根式沉井竖向承载机理研究

根式沉井是一种改进型沉井。2006年起，本项目组在国内外率先开展对根式沉井竖向承载性能的现场足尺试验研究。实测结果表明，根式沉井的竖向承载性能比普通沉井有显著改善。本项目旨在揭示根式沉井的竖向承载机理，建立其抗压、抗拔承载力的计算方法及结构形式的优化原则，为构建根式沉井设计理论奠定基础。主要研究内容有：以现场试验研究和数值模拟的成果为指导，通过模型试验研究根式沉井的竖向抗压、抗拔承载性能；采用数值分析软件结合模型试验研究根键的尺寸、排列方式、基础-土相对刚度比等对根式沉井竖向承载性能的影响；将根键及沉井底部分别简化为非线性Winkler地基梁和板，由模型试验确定相应的荷载传递函数。对根式沉井进行单元离散，在含根键的节点上叠加土反力，基于荷载传递理论并结合边界条件得到从顶部节点到底部节点的荷载传递关系，推导根式沉井竖向承载性能的力学解答，并对该解答进行试验验证或修正。

根式沉井是一种全新的变截面基础形式，它是通过在预定位置下沉一个井壁有预留孔的沉井，待其沉至设计标高后，通过井壁的预留孔顶入预制的混凝土构件——根键，最后通过封壁将根键和井壁连成整体来共同承担上部荷载。从现场试验研究成果可以看出，根式沉井具有竖向承载力高、变形小的显著优点。在根式沉井设想被提出后，各方面的研究仅局限在应用自平衡测试方法进行现场试验及相应的数值模拟分析，而自平衡测试方法与正常工况（顶部加载）有所差异，需要对测试数据进行转换处理，不够直观。深入研究根式沉井的竖向承载机理，对于确定竖向承载力的合理计算方法、构建根式沉井设计理论，是十分必要的。.首先，采用福建平潭标准砂做模型箱填料，在确保相同的土层密实度和加载方式等试验条件下，对砂土中的普通沉井和根式沉井分别进行了竖向下压及上拔试验。利用图像处理技术，得到了每级荷载下普通沉井、根式沉井及土层的位移云图、荷载及相应沉井顶部位移等资料。试验结果表明，无论是在竖向下压荷载或是在竖向上拔荷载的作用下，由于根键的存在，根式沉井能调动更大范围的土层发挥承载作用，确定了普通沉井和根式沉井的位移影响范围。.其次，通过在试验模型的井身及根键位置布置电阻式应变片，研究了在基础顶部下压和上拔荷载作用下，普通沉井和不同根键布置方式下根式沉井的竖向承载特性，分析了根式沉井在砂土中的竖向抗压、抗拔承载机理。.然后，运用ABAQUS有限元软件，对模型试验进行了数值模拟。模拟了普通沉井和根式沉井在竖向荷载作用下的荷载-位移关系，研究了沉井和根键的位移性状；研究了根式沉井在不同根键尺寸及布置方式下的承载特性，及根键下土体反力和根键侧摩阻力的分布形式；分析了沉井侧阻力的发挥规律及在荷载作用下沉井各部分荷载分担比的变化规律。.最后，对普通沉井和根式沉井的竖向承载性状进行了理论分析，提出了适用于普通沉井和根式沉井的竖向承载力计算公式。