阶梯型沉井基础抗压承载特性及施工技术研究

文章依托FLAC3D数值模拟软件,采用理论分析推导和数值模拟试验相结合的方法,以某跨海大桥1号主塔墩沉井为基础,对阶梯式沉井基础的抗压承载特性和施工工艺进行了深入研究,得出如下结论:沉井基座受水平力影响,土抗值在前、后两面有较大差异。越接近地面,沉井侧壁土抗力越小,接近于0;当水平力由50kN增加至250kN,沉井前侧最大土抗力由133kPa增大至1000kPa;沉井基础首次浇筑完成后,沉井基础中心线上的沉降最大,为103mm。当第2次混凝土浇筑结束后,沉井基础中心线上的沉降为51mm,相比第1次浇筑,沉井周围土体已基本稳定。针对阶梯式沉井施工中关键影响因素的分析以及沉井下沉施工造成地表沉降的变化规律,提出相应的施工技术措施,促使沉井基础施工顺利进行,供同类项目参考和借鉴。

复杂条件下深水沉井基础偏位数值模拟分析

为了深入了解复杂条件下深水沉井基础偏位问题,采用大型岩土仿真分析软件midas GTS对多种工况下深水沉井的下沉受荷过程进行仿真模拟,并通过对比现场监控结果,对沉井偏位情况进行分析并总结沉井偏位的作用规律,分析依托工程沉井发生偏位的原因,计算评估各种纠偏方式的作用效果。结果表明:车辆荷载是引起沉井顺桥向偏位的主要原因之一;沉井整体偏移将随外侧堆土高度的增加而增大,二者呈正相关,但非线性相关;通过堆土回填调整沉井高差能逐步回调偏差达到沉井纠偏的目的。该分析结果可为深水沉井纠偏、防护方式的确定提供依据及理论支撑。

沉井基础下沉阻力分布特征研究

以海口某大桥主墩的沉井基础为研究对象,对沉井的下沉全过程进行了实时监测,根据大量现场实测资料,系统分析了沉井基础的下沉机理和下沉过程中的受力特性,得出了沉井下沉不同深度,经过不同土层时井壁侧摩阻力和刃脚端阻力的大小及分布规律,提出了下沉系数K和侧壁摩阻力值σf的计算方法和经验公式,以及土压力系数ki的取值范围。在此基础上建立了下沉阻力的计算模型,给出了最大侧壁摩阻力f0的计算公式和分布特征,所得出的结论可供同类工程借鉴与参考。

泰州长江公路大桥深水沉井基础定位下沉与控制技术研究

为解决泰州长江公路大桥在复杂条件下深水沉井定位难、摆动大等难题,以该桥中塔沉井为例,采用河工模型试验、CFD方法分析沉井着床阶段的河床冲刷形态和沉井摆动,同时研究终沉阶段下沉系数和沉井施工监控系统。根据分析研究结果,沉井定位采用"钢锚墩+锚系"的半刚性定位系统;采用"小锅底"取土方式下沉;采用信息化实时监控系统实时监测沉井空间几何姿态,确保了沉井准确定位与平稳下沉,最终将其平面误差控制在30cm以内,垂直度误差为1/363。

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。

根式沉井基础群井效率系数现场水平试验研究

根式沉井基础是一种根据仿生学原理提出的新型基础,制作时先在沉井井壁预留顶推孔,待沉井下沉至设计标高后,通过千斤顶将预制根键顶推入土,挤密周围土体,最后通过混凝土封壁保证根键和沉井固接。该基础适用于承受较大竖向、水平荷载且需要巨大抗拔力的构筑物。本文结合锚锭根式沉井基础课题,采用慢速维持荷载法进行了三次现场水平静载试验,测试了带承台群井体系的水平承载力及变位情况,研究分析了根式沉井基础群井效率系数。试验结果表明,群井效率系数保守值约为1.35,承台约束效率系数约为1.49,两者均随沉井数量和基础顶部水平位移的增大而增加。

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。

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43m，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。

沉井基础水闸整体结构及稳定性分析

针对传统计算方法中沉井基础水闸结构的设计未能考虑结构间的相互影响和整体工作效应的问题,以江苏省某沉井基础水闸为例建立了三维有限元计算分析模型,采用ANSYS软件模拟了混凝土材料的弹性、土体材料的弹塑性及结构和地基接触面的非线性行为,得到了闸室结构的位移、应力分布及基底的应力状况。结果表明,该沉井基础水闸整体结构的位移、强度及稳定性均满足现行规范要求,且有限元计算结果能较直观地反映水闸整体工作性态。实际工程设计中,建议采用三维空间有限元法进行沉井基础水闸结构的数值模拟。

深厚覆盖层下锚碇沉井基础选型的量化对比分析

锚碇作为悬索桥的主要承力结构物,锚碇基础的稳定性直接关系到桥梁的安全。沉井基础是深厚覆盖层地区常用的锚碇基础形式,通常根据深厚覆盖层的地质、水文条件,初步确定锚碇的基础形式,但锚碇基础的具体形状仍缺乏量化的对比分析。以泰州长江公路大桥南锚碇基础为背景,在相同的沉井基础体积下,拟定锚碇基础形式分别为矩形和圆形,采用有限元数值模拟方法,针对拟定的基础形式进行了对比计算分析,基于锚碇基础在施工期和运行期下的变形、基底反力、土体塑性区的分布规律以及基础的抗滑移、抗倾覆稳定安全系数值,分析评价了不同形状下锚碇沉井基础的承载性能,为深厚覆盖层地区锚碇基础优化布置提供了量化的参考依据。

沉井基础竖向承载特性的离心模型试验研究

基于离心模型试验对饱和砂土地基中沉井基础在竖向荷载作用下的承载特性进行研究,初步掌握地基极限承载力随基础埋深和基础宽度变化的规律,并对试验结果进行对比分析,结果表明:(1)基础埋深不大于5 m时,荷载-沉降曲线为陡降型,有明显的拐点出现,可取拐点对应的荷载作为极限承载力;基础埋深不小于10 m时,荷载-沉降曲线为缓变型,未出现明显的拐点,建议取相对沉降量(基础的实测沉降量与基础宽度的比值)对应的荷载作为极限承载力。(2)在均质地基环境中,极限承载力随基础相对埋深的增加近似呈指数型曲线增长。(3)进一步推求沉井基础极限承载力随基础宽度和相对埋深变化的函数表达式,其成果可用于估算砂土地基中沉井基础的地基极限承载力。

芜湖长江三桥3号桥塔墩设置沉井基础设计

芜湖长江三桥为主跨588 m的非对称矮塔斜拉桥,其3号桥塔墩处水深约25 m,水下岩石直接出露,弱风化岩层厚4~9.5 m,其下为单轴抗压强度75 MPa的微风化岩石。从结构受力、施工便捷及经济性等方面,对桩基础和设置沉井基础2种基础型式进行比选,由于设置沉井基础受力明确、施工便捷、工期较短、经济性较优,推荐采用。对设置沉井基础的结构形式、基础底面高程、顶面高程及盖板与井壁的连接方式进行研究,确定3号桥塔墩设置沉井基础选择钢结构形式,基础顶高程-5.5 m、底高程-25.0 m,基底置于微风化闪长玢岩中,沉井盖板与井壁采用PBL剪力键与剪力钉连接,设置沉井基础为圆端形,平面尺寸为65 m×35 m,高19.5 m,平面分为21个井孔。对设置沉井基础施工期、运营期及船撞、地震特殊荷载工况下的结构受力进行检算,结果表明各工况下结构受力均满足要求。设置沉井基础解决了深水裸岩建设条件下常规桩基础施工困难的问题,开拓了新型深水桥梁基础型式。

沉井基础基底接触应力分布规律分析

基底接触应力分析是研究沉井基础承载能力的基础。为确定沉井基础基底接触应力在不同荷载下的分布规律,制作5组不同宽度和埋深的基础模型进行静载试验,研究沉井基础在加载过程中基底接触应力的分布及变化规律,并基于极限平衡理论提出不同荷载阶段下基底接触应力的简化计算公式,将计算结果与试验结果及数值模拟结果进行对比。结果表明:基础边缘土体尚未屈服时,基底接触应力沿基础中心线对称呈均匀分布或抛物线形分布,基础边缘应力大于基础中心应力;基础边缘土体屈服后,基底接触应力峰值逐渐向基础中心移动,整体分布呈马鞍形;提出的基底接触应力计算方法结果与模型试验和数值模拟的结果大致相同。

软土地基上大型沉井基础安全监控模型

为了提高软土地基上大型沉井基础稳定性评价和安全监控的有效性,以江阴长江公路大桥北锚碇沉井基础为对象,在研究影响其稳定和安全运营主要因素的基础上,探讨了监控系统的主要结构,并从基础位移监控、基础抗滑稳定监控和地基土稳定监控3个方面建立了散索鞍水平位移监控模型、沉井前侧地基土水平向反力监控模型和基底反力监控模型.在综合现场观测数据和数值模拟结果的基础上,探讨了监控模型中原因量的主要构成及其与监控效应量之间函数关系的确定方法,并给出了江阴长江公路大桥北锚碇沉井基础主要控稳模型——散索鞍水平位移监控模型在通车运营期的具体函数表达式.研究结果表明,基础变位是软土地基上大型沉井基础的主要控稳因素,通过安全监控模型对其进行控制能为建筑物的安全运营提供保障.

深厚覆盖层下锚碇沉井基础的极限承载力及其长期稳定性研究进展

评述深厚覆盖层下锚碇沉井基础的极限承载力及其长期稳定性问题的国内外研究进展,重点讨论锚碇沉井基础的极限承载力、短期和长期变位以及稳定性的基本理论和研究方法,详细阐述在该领域的研究现状和存在问题,并提出了未来研究重点和发展趋势。

桥梁沉井基础施工风险主成分分析法

提出了桥梁沉井基础施工风险主成分分析法,并将该方法应用于武汉鹦鹉洲长江大桥北锚沉井基础施工风险分析中.通过构建北锚沉井基础风险因素和施工工序对应关系矩阵,获得了北锚沉井基础的风险因素在3个降维后的施工工序(主成分)中的排名情况.结果表明,沉井施工对周围建筑物产生影响和井底流沙在沉井接高下沉中风险较大;井壁强度不足在钢壳制作中风险较大;前期组织不完善在前期准备中风险较大.

大跨度公铁合建斜拉桥主塔沉井基础沉降变形分析

高速铁路桥梁基础整体沉降对桥梁线型控制至关重要,而规范中计算整体沉降的分层总和法在深大沉井基础中的适用性有待商榷。以大跨度公铁合建斜拉桥深大沉井基础为工程背景,分别采用摩尔-库仑模型(M-C)、土体硬化模型(HS)和小应变土体硬化(HSS)模型,通过有限元方法,得到了相应的基础沉降曲线。与现场监测数据对比表明,采用HSS模型得到的计算结果与实测值吻合较好。在此基础上,对后续重要施工阶段的沉降趋势进行了合理的预测。与此同时,针对该工程的深大沉井基础,对现有规范分层总和法中的沉降经验系数进行了修正,在该工程中,建议将沉降系数修正为0.13。

泰州大桥南锚碇沉井基础深度效应研究

重力式锚碇基础在计算中通常简化为浅基础,并不考虑深度效应的影响,较为不经济。泰州大桥南锚碇沉井埋置深度达42 m,为将深度效应考虑到锚碇稳定性计算中,故采用有限元法对泰州大桥南锚碇沉井基础的深度效应进行研究。通过计算对比不同埋置深度条件下锚碇基础在施工期及运营期内位移和转角的变化,可知深度效应对锚碇基础承载力的增强作用十分明显。

深水沉井基础碎石防护粒径起动特性试验研究

深水沉井施工过程中,为避免墩基床面的冲刷、减少沉井下沉的风险,会对墩基附近河床进行预防护。根据工程的实际需要,泰州长江公路大桥开展深水沉井基础碎石防护粒径起动特性试验研究,对预防护采用的级配碎石比例、级配碎石在不同水深下起动流速、沉井基础附近水域的碎石在不同位置处的起动情况进行研究。

超大型沉井基础的施工风险评估

超大型沉井基础受尺寸巨大、地质条件复杂等因素影响,在施工阶段具有较高的安全及质量风险.为准确有效地实现大型锚碇沉井基础施工过程的风险评估,采用工作分解结构-风险分解结构(WBS-RBS),并结合专家调查法进行施工全过程风险识别;基于分解结构估测风险事件概率及损失等级从而确定初始风险分解矩阵,通过模糊层次分析(FAHP)法分析各类风险权重对其加权修正,并以修正风险矩阵值评估风险等级;采用该风险评估方法开展连镇铁路五峰山长江大桥北锚碇沉井基础施工风险评估.研究结果表明:基于WBS-RBS法及专家调查法识别出“井壁开裂”等158项风险源;逐项计算初始风险值、综合风险值权重,并按等级划分标准评估出修正风险值大于1.696的“沉井突沉”“几何偏斜”等重大风险源共16项;针对重大风险源提出施工专项方案、实时施工监控及风险预案等措施控制.为该沉井基础工程施工风险控制提供了依据,并为类似工程风险评估与控制提供借鉴.