常泰长江大桥6号墩沉井下沉施工监控技术

常泰长江大桥主航道桥为主跨1208 m的公铁两用斜拉桥,大桥6号墩采用平面圆端形、立面台阶型的超大钢壳混凝土沉井基础,沉井基础底平面尺寸为95.0 m×57.8 m,总高72.0 m,下沉穿过黏土、砂交互地层。为有效控制6号墩沉井下沉施工风险,提高下沉效率,提出“一条主线、三个限定”的总体控制原则。在沉井下沉可行性控制方面,将沉井底面支承反力监测点布置在内、外井壁和隔墙的刃脚踏面上,兼顾了沉井下沉阻力计算、地基土失稳破坏风险预警和取土效果评价的功能;提出基于CPT评估砂土层沉井外井壁刃脚踏面反力的经验算法,解决了施工前难以评估沉井下沉端阻力的问题;提出采用分项计算下沉阻力、分状态评估沉井下沉可行性的方法,解决了下沉系数的力学意义不明确、难以准确评估下沉可行性的问题。在地基土稳定性控制方面,提出基于圆弧滑动理论评估地基土稳定性的方法,确定保证地基土稳定需控制外井壁刃脚踏面反力不小于1.0 MPa。在沉井姿态控制方面,提出将下沉侧阻力占下沉总阻力的比重系数作为沉井突沉风险判定指标,根据该指标判断该沉井突沉风险较低。基于上述监控技术,6号墩沉井实现了平稳、高效下沉。

常泰长江大桥主航道桥6#墩沉井定位方案及创新技术研究

常泰长江大桥主航道桥6#墩采用超大台阶型钢沉井基础,为解决超大型钢沉井快速定位、精确着床的难题,该沉井定位系统创新采用“锚墩+大抓力锚”相结合的方式,整个定位系统由锚墩、大抓力锚、大直径钢丝绳、液压连续千斤顶及智能张拉控制系统组成,边锚采用大抓力锚,同时应用了大抓力锚防走锚技术和缆绳快速安装技术。

南京长江第四大桥北锚碇沉井基础施工关键技术

南京长江第四大桥北锚碇采用沉井基础,沉井尺寸为69.0 m×58.0 m×52.8 m,置于密实卵砾石层,工程地质条件复杂。沉井共分11节,第1节为钢壳混凝土沉井,其余均为钢筋混凝土沉井。采用打设砂桩和换填砂土复合地基加固法加固地基。在加固地基上现场拼装钢壳沉井节段,浇注第1节沉井混凝土。11节沉井分4次接高下沉,首次下沉采取水力吸泥机取土、降排水下沉,其余3次下沉采取空气吸泥机取土、不排水下沉。沉井下沉就位后按照4个分区的顺序逐区进行封底混凝土施工。施工监测表明,沉井下沉姿态、偏差均控制在规范标准之内。

沪通长江大桥公铁合建斜拉桥桥塔基础设计

沪通长江大桥为4线铁路、6车道公路合建桥梁,主航道桥采用跨径布置为(142+462+1 092+462+142)m的连续钢桁梁斜拉桥。该桥桥塔基础建设条件复杂,根据桥塔基础特性,从结构受力、经济性、施工便捷等方面对大直径钻孔桩基础和沉井基础方案(圆形沉井、矩形沉井)进行比选,最终推荐采用倒圆角的矩形沉井基础。矩形沉井下段采用钢沉井,上段采用混凝土沉井。28号、29号沉井总高分别为105m、115m。标准段井身平面尺寸为86.9m×58.7m(四周倒圆角半径为7.45m),考虑施工便捷,井身竖向分节,标准节段高6m。沉井为平面框架结构,平面布置为24个12.8m×12.8m井孔,封底混凝土厚14m,为确保封底混凝土与井身结构传力,钢沉井底部设置抗剪剪力键。

南京长江四桥北锚碇沉井首次降排水下沉研究

南京长江四桥北锚碇沉井是目前世界上最大的矩形沉井,长69m,宽58m,高52.8m,其首次降排水下沉需要处理下沉精度、结构安全和附近长江大堤沉降等问题。通过现场开挖控制、应力监控和大堤沉降观测表明,在不同下沉阶段采用不同的开挖策略是能够保证沉井下沉精度的;在沉井下沉前期,开挖方案对结构安全起控制性作用,后期则由于土体对沉井侧壁约束作用的加强,下沉深度越大结构越安全;长江大堤的沉降主要由承压含水层的压缩引起,并且产生的沉降量较小,没有出现安全问题;南京长江四桥北锚碇的首次降排水下沉是非常成功的。

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。

超大截面沉井着床行为判别分析

沪通长江大桥29号墩采用矩形沉井基础，沉井平面尺寸为86．9m×58．7m，高115m。为了准确控制沉井着床精度、把握沉井稳定着床的时机，现场采用刃脚处应力监测和GPS沉井姿态监测2种措施进行监测。通过在刃脚踏面和隔墙底面安装一定数量的土压力盒采集刃脚和隔墙下部与土体的接触应力，并将应力监测数据和GPS姿态监测数据相对比分析，二者相互校核，对钢沉井着床稳定给出准确判断。结果表明，有效接触应力为O．1～O．15MPa可作为沉井开始着床的判据，有效接触应力达到或超过O．4～O．5MPa可作为着床稳定的判据。经现场施工验证，土压力盒保护措施效果良好。

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、施工电缆桥架等进行了集成化设计,推动了大型沉井的应用与发展。但在大型沉井理论、智能化装备、智能化建造方面还存在不足,随着工程建设的不断发展,地质参数高精度获取、理论分析方法、大型沉井设计与施工规范、特殊地层建造技术、工业化与智能化施工是大型沉井建造技术发展的方向。

河床预开挖下超大型沉井基础局部冲刷试验研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1176 m公铁合建双塔双索面斜拉桥,桥塔墩采用超大圆端形截面台阶型沉井结构(下端平面尺寸95 m×57.8 m,高72 m,台阶宽9 m),沉井基础采用河床预开挖下沉施工方案。为确定河床预开挖宽度、深度及该方案实施后需采取的防护措施,采用水槽局部冲刷及防护模型试验,分析河床不同预开挖深度、宽度下的超大沉井基础局部冲刷特性以及抛石防护效果,并从减少沉井周边局部冲刷的角度提出了最优河床预开挖方案和抛石防护方案。结果表明:随河床开挖深度增加,沉井周边局部冲刷呈递减趋势;随河床开挖宽度增加,沉井周边局部冲刷呈递增趋势,增幅随流速增大呈先增加后减小趋势,流速越大开挖宽度的影响越小;开挖深度为0.6h(h为开挖前水深)、开挖宽度为(1.1~1.2)D(D为沉井迎水侧阻水宽度)最为合理;在河床预开挖的基础上对沉井周边进行抛石防护,防护方案实施便利、效果明显。现场监测结果表明:在2020年度大洪水作用下,沉井基础周边河床冲刷幅度较小,且与模型试验结果相符。

城市桥梁超大沉井关键施工技术

武汉鹦鹉洲长江大桥为三塔四跨钢-混结合梁悬索桥,桥跨布置为(200+2×850+200)m。该桥北锚碇基础为"带孔圆环+十字撑"结构沉井,圆环内沿圆周均布16个直径8.7m的井孔。为降低沉井施工对周围房屋、长江大堤的安全影响,沉井施工前在其外围10m处设置地下连续墙结构进行防护。沉井共分8节,采取在底节上接高第二节后下沉9m,再接高3节下沉14m,最后接高3节下沉22m的"3次接高3次下沉"施工方案。为防止出现翻砂事故,采取沉井内侧环向均匀取土、中间缓吸反压的技术措施,采用5孔单孔直径1mm的空气幕气龛助沉。在沉井即将到达设计标高时,在沉井内侧沿沉井壁吸泥形成环形沟槽、开动空气幕实现沉井精确就位。采取长距离管道水力排渣施工方法,有效避免对城市环保和路面交通的影响。

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。

陆上特大型沉井施工技术

泰州大桥主桥采用主跨2×1080m三塔两跨两锚碇悬索桥,其中南、北锚碇基础为特大型沉井,矩形平面尺寸为67.9m×52.0m,高度分别为41m,57m。针对锚碇基础覆盖层深厚、基础尺寸巨大、沉井下沉深度深等特点,通过施工技术的攻关,顺利完成了砂桩复合地基处理、沉井制作和拼装、钢壳沉井混凝土填充、混凝土沉井接高施工、水力机械冲吸式排水下沉和空气吸泥机吸泥下沉等多项施工工序,为今后陆上特大型沉井施工提供了借鉴。文章简要介绍了南、北锚碇陆上特大型沉井的施工技术。

台阶型沉井水动力特性及局部冲刷影响研究

为了解台阶型沉井附近水动力特性及沉井台阶位置对局部冲刷的影响,以优化沉井结构,以某桥大型台阶型沉井为背景,通过流体计算软件CFD建立三维定床水动力模型,分析该沉井台阶设置对水流流速和流速矢量、湍流动能、床面切应力等沉井附近水动力特性的影响规律;通过物理模型动床试验,分析台阶位置对最大局部冲刷深度的影响。结果表明:通过数值模拟分析,沉井台阶位置位于床面或以下对其附近的水动力特性影响较小;通过物理模型动床试验,沉井的台阶位置位于床面、床面以下0.6h、0.81h(h为水深)处时,其最大局部冲刷深度相较于无台阶沉井基础的最大局部冲刷深度的减冲率分别为5.6%、18.8%与19.9%。

泰州长江公路大桥南锚基础沉降计算研究

泰州长江公路大桥为三塔两跨悬索桥,两岸锚碇采用沉井基础。采用工程类比法和有限元法,分别在设计和施工阶段预测该桥南锚基础的沉降值。工程类比法以已经建成的江阴长江大桥北锚为原型,基于弹性理论类比出待建的泰州长江公路大桥南锚的沉降量,施工期沉降观测值表明,实际沉降值约为类比值的60%,类比值仅能供初步设计参考。有限元法则根据锚碇浇注过程中的实测沉降反演出力学参数,然后预测施工后期即架缆和桥面铺装阶段锚拉点的位移,计算结果表明,运用反演后的参数可以较准确地描述不同施工阶段沉井的变形特征,并指导后期施工。

公铁合建跨海桥梁裸岩区深水基础设计

一公铁合建跨海大桥跨越8万t级航道,采用(1 050+980)m双悬索桥结构。桥址区建设条件复杂,水深45 m,最大潮差6.29 m,最大设计流速3.27 m/s。主通航孔小里程侧主塔墩基础位于裸岩区,是该桥设计的关键。通过对比圆端形设置沉井、圆环形设置沉井、钻孔桩基础3种基础形式,推荐主塔墩基础采用圆端形设置沉井基础。在确定了持力层、海床防冲刷措施、基坑开挖方案的基础上进行圆端形设置沉井基础的结构设计及检算,并细化钢沉井浮运及施工组织方案。结果表明:圆端形设置沉井基础在施工难易程度、受力合理性、造价等方面均存在较大优势,适用于该桥裸岩桥址区域。

泰州长江公路大桥特大型钢沉井制造、拼装和混凝土沉井接高施工技术

泰州长江公路大桥主桥采用主跨2×1080m三塔两跨两锚碇悬索桥,其中南锚碇基础为特大型沉井,底节钢沉井平面矩形尺寸为68.3m×52.4m,高8m;第2节至第8节混凝土沉井平面矩形尺寸为67.9m×52.0m,合计高33m,沉井总高度41m。简要介绍底节钢沉井制造、拼装和第2节至第8节混凝土沉井接高施工技术。

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.

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。

复合浇筑式沥青钢桥面铺装层力学计算

钢桥面铺装的病害在大跨径桥梁上仍然很常见,钢桥面铺装已经成为制约大跨径桥梁发展的一个难题。本文采用有限元法对复合浇筑式沥青铺装层进行受力分析,将正交异性钢桥面板、铺装层作为整体,建立有限元模型,研究铺装层在行车荷载作用下的应力、应变规律。

沉井下沉侧壁摩阻力离心模型试验研究

沉井下沉过程中侧壁摩阻力的大小及分布是影响沉井能否顺利下沉的因素之一,为了更好地研究其特性,以沪通长江大桥主墩沉井基础为研究对象,基于离心模型试验对4组不同埋深情况下沉井下沉过程进行研究。结果表明:在一定的下沉深度范围内,沉井侧壁摩阻力随下沉深度的增加呈先增大后减小的趋势,且当入土深度为2/3倍沉井埋深时,沉井侧壁摩阻力达到极大值。在此基础上以分段函数的形式建立了沉井下沉侧壁摩阻力的计算模型,所得结论可为类似工程提供参考。