深大沉井下沉阻力的现场监测

分析刃脚土阻力与侧壁摩阻力的大小和变化规律是沉井设计计算的重要内容,现有规范中所给的计算方法是否适用于大型沉井基础的设计计算,还需进一步验证。为此,通过布置刃脚踏面土压力传感器、侧壁土压力传感器以及GPS沉井姿态监测系统,对沪通长江大桥主墩沉井的下沉阻力开展了现场监测。结合大量现场监测资料,分析了大型沉井基础下沉期间的下沉机理与下沉阻力分布特征,对目前沉井下沉阻力计算中常用的规范和计算方法的适用性进行了分析,结果表明:目前的设计计算方法在计算刃脚土阻力时均未考虑刃脚所在土层前期固结压力的影响,因此,此类计算方法仅适用于沉井入土深度较小、刃脚所在土层前期固结压力不大的情况,当沉井入土深度较大时,计算值与实际值相比明显偏小;由于压力松弛效应,沉井侧壁摩阻力随入土深度的增大呈先增大后减小的变化规律,压力松弛区影响高度≥5 m。另根据现场监测结果,提出了侧壁摩阻力分布简化模型,分为以下3个阶段:第1阶段为线性增加阶段,侧壁摩阻力分布模式为三角形分布;第2阶段为压力松弛影响阶段,侧壁摩阻力分布模式为三角形分布+倒三角形分布;第3阶段为压力松弛下移阶段,摩阻力分布模式为梯形分布。研究结果可为沉井设计计算方法的优化提供参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于光纤传感技术的管桩受力特性离心模型试验研究

为研究拓宽路基中管桩贯入过程以及承载阶段受力特性,进行了管桩复合地基拓宽路基的离心模型试验。在离心场下利用机械手装置实现了管桩的模拟压入过程,利用光纤光栅传感器对桩身应变进行了监测,揭示了桩端阻力及桩侧摩阻力的发展规律。研究结果表明,在管桩压入过程中桩侧摩阻力随着贯入深度的增加而快速线性增加,压入深度超过7倍桩径后基本不再增加;在路基运营阶段,桩身轴力沿深度先增大,在桩身1/4深度处达到峰值后逐渐减小,呈三角形分布;在拓宽路基荷载作用下,管桩刺入褥垫层导致桩上部1/5范围内桩身承受负摩阻力,桩下部4/5范围内桩身承受正摩阻力。     

山区高陡横坡段桥梁桩基承载机理模型试验

以现场工程为原型,设计了45°,60°,75°三种不同陡坡下高陡横坡段桥梁桩基的室内模型承载试验.通过对承载过程中桩顶位移、桩身内力及桩侧土压力等的全程测量,对竖向及水平向荷载作用下桩基的荷载传递规律、内力分布规律及桩侧土压力分布规律进行了研究.结果表明:竖向荷载下高陡横坡段桥梁桩基承载力由桩侧摩阻力与桩端阻力组成,但由于临空面存在,靠边坡一侧桩侧摩阻力传递深度更大,且该效应随边坡坡度的增加而增大;水平向荷载作用下,桩基桩顶水平位移随边坡坡度增加而增大,而内力分布规律与平地桩基类似,即存在最大弯矩及反弯点,但最大弯矩随边坡坡度的增加明显增大,反弯点位置则随坡度增加而有所下移;不同荷载及坡度情况下,后桩桩侧压力随深度均呈现先增大后减小的基本规律,而前桩桩前土抗力则随深度逐渐衰减.     

大型沉井基础首次下沉高度选择探讨

为保证大型沉井施工的安全和可行性，从水流引起的冲刷深度、沉井入土稳定性、水上整体浮运安全等方面，对沉井首次下沉高度的选择进行探讨。     

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。     

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...     

竖向荷载下超长群桩承载性状的模型试验研究

针对目前超长群桩尚缺乏深入研究的现状,设计并完成了一组软土地基中超长群桩室内模型试验。通过对超长群桩室内模型试验测试结果的分析,研究了竖向荷载下超长群桩的荷载传递机制和承载性状,得到了竖向荷载超长群桩的荷载一沉降曲线,桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力分布规律。研究表明,随着桩顶荷载的增加,软土地基中超长群桩的Q—S曲线呈缓变型,未出现显著的转折点或陡降;桩身轴力沿深度逐渐递减,各级桩顶荷载作用下角桩桩身轴力略大于边桩;在整个桩长范围内,角桩的桩侧摩阻力稍大于边桩,两者分别出现了两个峰值,峰值点所在深度基本相同;群桩中角桩、边桩桩端阻力占桩顶轴力的百分比随桩顶荷载的增加均呈现先减小后缓慢增大再达到基本稳定的分布趋势。     

线性剪切流作用下设置沉井施工期受力特性研究

为研究水流作用对设置沉井施工期受力特性的影响，采用线性剪切流模拟非均匀流，建立水流-圆形设置沉井相互作用模型，分析不同施工阶段圆形设置沉井与水流的相互作用情况，并与均匀流作用进行对比。结果表明：线性剪切流作用下圆形设置沉井水流力及水流力矩随流速的增加均呈平方关系。线性剪切流呈表面流速大、底层流速小的规律，对结构尾流区的涡漩有显著抑制作用，与均匀流作用相比，线性剪切流作用下结构受力偏小。随着沉井不断下沉，结构吃水深度增加，过水断面进一步压缩形成了绕流，引起局部压力及水流力成倍增加。     

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.     

上拔力作用下桩土相互作用数值分析

上拔力作用下桩土之间的相互作用较复杂。文中利用ANSYS软件建立石首建宁大桥桩土模型,选择桩土作用非线性Drucker-Prager模型,结合桩土接触面特性与荷载传递机理分析上拔力作用下桩身轴力、桩侧土压力和桩侧摩阻力的变化。结果表明,上拔力作用下桩身轴力由上到下逐渐减小,钢管桩表现为纯摩擦桩;桩侧土压力随深度逐渐增加,与库伦土压力公式计算结果吻合;上拔力作用下桩侧摩阻力自上而下逐步发挥,最大摩阻力出现在桩的中下部。     

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。     

马鞍山长江大桥南锚沉井下沉关键技术研究

马鞍山长江大桥南锚碇采用沉井基础,沉井入土深度超过50m,其施工采用“3次接高,3次下沉”的工艺：第1次下沉采用降排水措施,第2次下沉采用半排水措施,第3次下沉采用不排水措施。在沉井第3次下沉过程中,开启空气幕助沉,显著加快了下沉速度。沉井下沉期间,采用综合监控手段,保证了沉井顺利、精确下沉。实践证明,该桥所采用的沉井下沉方案科学合理,下沉到位后沉井几何姿态良好。     

钻孔灌注桩侧摩阻力静载试验与有限元分析

进行钻孔灌注桩静载试验,获得桩的Q-S曲线,计算得到桩侧摩阻力值;用有限元法对加载试验进行了模拟,得到不同荷载下桩壁侧摩阻力在深度上的分布规律。结果表明:在一定深度覆盖层以下的红砂岩中,桩侧摩阻力大小随深度加深而减小;红砂岩层中桩基极限侧摩阻力值为800~900 kPa,建议设计取500 kPa,经济合理。