水平荷载下井筒式地下连续墙基础承载机理研究

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井筒式地下连续墙基础,是指利用构造接头把地下连续墙段连接成一个平面为封闭形状,与顶板共同组成井筒状构造的全新基础结构型式。由于基础内部含有大面积的土芯,无论结构形式还是承载特性与单片地下连续墙基础以及沉井有着很大的差异。工程理论和实践上迫切需要研究井筒式地下连续墙基础承载性状,当前对其水平向承载力研究甚少。  本文依托国家自然科学基金项目-50908048,结合课题组在砂土地基中对三组井筒式地下连续墙基础(单片墙、单室墙、双室墙、四室墙)进行的室内模型水平载荷试验,分析该基础的水平承载特性,研究墙体平面尺寸、墙高、土芯大小等因素对井筒式地下连续墙基础水平承载机理的影响,建立井筒式基础水平荷载作用下土芯正面水平抗力、侧面摩阻力和井筒内地基土的底部水平剪切力计算模型,提出在水平荷载作用下考虑土芯作用的井筒式地下连续墙基础的内力和变形的相关计算方法,本文主要工作与结论如下:  (1)在国内外学者对单片地下连续墙基础和井筒式地下连续墙基础的承载机理进行的大量试验和理论研究的基础上,总结了国内外关于地下连续墒基础承载特性尤其是水平承载特性进行的试验及研究成果,并指出有关单片地下连续墙基础和井筒式地下连续墙基础在水平承载方面的试验研究和计算理论上的不足。  (2)井筒式地下连续墙基础的埋深较浅以及其刚度较大时,在水平荷载作用下墙体呈现整体倾斜破坏特性。转点位于在墙体的对称轴上,虽然墙体的截面尺寸以及埋深不一样,但是转点位置与墙深的比值基本上在0.65左右,不同的土芯率在井筒式地下连续墙基础的水平承载中的贡献不同,且有一个最佳土芯率和一个最大土芯率,在砂土中,它们分别为50%左右和60%左右。墙侧横向土抗力(主要包括墙外侧被动土压力以及墙内侧被动土压力)及墙身侧摩阻力(主要包括侧墙外侧摩阻力、侧墙内侧以及中隔墙左右侧的摩阻力)这两部分力构成力矩共同抵抗由水平荷载产生的力矩,并和水平荷载构成力的平衡。当墙埋深浅时,其水平承载的大小主要取决于基础上部结构所允许的水平位移量,在相同的位移限制条件下,深埋井筒式地下连续墙基础更符合受力要求。  (3)采用最小能量法分析在水平荷载作用下单片地下连续墙基础的内力和变形,并结合室内模型试验中有关单片地下连续墙基础的试验结果讨论该分析方法的可行性。将井筒式地下连续墙基础考虑土芯作用按照刚度等效原则简化为单片地下连续墙基础,采用能量法进行了分析,并与试验结果进行了对比。结果表明,最小能量法在工作荷载下(一般是弹性阶段)能够很好的满足工程设计精度的要求。  (4)针对在砂土地基中水平荷载下井筒式地下连续墙基础呈整体倾斜破坏的模式,按刚体分析法得出考虑井筒内土芯作用的单室墙、双室墙以及四室墙井筒式地下连续墙基础的内力和变形,并结合试验成果初步证明了该公式的合理性。  (5)采用应变楔模型分析法分析砂土地基中在水平荷载作用下呈弹性破坏的井筒式地下连续墙基础的内力和变形,并与工程实例进行了对比。结果表明,在砂土地基中上部表层土和浅层土对工程墙基础水平承载力影响最大,可以为类似工程在砂土地基中受水平荷载星弹性破坏的井筒式地下连续墙基础的设计提供参考。
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