大型沉井在软土地基中下沉现场监测

以温州市鹿城区七都岛—铁塔公园段跨瓯江电力隧道工程七都岛侧沉井基础为研究对象，对沉井在软土地基中下沉进行监测研究，通过现场监测数据分析，对沉井侧摩阻力、刃脚底部压力、沉井外土面沉降进行分析，得出沉井在软土地基中的下沉特性，这对理论研究与实际工程设计都有参考意义。现场监测数据结果表明：在软土地基中沉井侧摩阻力随着沉井入土深度的增加呈线性增加，到达一定峰值后缓慢降低；下沉过程中刃脚土压力的波动较为剧烈，其中刃脚斜面阻力占同一深度踏面阻力的10%左右；沉井下沉对周边土体沉降的影响范围比沉井在其他土体中小10%左右，为沉井下沉深度的10%左右。     

马鞍山长江大桥北锚碇沉井监测分析

马鞍山长江大桥北锚沉井体积巨大,下沉施工中有必要对其进行实时监测,主要监测内容包括刃脚与侧壁土压力、沉井结构钢板钢筋应力、沉井内外水位及沉井几何姿态等。首先采用数值分析,确定了沉井下沉初期为沉井结构受力的最不利工况,且边隔墙中跨部位为关键截面。监测结果表明,所选的关键截面较为合理。在沉井下沉初期,刃脚土压力对吸泥极为敏感。随着沉井的下沉,侧壁摩阻力逐渐增大,刃脚土压力趋于减小。沉井结构钢板与钢筋应力未出现过大拉应力,沉井几何姿态监测结果也表明下沉施工顺利。     

深厚淤泥土层大型沉井基础下沉阻力研究

为了解深厚淤泥土层中大型沉井基础下沉阻力的分布特征,以温州瓯江北口大桥(主桥为主跨800m的三塔钢桁梁悬索桥)为背景,对中塔沉井基础下沉阻力监测数据进行分析,研究侧壁土压力、底面支承反力分布规律,以及刃脚底面反力与静力触探指标之间相关性。结果表明:淤泥土地层中施工的大型沉井基础,其侧壁压力沿深度方向近似线性增长,其值略大于相同深度位置的水土自重压力;沉井刃脚底面及斜面的反力值在底口入土一定深度后保持稳定,刃脚底面与斜面反力的比值为1.8~2.2,相对稳定;刃脚底面反力值与静力触探试验的锥尖阻力具有较高的相关性,在沉井底口中心下沉到一定深度后,其比值为1.4~2.2。     

大型沉井下沉力学性能分析与研究

通过分析马鞍山长江大桥锚碇基础大型沉井侧土压力的监测数据,提出了沉井侧摩阻力分布图式规律。当沉井下沉深度较小时,井壁侧阻力基本随着入土深度呈线性增长;而当沉井下沉超过一定深度后,随着下沉深度不断增加,侧摩阻力分布呈现上下小、中间大的分布图式,且峰值点以上的部分可基本看成线性分布。更重要的是,随着沉井入土深度的不断增加,沉井侧摩阻力峰值逐渐增加,且峰值发生的位置也逐渐下移,这主要是由于压力松弛区下移造成的。最后,提出同类大型沉井在类似地质条件下侧摩阻力的修正公式。     

大型沉井下沉阻力监测技术

介绍了泰州长江大桥南锚碇沉井基础的施工特点和下沉阻力现场监测技术。在下沉过程中,采用土压力计监测了每节沉井的侧壁土压力和沉井的刃脚土压力。通过这些监测数据的整理和规律分析,既控制了沉井的安全平稳的下沉,也为同类型的大型沉井的设计和施工提供了可以参考的依据。     

沉井侧壁摩阻力分布特性试验研究

为了准确分析沉井侧壁摩阻力的大小及分布规律,分别制作直壁式井壁、阶梯式井壁局部模型开展离心模型试验,分析沉井侧壁摩阻力的分布形式,讨论阶梯式井壁侧壁摩阻力的时间效应,并根据试验结果提出沉井侧壁摩阻力的计算模型。结果表明:直壁式井壁的侧壁摩阻力随入土深度的增加呈先增大后减小的近似抛物线分布,阶梯式井壁阶梯以上及阶梯以下靠近阶梯处的侧壁摩阻力比直壁式井壁显著减小且最大值出现位置下移;阶梯导致的侧壁摩阻力折减效果随着时间的增加逐渐减弱;阶梯式沉井下沉计算时,应根据下沉时间选取不同的侧壁摩阻力折减系数;采用分段函数对沉井侧壁摩阻力进行描述,计算值与试验值吻合较好。     

四川金沙江向家坝水电站10号沉井施工监测

沉井周边地质情况是沉井的设计及沉井下沉施工的主要因素,沉井的平稳下沉及成功下沉到设计位置是沉井施工的关键,因此有必要对沉井下沉过程的沉井仞脚土压力和井壁摩阻力进行实时监测,以指导沉井的信息化施工。四川金沙江向家坝水电站10号沉井仞脚土压力和井壁摩阻力的实时监测结果表明,监测数据真实地反映了沉井周边的地质情况,指导了沉井的信息化施工。     

复杂地层大型污水处理构筑物沉井实施方案优化研究

以某沿海大型污水处理构筑物沉井为例，通过对比分析沉井初沉前不同预制高度（第一节）条件下的基底压力、地基承载力及不同刃脚下沉深度的阻力，对沉井施工过程中可能发生的问题进行预测；提出了基于基底压力、修正地基承载力分别与砂垫层厚度的曲线及交点进行沉井预制前临时基础铺设砂垫层厚度优化，基于地层界面处刃脚下取土和刃脚下留土两种取土方法的下沉系数与合理区间[1.05, 1.25]的关系进行沉井实施方案优化的方法。以计算结果和变化规律为基础预测可能发生的问题，与现场实际基本一致；对实施方案进行合理优化，确保了沉井的顺利实施。     

五峰山长江特大桥沉井基础施工监控

五峰山长江特大桥主桥为主跨1 092m的钢桁梁公铁两用悬索桥,北锚碇采用100.7m×72.1m×56m的沉井基础。该沉井首节采用钢壳混凝土结构、其余9节采用钢筋混凝土结构,采用"三次接高、三次下沉"的方案施工。为及时掌握沉井下沉施工过程中的几何姿态及受力情况,建立实时在线监测系统,对沉井几何姿态、沉井结构应力及沉井刃脚土压力进行自动化监测,基于监测数据及时进行沉井下沉控制。结果表明:下沉过程中沉井测点高差和倾斜度均在限值内,沉井挠度基本在20mm限值内,沉井几何姿态较好;沉井混凝土及钢结构测点的实测应力基本在限值范围内,沉井刃脚各测点的土压力均控制在1.20MPa限值内,沉井结构受力良好。     

南京长江第四大桥北锚碇沉井基础施工监控技术

南京长江第四大桥北锚碇采用沉井基础,尺寸为69.0 m×58.0 m×52.8 m,距长江大堤仅90 m.沉井体积庞大,所处区域地质条件复杂,覆盖层较厚.依据规范并结合以往的施工经验,提出沉井几何姿态监控标准.介绍沉井下沉深度和平面位置及偏斜、刃脚踏面反力、沉井侧壁土压力、沉井结构应力、地下水位与井内水位、沉井底部土体开挖地形、地表沉降和长江防洪大堤沉降量的监测方案.通过施工监测,掌握沉井下沉的实时信息,为施工提供指导信息,确保施工安全顺利进行.     

超大沉井基础设计及下沉方法研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1 176m公铁合建斜拉桥,通过技术经济综合比选,桥塔基础采用沉井方案。针对超大型沉井基础截面尺寸大、自重重、入土深等问题,提出了减自重、减冲刷的新型台阶型沉井基础方案,通过模型试验及数值分析确定了沉井相关设计参数,并基于地基中土体的三维应力状态和摩尔-库伦强度破坏准则,建立了深大基础三维地基承载力计算表达式。沉井基础成功实施的关键是可控的取土下沉措施,研究了超大型沉井下沉机理,探明随着沉井平面尺度的不断增大,端阻力与井壁侧摩阻力相比逐渐成为控制因素,沉井下沉施工必须进行盲区取土。通过对沉井刃脚下土体破坏形态的研究,提出土体破坏的临界宽度控制法和台阶式取土法,可为沉井下沉施工提供指导。     

特大圆形锚碇沉井下沉系数和稳定系数研究

为了解特大圆形锚碇沉井下沉施工中下沉系数和稳定系数变化规律,以武汉鹦鹉洲长江大桥北锚碇高43m、外径66m的沉井基础为背景,运用太沙基理论对3次接高与3次下沉的不排水沉井施工方案各工况进行稳定性验算。结果表明:在前2次沉井下沉过程中,其下沉系数较大,下沉较容易;第3次下沉过程中,其下沉系数减小,下沉较困难,须采取相应助沉措施。沉井的正面阻力和侧摩阻力在各下沉工况下均随着沉井的下沉深度呈线性增加,且正面阻力在沉井节段接高稳定工况下增幅达到最大,在刃脚踏面支承工况下增幅最小,稳定性均满足要求。     

南京长江四桥北锚碇沉井下沉施工

南京四桥北锚碇基础采用69×58m矩形沉井,沉井顶面高程+4.30,刃脚高程-48.50m,置于密实圆砾石层,下沉深度为52.8m。为使沉井顺利下沉到位,同时减少对长江大堤的不利影响,沉井前期采用深井降水和泥浆泵吸泥的排水下沉方案,后期采用空气吸泥机吸泥的不排水下沉方案。为了不破坏沉井底部圆砾石层,最后启用空气幕助沉措施,使沉井沉至设计位置。     

弥勒非低矮路基超固结膨胀土地基沉降特征

为研究非低矮路基下超固结原状膨胀土地基沉降特征,针对弥勒超固结膨胀土地区路基下地基的物理力学特性与沉降变形特征,开展了一系列原状膨胀土分级连续加载K₀固结试验以及现场路基填筑试验,并长期监测路基下地表沉降与路基下地基分层沉降。对比分析天然地基与CFG桩加固地基的沉降特征,地基中的超固结土与正常固结土的分界面深度随路基荷载增大的变化规律及其对地基沉降量的影响。分别采用正常固结法和超固结法计算地基沉降量,并与实测结果进行对比分析,对沉降计算方法进行了深入讨论。研究结果表明：CFG桩加固处理深度应超过超固结土层分布深度,否则与天然地基相比,控制沉降的效果并不明显;超固结沉降计算方法的计算精度明显高于目前设计常用的正常固结沉降计算方法（超固结计算方法的修正系数为0.531,正常固结计算方法的修正系数为0.351）,超固结算法-正常固结算法修正系数比随土层深度递减的趋势可用于反映超固结土层的加固处理情况;在路基工程设计中,对于路基荷载下的超固结膨胀土地基,建议采用超固结法沉降计算方法进行沉降分析;在地基加固处理时也应充分利用原状膨胀土的超固结特性,从而在该类地基加固设计中有效降低工程成本。     

超大型深水沉井结构分析和设计

泰州长江公路大桥主桥为三塔悬索桥,中塔采用超大型深水沉井基础。沉井平面采用倒圆角矩形,高76 m,下部为钢壳混凝土结构,上部为钢筋混凝土结构。结合该桥中塔沉井施工方法,对其在整个施工和使用过程中的最不利状态进行结构设计和验算。计算结果表明:沉井在浮运阶段倾斜角φ=0.6°,ρ-a=7.1 m;下沉至设计标高,刃脚下的土已被掏空的情况下,刃脚根部以上高度等于该处壁厚的一段沉井的井壁最大压应力为9.34 MPa;沉井最大和最小基底应力分别为1.64 MPa和0.159 MPa;沉井理论沉降量为2.5 cm,实际预留沉降量为5 cm,均满足规范要求。     

武汉杨泗港长江大桥主塔沉井硬塑黏土中下沉技术

武汉杨泗港长江大桥主桥为主跨1 700m的双层钢桁梁悬索桥,2个桥塔墩均采用沉井基础,沉井基底持力层均为硬塑黏土层,其中,1号和2号桥塔墩沉井需分别在硬塑黏土层中下沉6.2m和10.6m。2个桥塔墩沉井均采用不排水法下沉,当沉井刃脚进入硬塑黏土层后,井孔内的硬塑黏土采用绞吸法取土,先利用潜水挖泥机对土体进行强制式切削,再利用吸泥管将钻屑与水的混合物排出;刃脚下方的硬塑黏土采用水下爆破法取土,先将硬塑黏土炸松后抛掷到井孔内,再利用潜水挖泥机取出;沉井下沉时还采取了空气幕助沉技术。最终2个桥塔墩沉井基础在硬塑黏土中均顺利下沉到位。     

考虑土体非线性固结沉降的复合地基桩侧负摩阻力研究

基于Davis一维非线性固结理论,求得桩周土体固结沉降随时间和深度变化的计算公式;结合桩-土双曲线荷载传递模型,建立复合地基中桩体平衡方程的矩阵表达式,通过将矩阵方程组联立迭代求解,得到复合地基中桩侧摩阻力、桩身轴力及中性点位置.通过针对某工程实例的对比分析,验证了本文中所建理论计算方法的可靠性;继而探讨了地基土固结度、桩周土体初始体积压缩系数、桩端土体压缩模量及桩-土应力比对桩侧负摩阻力和中性点位置的影响.研究结果表明:所建立的考虑土体非线性固结沉降的桩侧负摩阻力计算模型可以有效、准确地反映复合地基中基桩负摩阻力和中性点位置随地基土固结时间的变化规律;桩周土体初始体积压缩系数对桩侧摩阻力影响显著,桩端土体压缩模量对中性点位置影响显著;桩身下拽力、中性点深度随着桩-土应力比的增大而减小.     

桥梁大型沉井基础建造技术发展与展望

沉井基础在大型桥梁主墩、锚碇基础中得到广泛应用，并在沉井工程勘察、工程设计与施工技术方面取得了一定的进展。在工程勘察技术发展方面，地质参数获取方法在现有理论分析法、室内试验法、现场试验法的基础上进一步发展了现场载荷板试验法，研制了侧摩阻力监测装置，对地基承载力、侧摩阻力等地质参数认识不断加深。在工程设计技术发展方面，通过对平面形式与尺寸、结构安全、软弱地基砂桩加固等方面不断进行优化设计，形成了适用于大型沉井的结构与地基处理的设计方法。在沉井施工技术发展方面，针对沉井浮运定位与着床，提出了井孔封闭助浮、多阶段多方式长距离浮运技术，以及液压千斤顶多向快速定位着床技术，研发了锚系定位系统；针对锅底开挖下沉的不足，提出了全节点支撑、中心块状支撑等新型开挖下沉工艺；针对高压射水结合泥浆泵设备取土的不足，研制了四绞刀快速破取土设备、可自移动式快速取土设备、机械臂水下定点取土机器人等新型设备；针对人工监测的不足，采用信息化监测系统进行沉井施工监测，形成了自动监测-风险预警-辅助决策控制-设备自动化执行的智能化监测控制技术；在沉井工业化建造技术方面进行了有益探索，将取土平台与供气管、供水管、排泥管、施...     

空气幕在沉井施工中的应用

马鞍山长江公路大桥北锚碇沉井基础施工中,沉井不排水下沉终沉阶段采用空气幕辅助下沉.该沉井采用3次接高、3次下沉的工艺,在第2节沉井接高时,在其井壁外侧布置竖向风管、水平风管和气龛,并在后续沉井接高中将竖向风管相应接长.终沉阶段向风管内通人压缩气体,气体从气龛孔喷出后使井壁与土壤之间的侧摩阻力减小,从而达到促使沉井快速下沉的目的.沉井下沉中应用空气幕对加快沉井施工进度、提高工程质量、降低工程造价方面有显著成效.     

超深大截面沉井下沉及钢壳沉井应力监测研究

沪通长江大桥为公铁两用斜拉桥，其中29号主墩采用倒圆角的矩形沉井基础，结合现场施工，在钢壳沉井的不同截面上安装土压力盒和钢板应变计等监测元件，对沉井侧壁和隔墙不同位置的受力进行监测。结果表明:在大锅底开挖情况下，沉井受力类似深梁构件，两侧受压中间受拉，且中间隔墙的拉应力会随着沉井的不断接高而逐渐减小，最后变为压应力；沉井在施工中倾斜时，同一断面对称位置的受力有很大区别，且在沉井姿态稍有变化时，同一位置的受力也会发生突变，故应尽量保证沉井的姿态垂直；沉井在吸泥下沉过程中，会发生翻砂、突沉的情况，对沉井的受力会有很大的影响，这些影响可在钢板应变计的监测上有所体现。