矩形闭合地下连续墙桥梁基础竖向承载特性试验研究

针对矩形闭合地下连续墙--一种新型的桥梁基础,进行了闭合墙基础的竖向载荷模型试验,对其荷载传递机理和墙体内、外侧摩阻力以及承台土反力的分布规律与发挥发展过程等作了系统的研究。研究表明:闭合墙基础的竖向承载力由外侧摩阻力、内侧摩阻力、端阻力以及承台土反力四部分组成。外侧摩阻力自上而下发挥,内摩阻力缓于外摩阻力自下而上逐渐发挥,由于承台的"削弱效应",上部墙段的内摩阻力接近于0。承台土反力分布的总体特征是承台角点处最大,边缘处次之,中心区最小。随着荷载的增加,闭合墙侧摩阻力增加趋势变缓,荷载分担比逐步减小,而墙端阻力和承台土反力的增加幅度逐渐变大,墙顶增加的荷载大部分都由墙端阻力和承台土反力分担。     

矩形闭合墙桥梁基础研究现状及发展趋势

对矩形闭合型地下连续墙桥梁基础的国内外研究现状及发展趋势进行了详细的述评,指出:矩形闭合型地下连续墙基础是一种新型的桥梁基础,在日本的桥梁工程中得到了大量应用并取得了良好的社会经济效益,但是闭合墙基础的承载机理和基础-地基共同作用规律尚未清楚;在我国.还没有形成较为成熟的设计计算方法;由于墙内土芯的存在,矩形闭合墙基础的荷载传递机理和承载性状相对比较复杂.研究内侧土芯对承载力的贡献,恰恰是闭合墙基础承载机理的核心问题.对闭合墙基础荷载传递机理和承载性状的研究,应主要关注内侧摩阻力的产生机理、分布规律和计算方法,墙-土-承台相互作用,承台的荷载承担状况等关键问题.     

矩形闭合地下连续墙基础负摩阻力模型试验研究

矩形闭合地下连续墙基础(简称闭合墙基础)是一种新型的桥梁基础。通过单片墙与矩形闭合墙的对比性浸水模型试验,对闭合墙基础负摩阻力的作用机理以及浸水后闭合墙基础的竖向承载性状进行了研究。试验研究结果表明:单片墙与闭合墙基础的中性点深度比在0.34～0.64之间,与现场试验实测结果十分接近,且闭合墙基础的中性点位置比单片墙的低。负摩阻力分布曲线大致呈抛物线型,与桩基现场浸水试验结果相似。由于闭合墙基础良好的整体性和防渗特性,当墙周土层浸水发生湿陷变形,土芯不会受到水的影响,因此在负摩阻力作用下,内摩阻力与承台土反力能够得以发挥。闭合墙基础所有竖向荷载均由外侧正摩阻力、内摩阻力以及端阻力和承台土反力四者共同分担,能够有效地阻止墙身附加沉降的继续发展。在相同的湿陷性黄土地层且浸水条件相同的情况下,闭合墙浸水后的附加沉降小于单片墙,表现出良好的抗沉降特性,在一定程度上能减小负摩阻力对桥梁工程的危害。     

黄土地区井筒式地下连续墙基础的长期监测与分析

以山西某在建拱桥为依托,对其采用的井筒式地下连续墙基础进行长期监测,研究了在不同工作状态下,井筒式地下连续墙各片墙所承受的轴力与侧摩阻力的分布规律,特别在正常工作荷载下,闭合墙基础的承载性状类似于端承摩擦墙。并结合土压力盒所测墙周土体作用于工程墙的土反力值,分析了承台与土芯之间的作用并不显著,且在运营阶段,墙内土芯对闭合墙的水平承载力贡献小,而外侧的上部表层土和浅层土对工程墙基础的水平承载力影响很大。     

人工制备湿陷性黄土地基地下连续墙浸水试验研究

为研究湿陷性黄土地基地下连续墙基础竖向极限承载特性及浸水后负摩阻力分布特征,选用石英粉、砂、膨润土、石膏和工业盐制备了人工湿陷性黄土,对人工制备湿陷性黄土的物理力学特性进行分析;采用人工制备湿陷性黄土填筑模型试验,进行地下连续墙基础承载特性试验研究。研究结果表明:人工制备湿陷性黄土的物理力学参数与天然黄土基本一致,可用于湿陷性黄土与构筑物相互作用模型试验相似材料。地下连续墙竖向承载力达到其极限时,外墙和内墙总侧摩阻力荷载分担比为67%,确定地下连续墙为端承摩擦型基础。地基浸水湿陷后,中性点深度比为0.64~0.73,试验结果与桩基浸水试验测试结果较为一致。由于地下连续墙基础具有良好的整体性和防渗性,芯土不受水的影响,内墙侧摩阻力与承台土反力能够得以发挥,有效减小地下连续墙基础的沉降。     

单室与四室井筒式地下连续墙竖向承载特性研究

以井筒式地下连续墙为研究对象,采用数值模拟的研究方法,应用弹性本构模型,考虑墙土界面的参数影响,对单室和四室井筒式地下连续墙基础的沉降特性、内外侧摩阻力、端阻力、土芯顶部反力及其荷载分担比进行分析和研究。研究表明：外摩阻力主要由墙身深度范围内的外侧下部土体提供,内摩阻力主要由土芯下部土体提供;外摩阻力自上而下发挥作用,而内摩阻力自下而上发挥作用。随着荷载的增加,单室井筒式地下连续墙的外侧摩阻力的荷载分担比逐渐减小,而端承反力、内侧摩阻力和土芯顶反力的荷载分担比都在增加,而四室井筒式地下连续墙的外侧摩阻力、墙端反力、土芯顶反力都在减小,仅有内摩阻力的荷载分担比在增加。     

软土地基格栅式地下连续墙与群桩桥梁基础竖向承载性状对比模型试验研究

在软基上修建高速铁路,其桥梁墩台须采取必要的加固措施,以满足轨道线路对沉降的严格要求,而新型桥梁基础——格栅式地下连续墙（以下简称：格栅式地连墙）为解决这一问题提供了新的技术方案。为分析软土地基高铁格栅式地连墙桥梁基础的承载性状,对采用相近材料用量的3种基础形式（群桩与单室、两室格栅式地连墙）进行了两组对比模型试验,结果表明：相同荷载下,单室与两室格栅式地连墙的沉降量相近,群桩基础的沉降量较大,单室与两室的极限承载力分别为群桩的116.7%与120.4%;群桩侧摩阻力呈“L”形分布,格栅式地连墙外摩阻力呈不对称“M”形分布,其土芯侧摩阻力的发挥主要集中在墙体端部以上约占墙体深度1/4的部位;3种基础形式的承台土反力及侧摩阻力的荷载分担百分比均较小,基础承载特性均表现为摩擦端承墙（桩）;相同荷载下,群桩的单位端阻力大于格栅式地连墙基础,而相同单位端阻力下,群桩的沉降量亦大于格栅式地连墙基础;在软土地基,当不能利用土体共同承担上部荷载时,采用地下连续墙基础替代群桩将会起到提高基础承载力,减少沉降量等的作用。     

格栅式地下连续墙竖向载荷模型试验研究

格栅式地下连续墙(以下简称:格栅式地连墙)作为一种新型的桥梁基础,为高铁软土地基处理提供了新的技术方案,然而目前其竖向承载机制的研究尚处于起步阶段。通过室内相似比为1∶30竖向载荷试验,对软土地基中的单室、两室与四室墙基础进行研究,试验结论表明:3种基础的Q-s曲线均为缓变型,且随着格室数目的增加,格栅式地连墙的极限承载力得到了提升,但并非呈线性增长;外摩阻力的发展与变化主要与墙–土相对位移及土性参数有关;基础内摩阻力基本呈上小下大的"L"形分布,且基本发挥于墙端以上约占墙体深度1/4的界限内,内摩阻力的发挥与内部格室尺寸有关,格室尺寸越大,越能调动基础内部摩阻力的发挥;基础的承台土反力发挥程度十分有限,总体呈"马鞍形"分布,并可忽略其对基础承载力所产生的贡献;加载过程中,基础均存在由"端承–摩擦墙"转变为"摩擦–端承墙"的趋势;在基础埋深与墙厚一定时,采用格室数目较少的基础形式,相比扩大格室尺寸大小,将对削弱基础的"群墙效应"起到更好的作用,从而使基础取得较好的承载效能。     

倾斜可液化场地中矩形闭合型地下连续墙桥梁基础动力特性研究

矩形闭合型地下连续墙作为一种新型桥梁基础,在倾斜可液化场地中的动力响应特性还不清楚。基于离心机振动台试验结果,研究在倾斜可液化场地中的不同地震动工况下,矩形闭合型地下连续墙桥梁基础抵抗土体液化的性能及其位移(沉降、转角和水平位移)特征。通过对比在三种地震动(小震峰值为0.05g、中震峰值为0.13g、大震峰值为0.50g)作用下,远场土体与墙内土芯的动力响应特征,证实了矩形闭合型地下连续墙基础的抗液化性能。综合分析在3种地震动工况下,矩形闭合型地下连续墙基础的位移特征,讨论了其在倾斜可液化场地中作为桥梁基础的优劣性;分析发现在中震工况下,在可液化场地中矩形闭合型地下连续墙基础作为桥梁基础的性能最为显著。此外,通过对比有、无承台的两组矩形闭合型地下连续墙基础的位移特征,分析了矩形闭合型地下连续墙基础顶部承台的作用。     

地下连续墙竖向承载力弹性分析

本节将地下连续墙按槽段沿深度方向划分为若干单元,利用弹性半空间的明特林(Mindlin)积分方程及地下连续墙-土体的位移协调条件,推导地下连续墙-土位移差分方程。解差分方程。可得出墙顶位移,墙身位移,及沿深度方向的摩阻力分布和轴力分布。     

Diaphragm wall-soil-cap interaction in rectangular-closed- diaphragm-wall bridge foundations

Rectangular-closed-diaphragm-wall foundation is a new type of bridge foundation. Diaphragm wall-soil-cap interaction was studied using a model test. It was observed that the distribution of soil resistance under the cap is not homogeneous. The soil resistance in the corner under the cap is larger than that in the border; and that in the center is the smallest. The distribution of soil resistance under the cap will be more uniform, if the sectional area of soil core is enlarged within a certain range. Due to the existence of cap, there is a “weakening effect” in inner shaft resistance of the upper wall segments, and there is “enhancement effect” in the lower wall segments and in toe resistance. The load shearing percentage of soil resistance under the cap is 10%-20%. It is unreasonable to ignore the effects of the cap and the soil resistance under the cap in bearing capacity calculations.     

Diaphragm wall-soil-cap interaction in rectangular-closeddiaphragm-wall bridge foundations

Rectangular-closed-diaphragm-wall foundation is a new type of bridge foundation. Diaphragm wallsoil-cap interaction was studied using a model test. It was observed that the distribution of soil resistance under the cap is not homogeneous. The soil resistance in the corner under the cap is larger than that in the border; and that in the center is the smallest. The distribution of soil resistance under the cap will be more uniform, if the sectional area of soil core is enlarged within a certain range. Due to the existence of cap, there is a “weakening effect” in inner shaft resistance of the upper wall segments, and there is “enhancement effect” in the lower wall segments and in toe resistance. The load shearing percentage of soil resistance under the cap is 10%–20%. It is unreasonable to ignore the effects of the cap and the soil resistance under the cap in bearing capacity calculations. __________ Translated from China Civil Engineering Journal, 2007, 40(8): 67–73 [译自: 土木工程学报]     

承台底土阻力群桩效应系数有限元分析

利用三维弹塑性有限元方法，对复合桩基承台底土阻力群桩效应系数进行了分析；根据分析，编制了相应的有限元程序：应用该程序研究了承台宽与桩长之比、桩距、桩数、土类等对承台底土阻力群桩效应系数的影响。结果表明，(1)承台底土阻力及其群桩效应系数随承台宽与桩长之比、桩距增大而增大，随桩数增多而减小：(2)承台底土阻力群桩效应系数与土类有关。     

桩-土-承台共同作用的模型试验研究

通过带承台单桩及双桩基础的模型试验,对低承台桩基桩间土变形发展及其与承台板板底应力、桩侧摩阻力及桩端阻力间的相互影响进行较为细致的研究。试验表明:在相同基础荷载作用下,桩数的增加使桩端刺入变形量占基础沉降的比例降低。双桩基础桩体的存在对板底应力体现出增强作用,在相同桩间土变形量下,双桩基础板底应力大于带承台单桩基础。桩土相对位移的发展从桩端部位开始,逐步向承台板扩展,同一部位基础外侧的桩土相对位移要大于基础内侧。靠基础内外,桩的不同侧面表现出不同的侧阻发挥过程及极限值。同样桩间土变形量下,带承台双桩基础在桩端平面上土体的竖向应力要大于带承台单桩基础,从而发挥出较大的桩端阻力。     

带帽刚性桩复合地基现场足尺试验研究

为深入、全面了解带帽刚性桩复合地基工作性状,通过在苏州绕城高速公路两试桩区的现场足尺试验,重点研究带帽刚性桩复合地基的荷载沉降、载荷板与桩体的沉降差、地表土应力分布特征、剖面沉降等性状规律。试验研究结果表明:带帽长桩型复合地基较带帽短桩型复合地基易于控制地基沉降变形和提高地基承载力,在设计荷载下带帽短桩型复合地基较带帽长桩型复合地基更能发挥地基土承载作用,桩帽下土体与桩帽间土体承载性能及发挥程度不同。由于桩帽能均化桩顶应力,起到刚性板作用,带帽桩体与桩帽下土体能产生近似等量的竖向变形,同时保证了垫层的整体效应。试验分析成果有助于建立带帽刚性桩复合地基计算模型、完善带帽刚性桩复合地基工作性状研究以及优化工程设计。     

结构-群桩基础地震响应离心振动台模型试验

为研究桥梁群桩基础的大质量承台和外露桩基对桩-土动力相互作用效应的影响,分别对低承台（与土接触）和高承台群桩基础进行了离心振动台模型试验。试验中地基土采用了黏质粉土,上部结构简化为质点和杆构件,基础形式包括单桩和群桩。为模拟地震剪切波作用下土层运动效应,采用叠环式层状剪切箱实现土体的层状自由剪切,箱内壁设置橡胶膜以消除边界反射效应。在加速度为5.0g的离心环境中,选取Chi-Chi地震波作为基底激励输入,在不同输入峰值加速度下,分析了结构-群桩基础的地震响应。试验结果表明：与低承台群桩基础相比,高承台形成的群桩外露会增加上部结构和承台的惯性效应,改变桩身峰值弯矩的分布,表现为承台与桩接触处的桩身峰值弯矩下降,但桩身最大峰值弯矩改变较小。     

复合桩基础桩-土-承台承载力特性分析研究

为研究复合桩基础桩-土-承台承栽力各自占桩基础总承载力的比值,采用有限元方法,以接触模型模拟混凝土/地基接触面,分端承型和摩擦型桩两种类型,对承台底地基土强度和外荷载大小对桩基础承载力分配的影响进行了分析研究.结果表明:端承型和摩擦型桩的承栽力分配存在较大不同;端承型桩的端阻力随着承台底土强度的增大而增大,侧阻力基本不...     

黄土塬地区大直径长桩承载性状与优化设计研究

 黄土塬地区桩基问题研究匮乏,依托陇东首栋超高层建筑,在试验桩身上布置混凝土应变计、钢筋应力计,承台底板下和桩端布置土压力盒,对原地基土、单桩基础和单桩承台基础分别进行现场原位载荷试验;利用ANSYS有限元软件对全短桩基、全长桩基及长短桩组合桩基在竖向荷载作用下的筏板沉降变形、地基土应力场与沉降变化进行分析。结果发现：(1) 黄土塬场地地基土夹层交互分布、湿陷性不连续,存在由非湿陷性黄土变成湿陷性黄土的可能,桩周土层对桩基内力传递与分布影响显著,桩身出现多个中性点,湿陷性土层下限深度确定更加复杂;(2) 各级荷载作用下,桩基Q-S曲线呈缓变型发展,表现为典型的摩擦型桩,桩身内力发挥具有异步性;试验加载至8 000 kN时,桩顶最大沉降为8.15 mm,单桩和单桩承台端阻力分别仅占桩顶荷载的4.8%和2.1%;(3) 单桩承台基础中承台底部实测反力呈倒“盆”形分布、边缘应力较大,桩–土–承台体系的承载性能优于单桩基础;桩基础设计时,可结合经验以承载力和最大允许变形量进行控制,提高桩身线刚度抵抗自身压缩变形,减小桩基上部沉降;(4) 长短桩组合桩基础充分利用与发挥了长桩控制沉降的作用与地基土浅层承载的能力,减少了长桩数量,节省了桩基造价,值得进一步深入研究。