础相比，地下连续墙基础的承载力有一定的减少，这与地下连续墙模型的尺寸、埋深，以及核芯土是否在浇筑混凝土时破坏有一定的关系。

3.2 竖向荷载与模型底部应力的关系

4个模型基础竖向荷载与地基土应力关系见图4。

图4 4个模型基础竖向荷载与地基土应力

通过分析地下连续墙模型与实心体模型在受到竖向荷载作用时地基土的应力分布可以得出:两种模型基础在受到竖向荷载时，在加载初期侧摩阻力随着加载值的增大而增大，当达到最大值后不再增大，而端阻力则为随着竖向荷载增大逐渐增大。对于地下连续墙核芯土承担竖向荷载机理分析为:通过对3号模型受力过程分析可知，在整个竖向荷载作用过程中，芯土顶面地基土压力最大值为10 kPa，在竖向荷载作用过程中，地下连续墙墙内侧土体与墙体没发生相对位移，在计算墙侧土体侧摩阻力时仅考虑外侧土体面积，其大小为14 m2，当作用第7，8，9级荷载时墙侧摩阻力分别为 15.2 kPa，17.6 kPa，4.7 kPa。通过以上分析可知，地下连续墙基础侧摩阻力约为17.6 kPa，当侧摩阻力达到最大值后，作用在基础上的竖向荷载主要由墙端阻力承担。芯土在破坏之前所能承担的最大荷载占总荷载值的5%。