闭合型地下连续墙桥梁基础分析

李鑫

(河南省新蔡县农村公路管理所,河南驻马店 463000)

闭合型地下连续墙桥梁基础分析

李鑫

(河南省新蔡县农村公路管理所,河南驻马店 463000)

闭合型地下连续墙作为一种新型的桥梁基础,刚度大、承载能力强,具有较好的经济效益。在对闭合型地下连续墙概念和特征介绍的基础上,分析了构造设计中墙体厚度、槽段接头、槽段平面布置以及顶板的特性,提出了土体物理性质和几何尺寸对闭合型桥梁基础的受力性能影响。

闭合型 地下连续墙 桥梁基础 土拱效应

闭合地下连续墙作为桥梁基础，分为墙身和土芯两个部分，荷载的传递机理比较复杂，荷载传递过程中，墙内的土芯底部和墙端土体沉降位移差使附近土体发生抗剪能力，致使土体中主应力方向往墙身靠拢，形成一个应力拱效应，而直接影响基础的承载能力，因此，如何确定合理的闭合墙结构尺寸才能使土拱效应有效发挥，研究闭合墙基础对土拱效应的影响，具有了重要的意义。

地下连续墙初期作为承受水平荷载的挡土墙使用。随着工程技术的发展，逐步应用到基础结构中，目前，中交公路规划设计有限责任公司等单位对闭合墙基础做了静载试验，分析了在竖向承载力作用下端阻力和外侧摩阻力的特征；宋章采用有限差分的方式研究了闭合型地下连续墙的竖向承载性状，在墙顶荷载作用下，墙端附近出现拱脚，得到了最不利受力截面为拱脚。虽然对于土拱效应，在复合地基、筒桩、抗滑桩中应用较多，而在闭合型地下连续墙上的应用研究还较少。

1 闭合型地下连续墙桥梁基础概述

1.1 地下连续墙的定义和特征

地下连续墙是用来支撑建筑物荷载，防水或支护挡土的连续墙体，施工时采用挖槽机在地下挖出沟槽，用泥浆护壁，在其中浇筑适当的材料形成地下墙体。闭合型地下连续墙桥梁基础是将相邻的墙体使用刚性接头连接起来，形成矩形框架，在顶部设置顶板做成基础形式。

连续墙基础有很多种类型总的可以分为单层墙体式和重叠墙体两种，按照不容的构造形式有具体分为分离体形式、复合体形式。根据地下连续墙基础单元之间的组合连接及使用功能上可以分为条壁式地下连续墙基础、井筒式地下连续墙基础、部分地下连续墙基础。

1.2 闭合墙基础的优缺点

和其他基础相比，其承载能力高，具有较好的刚度和整体性，能够承受水上压力等上部荷载，并且防渗性好，使用多种地基条件。基础的建设规模由浅到深都能适用，平面布置不需要太大场地，施工时振动小、噪音低，没有太大的风险，施工过程中不会影响周边建筑和地基的正常使用，质量可靠，经济效益显著。

其缺点主要表现在在淤泥质土中不再适用，施工时需要的机械设备多，要求较高的施工工艺，投资量大。但随着工程技术的进步，这些缺点都在逐渐克服，所以地下连续墙基础不仅可以作为各种基坑的支护结构，还可作为主体结构的组成部分，具有较好的性能。

1.3 闭合墙在桥梁工程中的应用

作为桥梁锚碇基础在工程中的应用，例如虎门大桥施工时由于基岩不平，沉井施工困难，所以采用地下连续墙的方法进行锚碇施工。武汉阳逻长江大桥根据地质条件和防洪要求等采用重力式深埋圆形扩大基础。润扬长江大桥采用矩形地下连续墙基础做支护结构，进行明挖后再浇筑混凝土连续墙。

作为桥梁基础在工程中应用，最早应用于日本，此后广泛应用于长跨、软土、水流湍急和施工条件复杂的桥梁基础中。目前在我国针对地下连续墙基础在工程造价、竖向承载力和水平刚度等方面的做出一定成果。

2 闭合型地下连续墙基础构造设计

闭合型地下连续墙基础的构造内容包括槽段接头、墙体厚度、槽段平面布置以及顶板几个部分，设计时要考虑方案的技术性、经济性、支护结构的强度、稳定、变形、内外土体稳定、抗渗流性、基坑降水、开挖方法、基坑施工监测等。

2.1 闭合墙体厚度

墙体的厚度受挖槽机械的影响，我国最大厚度仅为1.5m，闭合型墙体厚度分为成槽厚度、设计厚度和有效厚度。挖槽机械开挖的厚度即为成槽厚度，要比设计厚度大，有效厚度是设计厚度除去泥膜厚度后的尺寸，泥膜一般目测2cm，稳定性计算时使用的是设计厚度，而确定钢筋混凝土的截面时应采用有效厚度进行计算，目前混凝土质量不断提高，可以将以设计厚度代替有效厚度，加大主筋的保护层。

2.2 槽段接头

槽段接头是闭合型地下连续墙施工技术的关键，常用的材料有钢板、钢筋、铸钢、钢管、预制混凝土、人造纤维、橡胶等。更具受力形式分为防渗接头、铰结抗剪接头、刚性抗剪抗弯接头。根据构造形式和施工方法分为接头管、钻凿式、接头箱、隔板式、软接头以及预制混凝土构件等。不论采用何种形式都要保证连接墙体内外的竖向主筋和水平筋，施工缝处连接强度达到要求，保证承受足够的水平和横向剪力。

2.3 槽段平面布置

槽段的平面布置可以做成一室断面、两室断面或多室断面的形式，受到墙厚、接头布置、基础规模一级成槽单元长度的影响，闭合墙的最小宽度要保持在5m，过小的话会影响内部土体的稳定性，最大宽度在10m左右，过大的跨径在配筋上有一定的困难。

2.4 顶板

顶板相当于桩基础的承台起到的作用，为了加强基础的整体性，要求闭合墙和顶板形成一个整体，其并有较大的刚度，将上部荷载有效的传递到地下连续墙基础，可以将地下连续墙的竖筋嵌入到顶板内，嵌入长度要超过钢筋的锚固长度。顶板计算时不考虑内部土承受的荷载，按照支撑的梁式混凝土板设计，当顶板厚度超过计算跨径一半时，按照深梁进行计算。

3 闭合型基础承载性状及土拱效应的影响因素分析

3.1 土体物理性质影响

土拱在墙端附近形成，受到墙端土性质的直接影响，墙周土体影响其外侧摩阻力和端摩擦力，土芯土体影响内摩阻力。

弹性模量的影响，弹性模量增大会增加土芯端部以下土体中土拱效应的作用效果，墙身和土体的压缩量就会减少，从而有效减少两部分土体的沉降差异，但当弹性模量大于一定值后，其对土拱效应的影响就不再明显。

内聚力的影响，土芯底端中部和墙身端部沉降会随着内聚力的增大而减小，当内聚力大于一定范围后，沉降效果就不再明显，土拱接近稳定。内聚力的增大可以增加土体和墙身的摩擦系数。

内摩擦角的影响，摩擦角的增大有利于土拱效应的发挥，土芯底端中部土体和墙身端部土体的沉降差会随着摩擦角的增大而减小。

密度影响，密度对土芯和墙身土体的影响较小，不存在明显的正反比例关系，不同密度的土体其竖向位移分布大致相同。

3.2 几何尺寸的影响

根据闭合墙体基础的常用矩形、正方形以及圆形，采用数值模拟的方式可以得到不同截面形状对墙体的承载力和传递性影响，圆形和其他两种相比较，墙身摩阻力稍大，更利于侧摩阻力的发挥，但圆形截面的施工要求相对复杂。

地下连续墙单室施工时如果宽度过小，施工会相对困难，墙室尺寸的增大，闭合墙基础和土体的基础面积扩大，会提高其极限承载力，并且由于接触面积的增大也影响了侧摩阻力，增加了闭合墙的极限荷载。墙室尺寸的扩大，土芯对下部土体的影响也会增大，造成土拱效果减小，所以只有确定合理的拱跨比，才能更好地发挥土拱作用的效果。

闭合墙基础的尺寸越大，其和土体的基础面积就越大，增加了内摩阻力。而对土拱效应的影响上，过大或过小的墙体尺寸都不利于土拱效应的发挥，只有确定合理的尺寸保证才能保障土拱效应更好地发挥。

墙体深度的影响，墙体深度越大，应力分布越均匀，压缩量也相对减小，而墙体深度对土拱效应的影响较小。而深度越大，受到的荷载也就越大，荷载增大会增加压缩量，深度过大或过小将影响极限承载力的发挥。

总之，在设计施工闭合型地下连续墙桥梁基础时，在合理研究确定闭合墙结构尺寸、形状的同时，还应确定合理的深度，以使闭合型地下连续墙更好地发挥土拱效应作用，从而较好的提高基础承载力。

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