軟土地層中格形地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)性狀研究.pdf

1、格形地下連續(xù)墻是上海軟土地區(qū)近年來出現(xiàn)的一種新型圍護結(jié)構(gòu)型式,既可以用作無內(nèi)支撐體系基坑工程的圍護結(jié)構(gòu),亦可以作為豎向承載結(jié)構(gòu)。由于在變形控制、可持續(xù)發(fā)展等方面的諸多優(yōu)點,格形地下連續(xù)墻目前已經(jīng)在多個基坑工程中得到應用。深基坑工程中,兼作豎向承載結(jié)構(gòu)的圍護結(jié)構(gòu)的受力變形特性是設(shè)計和施工中最為關(guān)心的問題。作為一種新型的、結(jié)構(gòu)型式比較復雜的圍護結(jié)構(gòu),目前已有的關(guān)于傳統(tǒng)基坑圍護結(jié)構(gòu)受力、變形性狀和豎向承載特性的認識無法直接應用到格形地下連續(xù)墻

2、中,在很大程度上限制了這種新型圍護結(jié)構(gòu)的應用和推廣。鑒于目前對格形地下連續(xù)墻的研究比較匱乏,本文結(jié)合原位試驗、室內(nèi)模型試驗、理論研究、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測等手段,對格形地下連續(xù)墻的圍護結(jié)構(gòu)工作性狀、豎向承載特性和關(guān)鍵節(jié)點的結(jié)構(gòu)強度進行系統(tǒng)地研究,為格形地下連續(xù)墻的設(shè)計和施工提供了參考。主要內(nèi)容包括如下幾個方面:
　　 1.采用有限元方法分析格形地下連續(xù)墻典型受力、變形特征。建立以格形地下連續(xù)墻為圍護結(jié)構(gòu)的深基坑的切片模型和全三維模

3、型,系統(tǒng)地分析了上海地區(qū)以格形地下連續(xù)墻為圍護結(jié)構(gòu)的深基坑開挖過程中格形地下連續(xù)墻的變形、墻后地表橫向與縱向沉降、墻側(cè)土壓力分布和墻身彎矩分布的典型特征。引入平面應變比(PSR)的概念,研究了以格形地下連續(xù)墻為圍護結(jié)構(gòu)的基坑變形的空間效應。利用參數(shù)分析研究了格形地下連續(xù)墻幾何尺寸(包括連續(xù)墻厚度、深度、隔墻長度、隔墻間距)、連續(xù)墻接頭型式、坑底加固、坑內(nèi)樁基以及基坑底板對基坑受力、變形的影響,并給出一些簡化計算公式。探討了在廣泛的參數(shù)影

4、響下基坑的變形特征變量(包括圍護結(jié)構(gòu)的最大側(cè)移和地表最大沉降),得到其變化范圍的上限,并將分析結(jié)果與采用傳統(tǒng)圍護結(jié)構(gòu)的基坑工程的統(tǒng)計結(jié)果進行對比,從而為設(shè)計施工提供了理論參考。
　　 2.利用原位試驗和荷載傳遞法分析單幅地下連續(xù)墻槽段的豎向承載機理。對格形地下連續(xù)墻的單幅連續(xù)墻槽段進行原位靜載試驗,系統(tǒng)地研究了豎向加載作用下單幅地下連續(xù)墻墻身沉降、墻身軸力分布、墻側(cè)摩阻力分布和發(fā)展、墻端阻力發(fā)展等豎向承載特性,并探討了墻端注漿對

5、單幅地下連續(xù)墻豎向承載特性的影響。基于荷載傳遞法,采用雙曲線理想彈塑性荷載傳遞函數(shù)反映墻側(cè)摩阻力的發(fā)揮情況,三折線荷載傳遞模型反映墻端阻力的發(fā)展,得到了單幅地下連續(xù)墻荷載傳遞法的半解析解。通過對比計算結(jié)果和原位試驗數(shù)據(jù),驗證了荷載傳遞法在單幅地下連續(xù)墻豎向承載特性分析中的適用性。
　　 3.結(jié)合原位試驗數(shù)據(jù),采用有限元方法對格形地下連續(xù)墻豎向承載機理進行分析。首先對單幅地下連續(xù)墻原位靜載試驗進行模擬,通過將計算結(jié)果與原位試驗結(jié)果

6、進行對比,確定所采用數(shù)值方法的正確性。在此基礎(chǔ)上,建立格形地下連續(xù)墻的豎向承載模型,研究了格形地下連續(xù)墻側(cè)摩阻力、端阻力的分布和發(fā)展情況,并系統(tǒng)分析了墻側(cè)和墻端土體的力學性質(zhì)、墻土接觸面的力學特性和格形地下連續(xù)墻的尺寸等因素對其豎向承載特性的影響,揭示了格形地下連續(xù)墑的豎向承載機理。通過引入墻芯土體端應力系數(shù)η和隔墻端應力系數(shù)δ的概念,給出格形地下連續(xù)墻豎向承載力的建議計算公式。
　　 4.結(jié)合室內(nèi)模型試驗和數(shù)值模型試驗,研究格

7、形地下連續(xù)墻橫隔墻槽段間的十字鋼板接頭的抗剪強度和剪切破壞機理。對以十字鋼板接頭連接的地下連續(xù)墻試件進行室內(nèi)剪切破壞試驗,對比分析不同試件的實驗數(shù)據(jù),研究了十字鋼板接頭的剪切破壞模式和各設(shè)計參數(shù)對其抗剪強度的影響。結(jié)合室內(nèi)模型試驗和數(shù)值試驗手段,揭示了十字鋼板接頭的剪切破壞機理,在此基礎(chǔ)上,引入抗剪強度發(fā)揮程度的概念,分析了縱向鋼板剛度對十字鋼板接頭抗剪強度的影響,進一步參考Oguejiofor和Hosain提出的穿孔鋼板接頭的抗剪強度

8、公式,提出了能夠反映十字鋼板接頭剪切破壞機理的抗剪強度計算方法。
　　 5.對上海長興島造船基地某采用格形地下連續(xù)墻作為圍護結(jié)構(gòu)和豎向承載結(jié)構(gòu)的船塢基坑工程進行了實測研究,驗證前述理論研究成果。對實測結(jié)果的分析表明,格形地下連續(xù)墻在各個工況下的最大側(cè)移全部位于理論研究給出的范圍之內(nèi),當開挖深度為5m和10m時,實測的格形地下連續(xù)墻各測點最大側(cè)移平均值與根據(jù)第二章理論公式計算得到的最大側(cè)移接近,當開挖深度為14.7m時,實測最大側(cè)