胡浩東 郭清石 吳九江,3

(1.西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川綿陽 621010；2.江西省交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南昌 330052；2.工程材料與結(jié)構(gòu)沖擊振動(dòng)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川綿陽 621010)

0 引 言

格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)(LSDW)，是指將相鄰的地下連續(xù)墻墻體剛性連接在一起，形成閉合的框架并設(shè)置頂板的基礎(chǔ)形式。如圖1所示，單室型地下連續(xù)墻是指基礎(chǔ)橫斷面中僅有單個(gè)閉合室，而格柵式地下連續(xù)墻是指橫斷面中有兩個(gè)或兩個(gè)以上閉合室的基礎(chǔ)形式。在日本，格柵式地下連續(xù)墻也被稱為“地中連續(xù)壁井筒基礎(chǔ)”“連壁剛體基礎(chǔ)”[1]。在我國的一些船塢基坑及水電工程中，格柵式地下連續(xù)墻作為圍護(hù)和防滲結(jié)構(gòu)也得到了初步的應(yīng)用，被稱為“格形(型)地下連續(xù)墻”“框格式地下連續(xù)墻”。

作為一種大跨徑橋梁基礎(chǔ)形式，格柵式地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)具有以下特點(diǎn)[2-4]：

1)可用于狹窄、周圍有建筑物的場(chǎng)地施工，對(duì)周圍環(huán)境影響較小，噪聲低。

2)適用于各種類型的地基，適應(yīng)范圍廣泛。

3)與沉井基礎(chǔ)相比，同等條件下，地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的施工較為簡單，節(jié)省工時(shí)、節(jié)省鋼材、造價(jià)較低，安全性和承載力比沉井基礎(chǔ)高許多[5]。

4)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)與大埋深的明挖基礎(chǔ)相比，地下連續(xù)墻基礎(chǔ)可省2/3以上的土方量，省1/3左右的混凝土用量，同時(shí)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的抗洪能力更強(qiáng)。

5)與樁基礎(chǔ)相比，地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的剛度大，水平承載力高，抗震性能好，同時(shí)鋼筋用量要比樁基礎(chǔ)更少。

a—格柵式地下連續(xù)墻；b—墻段施工順序(以單室墻為例)；c—格柵式地下連續(xù)墻構(gòu)造要求。圖1 格柵式地下連續(xù)墻Fig.1 Lattice-shaped diaphragm walls

在調(diào)研國內(nèi)外大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)格柵式地下連續(xù)墻在橋梁基礎(chǔ)中的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，重點(diǎn)闡述格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)試驗(yàn)、理論計(jì)算和數(shù)值模擬方面的研究進(jìn)展，并進(jìn)行相關(guān)的總結(jié)和分析，以期對(duì)格柵式地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)的下一步應(yīng)用和研究提供一定的參考。

1 國外地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀

國外有關(guān)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)應(yīng)用到橋梁工程中的文獻(xiàn)相對(duì)較少，主要集中在日本，歐美國家鮮有將地下連續(xù)墻基礎(chǔ)直接應(yīng)用于橋梁工程的相關(guān)報(bào)道。

1986年，日本30家擁有地下連續(xù)墻施工技術(shù)的企業(yè)成立了“地下連續(xù)墻基礎(chǔ)協(xié)會(huì)”，并已逐漸衍生出“地下連續(xù)墻施工協(xié)會(huì)”和“鋼制地下連續(xù)墻協(xié)會(huì)”。自1979年以來，地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)在日本飛速發(fā)展，截至2018年，日本將地下連續(xù)墻基礎(chǔ)用作橋梁主體承重結(jié)構(gòu)的工程已有80余處[6]，其中部分案例如表1所示。

表1 日本地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)工程Table 1 Bridge foundations of diaphragm walls in Japan

地下連續(xù)墻基礎(chǔ)首次作為橋梁主體承重結(jié)構(gòu)的案例是在1979年日本飯坂徹高架橋工程中，該工程沒有采用傳統(tǒng)的沉井基礎(chǔ)，而是選擇了單室型地下連續(xù)墻基礎(chǔ)(圖2)，開創(chuàng)了地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)的先河[7]。

圖2 飯坂徹高架橋地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)[7] mFig.2 A bridge foundation with diaphragm walls in Japan[7]

1986年開工建設(shè)的青森大橋，為中跨240 m的雙塔柱斜拉橋，其主塔采用了六室型地下連續(xù)墻基礎(chǔ)(圖3)，該基礎(chǔ)的選擇是在對(duì)比了沉井、大直徑樁及鋼管圍堰井筒之后做出的，該工程采用的六室型格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)，直至今天，在已建成的格柵式地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)中依然是格室數(shù)目最多的[8]。

a—實(shí)拍；b—平面；c—立面；d—正面。圖3 青森大橋地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)[6] mFig.3 Illustrations of underground diaphragm foundation in Aomori Bridge[6]

由于日本是一個(gè)多震的國家，因此日本學(xué)者更加關(guān)注地下連續(xù)墻的水平極限荷載及荷載傳遞機(jī)理，文獻(xiàn)[9-10]報(bào)道了對(duì)飯坂徹高架橋及王子南部高架的現(xiàn)場(chǎng)水平荷載試驗(yàn)，得出了地下連續(xù)墻基礎(chǔ)承載性能優(yōu)良、抗震性能良好等結(jié)論。在室內(nèi)模型試驗(yàn)方面，中村兵次等研究了矩形閉合地下連續(xù)墻與井筒基礎(chǔ)承載特性的不同，試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)荷載較小時(shí)，兩者水平位移基本相同；當(dāng)荷載較大時(shí)，矩形閉合地下連續(xù)墻上端的水平位移要小于井筒基礎(chǔ)[11]。小林勝己等通過室內(nèi)模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在水平荷載作用下，內(nèi)摩阻力所能提供的承載力約為外摩阻力的70%[12]。藤森健史提出了地下連續(xù)墻箱型基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)法，此方法可有效降低地震中剪力對(duì)基礎(chǔ)的破壞[13]。

在計(jì)算方面的研究，日本開展得較早且較系統(tǒng)。1987年海野隆哉等就依靠實(shí)際工程，研究了地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在地震時(shí)的響應(yīng)特性，通過與觀測(cè)結(jié)果一致性的對(duì)比，表明了分析結(jié)果可靠性，明確了基礎(chǔ)的響應(yīng)特性，驗(yàn)證了簡易設(shè)計(jì)方法集中質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)模型的分析精度[14]。1989年，岡原美知夫等為了研究地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的作用機(jī)制，利用二維有限元方法分析明確了水平及豎向的作用機(jī)制，并提出了地基反力系數(shù)[15]。1993年，菊地敏男等對(duì)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)多點(diǎn)地震觀測(cè)和二維有限元模型進(jìn)行了分析，明確了基礎(chǔ)在地震中的位移，驗(yàn)證了響應(yīng)位移法的合理性[16]。經(jīng)過多年的發(fā)展，日本逐漸形成了以下幾種主流計(jì)算方法[4,17-18]：

1)將地基通過8種不同的的彈簧代替，把基礎(chǔ)看作剛體計(jì)算，如圖4所示。

a—豎剖面；b—水平剖面。圖4 剛體計(jì)算模型[19]Fig.4 The calculation model for the rigid body[19]

2)用4種不同彈簧代替，把基礎(chǔ)看作彈性體來計(jì)算，如圖5所示。

a—豎剖面；b—水平剖面。圖5 彈性體計(jì)算模型[19]Fig.5 The calculation model for the elastic body[19]

3)按照樁基礎(chǔ)的計(jì)算方法，在考慮基礎(chǔ)正面被動(dòng)土抗力和側(cè)摩阻力之后，同樣將基礎(chǔ)看作彈性體來計(jì)算。

數(shù)值模擬方面，2017年，蔡飛等對(duì)2011年日本東北地區(qū)太平洋近海地震所引發(fā)的地基大面積液化進(jìn)行了研究，探討了格柵式地下連續(xù)墻改良工法和排水工法對(duì)地基液化的抑制機(jī)理及抑制效果[20]。

日本作為多震的島國，在河海地區(qū)有大量跨越河海橋梁的建設(shè)需求，而擁有巨大剛度和較強(qiáng)抗震性能的格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)已在日本大型橋梁的基礎(chǔ)建設(shè)中取得了大量成功的應(yīng)用。我國廣袤的江海湖泊地區(qū)同樣有著建設(shè)跨越江海大橋的需求，若能充分利用格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的優(yōu)良性能，在我國橋梁基礎(chǔ)工程建設(shè)中，其經(jīng)濟(jì)效益將十分顯著。

2 國內(nèi)地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)技術(shù)及研究起步較晚，但隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的應(yīng)用及理論研究發(fā)展迅速。1992年開工建設(shè)的虎門大橋西錨碇采用了地下連續(xù)墻進(jìn)行圍水開挖澆筑混凝土施工，是我國首次將地下連續(xù)墻基礎(chǔ)應(yīng)用到橋梁基礎(chǔ)工程中[21-22]。1995年建成通車的寶雞—中衛(wèi)鐵路169 km處一座棧橋的三號(hào)橋墩，采用了圓形地下連續(xù)墻基礎(chǔ)，是我國首次將地下連續(xù)墻基礎(chǔ)應(yīng)用到橋梁主體承重結(jié)構(gòu)中[23]。

目前，隨著施工技術(shù)及研究的不斷發(fā)展，格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在超深超大基礎(chǔ)中有逐漸取代沉井基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)的趨勢(shì)。如國道209線河津至臨猗段K23+385處的一座跨線天橋，該橋采用單室型地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)，同時(shí)承受上部豎向荷載和支座處的水平荷載，是我國首次將格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)運(yùn)用到高等級(jí)、大跨度的公路橋梁中[24]。在陜西西峰長慶橋鳳祥路口高速公路工程項(xiàng)目中[25]，部分橋梁同樣采式用了小型格柵地下連續(xù)墻基礎(chǔ)。

在我國橋梁工程中，地下連續(xù)墻經(jīng)常被用作橋梁錨碇基礎(chǔ)，如江蘇潤揚(yáng)大橋、武漢陽邏長江大橋、南京長江四橋、武漢楊泗港長江大橋及平南三橋，以上橋梁都采用了地下連續(xù)墻錨碇基礎(chǔ)。2018年，崔立川等結(jié)合實(shí)際工程，提出了一種新型的井筒式地下連續(xù)墻錨碇基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)同時(shí)具有免開孔、無排土及無需止水等優(yōu)點(diǎn)[26]。

在施工標(biāo)準(zhǔn)方面，廣東省1995年首先頒布了DBJ/T 75-13—95《地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)規(guī)程》[27]，規(guī)定了地下連續(xù)墻及三合一地下連續(xù)墻等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。2003年，交通部針對(duì)港口地區(qū)地下連續(xù)墻的施工頒布了JTJ 303—2003《港口工程地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》[28]。2007年頒布的JTG D63—2007《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[29]，則對(duì)地下連續(xù)墻的單室尺寸進(jìn)行了規(guī)定。但國內(nèi)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的制定，相較于地下連續(xù)墻的發(fā)展仍然存在相當(dāng)程度的滯后。

總之，隨著地下連續(xù)墻施工技術(shù)及相關(guān)研究的不斷進(jìn)步，地下連續(xù)墻在大跨度、超深工程中的應(yīng)用在不斷增多，但地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)在工程中取代沉井基礎(chǔ)及群樁基礎(chǔ)，直接用作橋梁基礎(chǔ)的主體構(gòu)件還不多見[5]。

2.2 格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)試驗(yàn)研究現(xiàn)狀

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方面，1991年李桂花等進(jìn)行了單片地下連續(xù)墻的首次現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)，對(duì)單片地下連續(xù)墻的荷載傳遞機(jī)理及豎向承載力進(jìn)行了研究[30]。此后幾年間，孫學(xué)先等在黃土地區(qū)進(jìn)行了兩個(gè)單片地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的水平承載力及側(cè)摩阻力的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析了橫向承載力、不同墻面的水平摩阻力和土抗力的發(fā)揮特性[31]。文獻(xiàn)[32-33]報(bào)道了地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在黃土地區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn):陳曉東等對(duì)井筒式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，得出地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的承載力主要由側(cè)摩阻力提供，并且適合在黃土地區(qū)用作橋梁基礎(chǔ)的結(jié)論[32];宋章等則從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中得出了各級(jí)荷載作用下墻身的水平位移、彎矩、剪力、轉(zhuǎn)角及墻側(cè)土抗力沿墻深的變化規(guī)律[33]。2012年，張瑞琪通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方式對(duì)矩形閉合地下連續(xù)墻的荷載-沉降特性、水平荷載作用機(jī)理等進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)矩形閉合地下連續(xù)墻的極限摩阻力較大，水平受力的破壞形式主要是轉(zhuǎn)動(dòng)破壞或平動(dòng)破壞[34]。2020年，霍少磊等通過自平衡法對(duì)實(shí)際工程的三片地下連續(xù)墻進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過試驗(yàn)給出了側(cè)摩阻力和端阻力對(duì)極限承載力的貢獻(xiàn)比例[35]。

在室內(nèi)模型試驗(yàn)方面，不少學(xué)者開展了較為系統(tǒng)的研究[36-43]:2011—2012年，龔維明團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了三種不同尺寸的單室型、四室型地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的模型試驗(yàn)，通過試驗(yàn)得出了單室型井筒地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的破壞呈整體傾斜破壞特征；四室型井筒地下連續(xù)墻在破壞時(shí)呈剛性破壞特征[36-38]。2014年，程恭謙團(tuán)隊(duì)利用1∶30的室內(nèi)模型，模擬了單室、兩室、四室格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)(圖6)在軟土地基中的承載特性，并與群樁基礎(chǔ)進(jìn)行了比較，根據(jù)試驗(yàn)證明了格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的承載力及沉降量都要優(yōu)于群樁基礎(chǔ)的結(jié)論，同時(shí)隨著格室的增加，地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的極限承載能力也不斷增大[39-40]。次年，程謙恭團(tuán)隊(duì)在軟土地區(qū)對(duì)橋梁基礎(chǔ)的沉降問題展開了研究，根據(jù)研究可知，在軟土地區(qū)采用格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)代替群樁基礎(chǔ)，可有效降低沉降并提高承載力[41]。2019年，程謙恭團(tuán)隊(duì)采用離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)研究了格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在可液化場(chǎng)地中地震時(shí)的抗震及抗液化能力。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，證明了格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在抗液化方面的優(yōu)良性能，同時(shí)抗震性能也較為出色[42-43]。圖7為離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

圖6 格柵式地下連續(xù)墻模型[39]Fig.6 The models of lattice-shaped diaphragm walls[39]

圖7 離心機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚42]Fig.7 The models for centrifuge experiments[42]

對(duì)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的試驗(yàn)研究，其他學(xué)者也作出了重大的貢獻(xiàn)。2018年，張延杰等對(duì)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在濕陷性黃土地基中的豎向承載特性及浸水后的負(fù)摩阻力進(jìn)行了研究，由于地下連續(xù)墻基礎(chǔ)有著良好的整體性和防滲性，因此土芯不會(huì)受到浸水的影響，內(nèi)摩阻力和端阻力發(fā)揮正常[44]。2021年，左玉柱等利用離心機(jī)對(duì)格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在砂土中的性能進(jìn)行了模型試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，由于格柵式地下連續(xù)墻的整體性較好，因此在試驗(yàn)過程中前、后墻間的土壓力并無明顯變化規(guī)律[45]。

2.3 格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)計(jì)算研究現(xiàn)狀

在地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的計(jì)算研究中，1991年孫學(xué)先對(duì)剛性地下閉合墻基礎(chǔ)的計(jì)算做了初步研究，提出了地基處于彈塑性狀態(tài)下基礎(chǔ)變位及內(nèi)力的一種計(jì)算方法[46]。同年，孫學(xué)先在借鑒日本學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，給出了剪切地基系數(shù)Ks的取值方法[47]。

1992年至今，我國學(xué)者對(duì)格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)計(jì)算方法進(jìn)行著不懈的研究。2000年，張貴壽依托地下連續(xù)墻主流計(jì)算方法，提出了一種四結(jié)點(diǎn)梁單元，此方法能夠更好地對(duì)地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及受力性能進(jìn)行模擬[48]。2012年，侯永茂在靜載試驗(yàn)等的基礎(chǔ)上，對(duì)格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)豎向承載機(jī)理進(jìn)行研究，并提出了格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)豎向承載力的簡化算式[49]。2013年，龔維明等根據(jù)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的受力特性，按照彈性、剛性基礎(chǔ)的分析方法，提出了與日本主流計(jì)算方法類似的4彈簧及8彈簧計(jì)算方法[50]。

2015年，文華等借鑒群樁基礎(chǔ)沉降的計(jì)算方法，針對(duì)格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的沉降，提出了用分層總和法來進(jìn)行計(jì)算[51]。兩年后，文華等又對(duì)變截面井筒式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)提了計(jì)算豎向承載能力的方法，同時(shí)確定了計(jì)算方法中的安全系數(shù)[52]。

2016年，Wu等基于荷載傳遞方法建立了格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)簡化分析模型，實(shí)現(xiàn)了格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的沉降預(yù)估；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，該方式預(yù)測(cè)的沉降與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合[53]。2020年，Wu等同樣基于荷載傳遞方法，對(duì)格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)沉降提出了新的預(yù)測(cè)方法，并提出了一種新的分析方法和荷載傳遞模型[54]，見圖8。

2020年，Cao等建立了矩形閉合地下連續(xù)墻基礎(chǔ)土體穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的豎向連續(xù)位移模型，給出了位于均質(zhì)介質(zhì)巖土中矩形閉合地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的豎向動(dòng)力阻抗和軸向阻力的近似解析解[55]。

2.4 格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀

2007年，孟凡超等對(duì)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在黃土地區(qū)的沉降進(jìn)行了分析，利用Drucker-Prager模型進(jìn)行了三維有限元模擬，分析結(jié)果顯示：土芯在墻頂附近的豎向變形最為明顯，豎向變形和沉降的主要部分位于墻端下1.5倍基礎(chǔ)寬度范圍內(nèi)[56]。2010年，左玉柱等通過數(shù)值模型，探討了大型地下連續(xù)墻基礎(chǔ)墻土互相作用的機(jī)理，并研究了墻體不同部位土壓力的情況[57]。

a—內(nèi)墻和外墻部分；b—土芯部分；c—本構(gòu)關(guān)系。圖8 格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)荷載傳遞簡化分析模型[54]Fig.8 A simplified analysis model for load transfer of lattice-shaped diaphragm wall foundations[54]

2011年，宋章等根據(jù)數(shù)值計(jì)算法，研究了閉合地下連續(xù)墻基礎(chǔ)考慮土芯的承載作用之后的沉降特性，得出了閉合型地下連續(xù)墻基礎(chǔ)整體呈沉降形式，土芯與墻體沉降基本同步等結(jié)論[58]。同年，宋章等采用FLAC3D軟件研究了閉合型地下連續(xù)墻基礎(chǔ)內(nèi)土芯的沉降及承載特性[59]。

Cheng等利用FLAC3D軟件對(duì)矩形閉合地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的變形特性、土抗力、摩阻力及沉降等進(jìn)行了研究[60]。2014年，劉博利用FLAC3D軟件對(duì)井筒式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)進(jìn)行了靜力及動(dòng)力研究，得出了基礎(chǔ)承載力會(huì)隨墻體深度的增長而增大等結(jié)論[61]。2016年，Wu等對(duì)格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)與群樁基礎(chǔ)進(jìn)行了靜力加載和地震反應(yīng)的數(shù)值對(duì)比分析，得出格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在軟土地基中比群樁基礎(chǔ)有著更加優(yōu)秀的水平承載能力和抗震能力[62]。次年，Wu等又通過PFC2D對(duì)格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的土拱效應(yīng)進(jìn)行研究，得出了在一般情況下格室數(shù)目越多土拱效應(yīng)越明顯等結(jié)論[63]。

2021年，Zhang等基于OpenSees建立三維數(shù)值模型(圖9)，研究了矩形閉合地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的抗液化機(jī)理及可液化場(chǎng)地中地震對(duì)其的影響。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，矩形閉合地下連續(xù)墻基礎(chǔ)對(duì)地基液化有著明顯的減緩作用，同時(shí)格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在近斷層地震作用下較容易破壞[64-65]。

圖9 OpenSees有限元模型[65]Fig.9 The finite element model in OpenSees[65]

2.5 格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用和研究

格柵式地下連續(xù)墻以其強(qiáng)大的剛度和對(duì)地基致密性等優(yōu)勢(shì)，已在我國的一些水利水電工程以及船塢工程中取得了相關(guān)應(yīng)用。2004年，桐子林水電站首次將格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)應(yīng)用到水電工程中，從施工結(jié)果來看，所選擇的格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)完全滿足工程的要求[66]。2008年開工建設(shè)的天津海河沉管隧道護(hù)堤工程采用了超深格柵式地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)時(shí)國內(nèi)超深地下連續(xù)墻的應(yīng)用還較為少見，該工程的成功為后來國內(nèi)超深地下連續(xù)墻施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)[67]。

在上海高橋造船有限公司在船塢擴(kuò)建工程中，塢室西側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了格柵式地下連續(xù)墻，該工程在后續(xù)的施工中通過加固等措施保證了施工質(zhì)量，并且降低了工程成本，應(yīng)用效果良好[68]。中船長興造船基地三號(hào)船塢作為我國最大的船塢，同樣采用了格柵式地下連續(xù)墻，該工程通過在不良地質(zhì)條件下施工，獲得了大量寶貴的經(jīng)驗(yàn)[69]。

2018年，邵耳東根據(jù)PLAXIS 3D軟件，研究了作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的格柵式地下連續(xù)墻的受力特性及變形機(jī)理，研究結(jié)果表明，格柵式地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)不同剖面的側(cè)向變形基本一致，軸力分布基本呈前縱墻受壓，后縱墻受拉的狀態(tài)[70]。2020年，Xie等提出了用格柵式地下連續(xù)墻對(duì)軟土地基中涵洞進(jìn)行處理，并在實(shí)際應(yīng)用中取得成功[71]。2021年，Xia等針對(duì)格柵式地下連續(xù)墻在西安地鐵施工過程中黃土地層出現(xiàn)負(fù)摩阻力等問題進(jìn)行了研究，其研究成果在實(shí)際工程中得以應(yīng)用[72]。

3 結(jié)束語

日本作為多震的島國，在沿海地區(qū)有大量跨江、跨海橋梁的需求，而擁有巨大剛度和較強(qiáng)抗震性能的格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)已在日本大型橋梁的基礎(chǔ)建設(shè)中取得了大量應(yīng)用。同時(shí)，日本已在格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的水平荷載傳遞機(jī)理和地震動(dòng)力響應(yīng)方面取得了大量的研究成果，并提出了相應(yīng)的剛體和彈性體的簡化計(jì)算方法，值得深入學(xué)習(xí)和借鑒。

自20世紀(jì)90年代引入我國以來，格柵式地下連續(xù)墻已在我國的橋梁工程、水利水電工程和船塢工程中取得了應(yīng)用，但目前格柵式地下連續(xù)墻用于橋梁主體基礎(chǔ)的應(yīng)用實(shí)例仍不多，尚處于發(fā)展階段。我國廣袤的沿海地區(qū)同樣有著建設(shè)跨江、跨海大橋的需求，若能充分利用格柵式地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)的優(yōu)良性能，在我國橋梁基礎(chǔ)工程中進(jìn)一步推廣使用，其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)十分顯著。

近年來，國內(nèi)的相關(guān)學(xué)者利用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬等研究手段，對(duì)格柵式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的墻-土靜、動(dòng)力相互作用機(jī)理和荷載傳遞特性開展了深入的研究，考察了地下連續(xù)墻基礎(chǔ)應(yīng)用于濕陷性黃土、軟土以及可液化地層等復(fù)雜地區(qū)的相關(guān)問題，對(duì)基礎(chǔ)的受力分析、位移和變形控制提出了系列的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法，并已初步形成了相應(yīng)的設(shè)計(jì)和施工標(biāo)準(zhǔn)，大有后來居上之勢(shì)。

但值得注意的是，目前格柵式地下連續(xù)墻的研究還存在著許多值得進(jìn)一步探討的地方，如：格柵式地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)計(jì)算理論尚不完善，還缺少其在循環(huán)荷載和地震土體液化等復(fù)雜條件下的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。