根式沉井承載性狀理論分析與試驗研究.pdf

1、群樁基礎(chǔ)和大直徑沉井基礎(chǔ)是大型橋梁最常采用的基礎(chǔ)形式，在長期的使用中人們發(fā)現(xiàn)：前者受群樁效應(yīng)影響，承載力不能充分發(fā)揮；后者施工難度大，易發(fā)生偏斜。為解決以上不足，安徽省高速公路總公司根據(jù)仿生學(xué)原理提出了一種新基礎(chǔ)形式——根式沉井基礎(chǔ)。根式沉井由沉井基礎(chǔ)發(fā)展而來，是一種新型的變截面基礎(chǔ)形式，通過與井壁固結(jié)的根鍵來增加基礎(chǔ)與土的接觸面積，以提高基礎(chǔ)整體承載能力。根鍵是具有一定長度的預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，抗彎能力好、強(qiáng)度高、不易破壞。其受力機(jī)理

2、與地基梁相似，根鍵能有效發(fā)揮周圍土體的法向承載力及側(cè)摩阻力，并大幅提升基礎(chǔ)承載性能。
　　 根式沉井作為一種全新的基礎(chǔ)形式，理論分析與試驗研究工作均尚未展開，受力性狀與荷載傳遞機(jī)理不得而知，其承載性能是否優(yōu)于傳統(tǒng)基礎(chǔ)，是否可用來替代傳統(tǒng)基礎(chǔ)是人們迫切關(guān)心的問題。在這樣的背景下，本文以靜載荷試驗、理論分析和數(shù)值計算等方法，對根式沉井承載性狀進(jìn)行了深入細(xì)致的探討和分析，主要內(nèi)容和成果有：
　　 1、對淮南、馬鞍山現(xiàn)場根式沉井

3、進(jìn)行豎向靜載荷測試，確定根式沉井豎向受力機(jī)理、荷載傳遞性狀、軸力和側(cè)摩阻力的分布規(guī)律以及根鍵抵抗豎向載荷的作用效果等。對比壓入根鍵前后基礎(chǔ)承載性能可知，根式沉井可比同直徑沉井基礎(chǔ)豎向承載力提高85％～115%，沉降減少40%～70%，側(cè)阻比例提高35%～45%。
　　 2、根據(jù)荷載傳遞法及Winkler地基梁理論建立根式沉井理論分析模型，推導(dǎo)豎向荷載作用下，根式沉井沉降大小與內(nèi)力分布計算方程，計算中考慮了根鍵的彎曲及重疊折減效應(yīng)

4、。選取線彈性模型和非線性雙曲線模型作為荷載傳遞函數(shù)，編制根式沉井豎向計算程序。與試驗數(shù)據(jù)比較可知，本文提出的理論計算方法可用于根式沉井豎向承載力計算。而由巖土計算軟件Flac3D獲得的數(shù)值計算結(jié)果表明，根鍵可調(diào)動更多周圍土體以抵抗頂部豎向載荷，使基礎(chǔ)豎向承載性能顯著增強(qiáng)。
　　 3、對淮南、馬鞍山現(xiàn)場根式沉井進(jìn)行水平靜載荷測試，確定根式沉井水平受力機(jī)理、荷載-位移曲線、井身位移分布曲線等。對比壓入根鍵前后基礎(chǔ)荷載-位移曲線可知，

5、根式沉井可比同直徑沉井基礎(chǔ)水平承載力提高20%～60%，水平位移減少35%～45%。
　　 4、以m法、p-y曲線法為基礎(chǔ)，將根鍵平動與轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的土反力作為附加節(jié)點力疊加到根鍵節(jié)點上，由荷載傳遞法推導(dǎo)了根式沉井水平位移與內(nèi)力分布計算方程。編制根式沉井水平承載力計算程序，并對淮河公路橋和馬鞍山長江大橋項目中試驗根式沉井進(jìn)行分析計算。與試驗數(shù)據(jù)比較可知，本文提出的理論計算方法可用于沉井水平承載力計算。而由巖土計算軟件Flac3D獲

6、得的數(shù)值計算結(jié)果表明，根鍵可調(diào)動更多周圍土體以抵抗頂部水平向載荷，使基礎(chǔ)水平向承載性能顯著增強(qiáng)。
　　 5、通過單井、三井、六井三組水平靜載荷現(xiàn)場試驗，測得群井基礎(chǔ)效率系數(shù)，三沉井為1.02～1.21，六沉井為1.23～1.50，約束效率系數(shù)為1.43～1.53，平均影響效率系數(shù)為0.71～0.91，所有系數(shù)均隨荷載及沉井?dāng)?shù)的增加而增加。
　　 6、根據(jù)力平衡原理及位移協(xié)調(diào)條件推導(dǎo)了在組合荷載作用下根式沉井群的荷載-位移