根式沉井基础竖向承载力自平衡试验研究

根式沉井基础是通过在普通沉井井壁增加根键,利用根键带动基础周围大范围土体承担基础顶部荷载,使其承载力得以提高.为研究其竖向承载特性,并与普通沉井基础进行承载力对比,考察根键对于竖向承载力提高程度,对根式沉井基础及顶入根键前的普通沉井基础进行竖向承载力自平衡试验研究.试验结果表明,根键对提高沉井基础竖向承载力效果明显.     

根式基础及根式锚碇方案构思

本文提出一种新型基础--根式基础,它是在沉井的侧壁以顶推根键的方法使基础周边土体的承载力充分调动起来,形成一种仿生的根式基础.利用数值模拟对根式基础和普通沉井基础的受力特性进行了分析.根式基础用于悬索桥锚碇将成为一种新的选择.     

根式沉井基础水平向荷载试验研究

为研究根式沉井基础的水平承载特性,对其进行水平承载力测试,试验加载采用慢速维持荷载法.测试出同等直径和长度根式沉井基础和普通沉井基础的水平承载力,同时分析根式沉井基础的变形、井身弯矩及所承担的周围土抗力.试验结果表明:根式沉井基础与普通沉井基础相比,承载力大幅提高;根式沉井基础顶部水平位移较大,底部水平位移较小,基础中上部所受土抗力较大,对整个基础承担水平荷载起主要作用.     

原创型根式基础关键施工工艺

根式基础是一种创新型基础形式,是在沉井井壁预留顶推孔,待沉井下沉到设计标高后,将预制好的根键顶入土中,在保证根键与沉井固结后形成的一种仿生基础.主要介绍马鞍山长江公路大桥根式基础关键施工环节的施工工艺,包括轻型根式沉井下沉方法、根键的顶推成套装置、根键顶推的工艺、根键顶推过程的止水等.     

悬索桥锚碇桩式基础位移及受力分析

悬索桥锚碇可以采用群桩基础替代常用的重力式基础,通过分析已建成工程实例锚碇桩基础的布置方式、直径、土体效应对桥梁位移的影响,证明大直径群桩比小直径群桩及斜桩刚度大,抵抗水平荷载能力强.采用考虑摩擦滑动的桩土单元的有限元法,分析马鞍山长江公路大桥管柱基础锚碇方案的水平位移、竖向位移和桩侧土体应力所处的力学状态,结果表明:管柱基础锚碇的水平位移可以满足大跨悬索桥正常工作需要,桩侧土体应力在弹性范围之内,不至于产生蠕变导致锚碇后期水平位移的增加.     

根式沉井基础力学分析与施工工艺

为分析根式沉井基础受力机理并总结其施工工艺,对马鞍山长江大桥江心洲Z1号、Z5号、Z9号桥墩基础开展相关研究。分别建立根式沉井在竖向荷载、水平荷载及荷载组合作用下的力学模型,结合经验公式,推导出该类基础竖向、水平承载力及结构变形等的分析方法。对Z5号桥墩基础B进行受力计算,将计算结果与实测结果进行对比得出:在井壁增加根键可有效提高沉井基础的承载力。通过工程实践,确定Z1号、Z5号、Z9号桥墩基础采用以压重为主的助沉方案,根键施工按自下向上的顺序逐层进行,对称顶进。     

悬索桥分体组合式沉井锚碇基础的设想与模型试验

为降低传统沉井的下沉难度,同时保持传统大型沉井锚碇基础良好的承载性能,提出了一种下沉期分开设置、运营期组合共同承载的分体组合式沉井锚碇基础,并进行多组模型试验验证。基于大型锚碇基础的受力特点和相同下沉体积的原则,选取长、宽、高分别为400,200,800mm的分体沉井,对钢制模型沉井在相同密实度的砂体中开展水平加载模型试验,以确定分体式沉井的合理间距;对比分析在相同水平荷载下传统沉井和分体组合式沉井在承载能力、位移方面的异同;测试并分析分体式沉井周边的土体抗力分布、位移变化以及在短期及长期加载情况下的发展趋势。结果表明:分体组合式沉井是一种可能替代传统大型沉井锚碇的基础形式,分体式沉井比传统沉井具有更好的水平承载性能;模型试验中前井承担的水平荷载比例为65%,远高于后井承担比例;在长期水平荷载作用下,与普通沉井破坏阶段的变形以转动为主不同,分体式沉井平动产生的位移比例约为60%;沉井变形达到稳定所需时间是土压力达到稳定时间的2倍左右,沉井前方土体的最终位移约为初始位移的3倍,且其参与程度随离开沉井的距离而衰减;研究结果为分体式沉井的实际工程应用提供了初步依据。     

马鞍山长江公路大桥左汊主桥悬索桥南锚碇基础比选

马鞍山长江公路大桥左汊主桥采用2×1 080 m三塔两跨悬索桥方案.南锚位于江心洲上,场区覆盖层厚,合理的持力层圆砾土层埋深约50 m.根据对地质的适应性,选择沉井基础方案和根式锚碇基础方案进行比选.沉井方案结合地质条件以及受力情况选择了合理的持力层,并考虑施工下沉的要求对结构进行了优化设计;根式基础方案为一种新型结构,通过现场的试验,提出了有效的简化计算方法及施工工艺.综合两个方案的优缺点,经比选,采用相对成熟的沉井基础作为南锚碇的最终实施方案.     

根式基础水平承载力的弹塑性有限元分析

采用弹塑性有限元法,对某公路长江大桥的根式基础原位试验进行数值模拟,通过改变根式基础的结构布置,分析了根式基础的受力特性,探讨了根键排列形式、根键数量、根键布置位置等因素对根式基础承载力的影响。研究证明,在施工工艺允许的前提下,调整根键布置位置是提高根式基础水平抗推承载力的有效措施。     

新型桥梁基础——根式沉井施工关键技术

根式沉井是以传统沉井为基础,通过仿生创新而设计的一种新型桥梁基础。文中分析了根式沉井的加固原理;以阜阳至合肥高速公路淮河特大桥跨堤桥左半幅桩基础施工为例,从底节沉井管壁施工、沉井安装下沉辅助措施、顶推根键等方面对根式沉井的施工技术进行了摸索和改进,简述了其关键施工技术。     

江阴大桥北锚沉井基础变位过程实测研究

根据江阴大桥北锚沉井基础变位41次的观测资料，揭示长江下游软土地基上大距径悬索桥锚碇沉井基础在施工及营运阶段的变位规律。实测结果表明：特大型沉井分区封底对沉井沉降特征具有重要影响；不同施工阶段，锚碇沉井基础变位呈现出不同的特征，沉降及不均匀沉降是最根本的变位。     

武汉鹦鹉洲长江大桥北锚碇新型沉井基础设计

武汉鹦鹉洲长江大桥主桥为三塔四跨悬索桥。该桥北锚碇基础经多方案比选采用多圆孔环形截面新型沉井结构。沉井中间大圆孔内设置十字形隔墙,圆环内沿圆周均布有小直径井孔。沉井总高43 m,共分8节,第1节为钢壳混凝土沉井,第2~8节均为钢筋混凝土沉井。北锚碇施工中采用不排水下沉、井壁增加空气幕等措施减小施工难度及风险。采用软件FLAC3D对沉井施工过程进行数值模拟分析,评估施工安全性能、施工引起的环境效应及运营加载后锚碇基础的变形等。计算结果表明,沉井分节下沉施工过程中其结构、地面变形均满足规范要求,施工可有效避免对周围建筑物和长江大堤的不利影响。     

嵌入软岩的地下连续墙锚碇基础承载特性研究

传统的重力式锚碇基础设计不考虑围护结构对基础承载力的贡献,而地下连续墙作为围护结构由于自身的结构特性,会在锚碇基础的承载时发挥一定作用。针对虎门二桥东锚碇基础,采用有限元方法分析了施加缆力前后锚碇基础的承载特性,并对地下连续墙在锚碇基础中荷载分担比和锚碇最大水平位移的影响因素进行了研究。结果表明,缆力的施加导致锚碇基础的水平剪力和弯矩均迅速增大并重新分布,地下连续墙始终承担了一定比例的荷载;施加缆力后,锚碇基础和地下连续墙的内力的峰值点或拐点均位于强风化软岩层与中风化软岩层分界面处,地下连续墙嵌入中风化软岩层的部分发挥了较大承载作用;地下连续墙的墙厚对地下连续墙在锚碇基础中的内力比影响最大;岩层弹性模量和地下连续墙的嵌岩深度对锚碇最大水平位移控制作用影响大。     

根式基础水下顶进根键可行性试验

马鞍山长江公路大桥施工桥位处地下水非常丰富,为验证在有水环境下根键顶进施工的可行性,在施工现场针对1个根式基础进行根键水下顶进试验.沉井首先下沉到位并封底,在干环境下安装好根键,然后灌满水,由潜水员下潜至预定位置,利用千斤顶进行根键顶进.试验结果表明,水下顶进根健顺利、安全,单根根键顶进时间为12 h,比干环境长6～8 h,顶进过程未出现异常现象.水下顶进根键可行.     

长江大桥基础的应用与发展

针对现有的132座长江干流大桥从桥型、跨度及基础形式进行统计分析,对每种基础形式选取代表工程进行说明,并预测了长江大桥的未来发展趋势。统计分析结果表明:斜拉桥及悬索桥是长江大桥的主要桥型;长江大桥跨度多集中在400～600 m;长江大桥主墩基础目前有6种形式:桩基础、沉井基础、管柱基础、沉井+管柱复合基础、沉井+桩复合基础及扩大基础,其中桩基础为最常用的基础形式;悬索桥锚碇基础目前有3种形式:隧道锚碇、开挖重力锚碇及沉井重力锚碇,其中开挖重力锚运用最多。随着桥梁荷载的持续加大,单纯依靠增大基础不经济,可采用后压浆技术提高土体性质,进而提高基础承载力;由于深水基础恶劣的服役环境,耐久性更好的新型材料是未来的发展趋势。     

悬索桥锚碇基础的稳定性分析

锚碇作为悬索桥的主要承力结构物,它的稳定性是十分重要的。针对润扬大桥北锚碇基础,基于三维有限元仿真分析模型的计算成果,对锚碇基础抗滑移、抗倾覆稳定进行了计算分析。研究分析了基础前、后墙土体压力对锚碇基础稳定性的影响,并且分析了基底接触面摩擦强度指标对抗滑移稳定性的敏感程度。通过研究分析,得出了悬索桥锚碇基础稳定性分析的一些有益的结论。     

四渡河特大桥隧道式锚碇数值模拟

采用数值模拟方法研究了悬索桥隧道式锚碇系统的力学行为特征、围岩稳定状态、锚碇变位机理和拓扑效应。就锚碇体轴线倾角、长度、夹持角、接触界面粗糙度及结合程度对锚碇位移和岩体安息稳定性的影响作了深入探讨。研究发现:夹持角控制着锚碇变位和破坏机理,夹持角过小时锚碇压密围岩土体,较大时锚碇前端附近土体则产生剪切破坏;锚碇长度影响接触面围岩应力量值,表现为非线性的自组织临界特征;锚碇体粗细对系统主要监控参数的贡献相对均匀。给出了锚碇拓扑参数的取值范围和针对性的设计措施,为悬索桥隧道式锚碇的优化设计提供了理论基础。     

五峰山长江大桥北锚碇沉井基础变形分析

连镇铁路五峰山长江大桥主桥为主跨1 092m的公铁两用钢桁梁悬索桥,北锚碇采用100.7m×72.1m×56m的矩形沉井基础。为了解沉井基础在施工过程中的变形及其对后续施工的影响,采用Abaqus软件建立沉井-地基以及沉井与邻近桩基础有限元模型,结合现场监测数据,针对沉井基础底板施工至主梁架设的11个工况,分析沉井基础变形与受力状态、地基土应力路径及邻近桩基础的变形。结果表明:沉井基础以沉降变形为主,水平变位和整体转动量相对较小;不同工况下,沉井基础井壁与底板受力状态变化显著;沉井底板下地基土应力路径位于强度破坏线下方,地基土未发生破坏,其变形以压缩变形为主;邻近桥墩基础的竖向和横桥向位移受沉井基础施工的影响较小;计算结果较准确地预测了沉井基础和邻近桩基的沉降和水平变形,有效地指导了北锚碇散索鞍的定位及引桥段合龙施工。     

根键式基桩竖向承载力自平衡法试验研究

根键式桩基础是一种新型的基础形式,其通过固结的根键来增加结构与土体的共同作用,以提高基础的承载力.为检验自平衡法在根键式基桩承载力测试中的适用性,以及进一步了解根键式基桩承载能力的性能,以某长江大桥试桩为背景,对1根根键式试桩和1根普通试桩竖向承载能力进行自平衡试验.试验结果显示:自平衡试桩法可用于检验根键式桩基础的施工工艺和成桩后的承载力;根键能提高基桩承载力和减小桩顶沉降.结合计算结果对根键式桩基础的设计和施工提出了建议.     

根式基础在密实砂土地区的应用研究

某连续梁桥位于密实砂土地区,基础形式为4根1.5m摩擦桩,上部设置承台。若用2根根桩组成的根式基础替代原基础结构,取消承台,则可有效缩短工期,节约造价。该文结合密实砂土的力学特性,通过理论分析结合Ansys、FLAC~(3D)数值模拟计算表明:(1)在保持桩长不变的前提下,基础采用2根Ф2.5m根桩,取消承台,竖向承载力满足设计要求,且安全系数为原设计的2.28倍;(2)根式基础根键可以增大桩基侧摩阻面积,从而提高桩基承载力,但增加幅度较小;(3)根式基础根键可以大幅度提高桩基底面承载面积(桩身底面与根键底面之和),且密实砂土层底面承载力容许值较高,根式基础底面承载力大幅度提升,占整桩竖向容许承载力的比值达到69.8%。