DMPC工法施工沉井姿态控制技术研究

介绍了数字化微扰动压入式沉井(DMPC工法)施工沉井姿态控制关键技术,并从沉井姿态实时量测系统、数字化压沉及控制系统、水下多模式取泥系统、数控预测分析等方面总结了技术经验。结合实际工程案例的控制效果,分析了各系统起到的作用和今后发展的前景,可为DMPC工法及其他沉井施工中的姿态控制提供经验借鉴。

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。

挪威贝特斯塔大桥斜桩承台钢围堰设计与施工

目前国内外桥梁水下基础施工技术已经较为成熟,但不同的地理环境、水文地质条件、基础结构形式以及可利用的施工设备等都会使其施工方案和工艺存在较大差异。挪威贝特斯塔大桥位于挪威中部北极圈附近且跨越海峡,在该桥的深水钢管斜桩承台钢围堰设计和施工时,采用钢管斜桩群上设置围堰支撑、围堰整体定位和安装、钢混叠合板封底、竖向抗浮岩锚等方法,实现钢围堰整体安装。该桥应用效果表明:钢围堰设计和整体安装工艺具有较好的安全性和实用性。

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。

智能沉箱注水系统的研发与应用

沉箱重力式码头已向深水化发展,无掩护海域大型沉箱的应用日益增多,对沉箱安装工艺提出了更高的要求。为保证防城港企沙港区赤沙作业区2号泊位工程5 200余t超大型椭圆沉箱的顺利安装,避免传统人工控制注水工艺的弊端,项目团队创新性的研发了一种智能沉箱注水系统,包含信息采集设备、数据处理系统、操作反应终端。通过对水位、流量、姿态等数据进行收集运算,可实现沉箱自动化精细调平。该系统在防城港企沙港区赤沙作业区2号泊位工程成功应用,顺利完成11座5 200余t超大型椭圆沉箱安装,提高了作业工效,保障了工程质量,降低了施工安全风险,并且具有显著的经济和社会效益,推广应用前景广阔。

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。

钢筋混凝土沉井在泵站水利工程中的应用

中央财政小型农田水利重点县江川县2016年项目泵站工程中进水池钢筋混凝土沉井施工,位于大街街道办事处石岩哨、螺蛳铺、兰田3个村委会,泵站工程位于星云湖畔(进水池临水建设),该区域的地质主要为第四系(Ql)内陆湖相沉积层,为砂、黏土、介壳层上,厚约0.9~41 m。结合该工程中进水池为钢筋混凝土沉井的施工过程,阐述了钢筋混凝土沉井在泵站水利工程中的应用,对沉井在内陆湖相沉积层,砂、黏土中施工工艺作简述,使之在河岸、湖泊、水下基础、水库输水涵竖井等得到更广泛的推广应用。

环境振动下桩基础微振动特性试验研究

对某光源装置地基在环境振动下提出纳米级别振动量级,需进行地基基础的现场原位试验。基于桩基础现场模型试验实测数据,得到单桩全比尺组成的现场原位群桩基础模型在环境振动作用下,模型中不同桩径单桩的微振动响应规律。通过实测数据和模型仿真进行对比,在误差可允许范围内。

三塔悬索桥中塔设计方法研究

为提高三塔悬索桥中塔设计效率,提出基于中塔纵向刚度区间进行中塔设计的方法。该方法在总体计算模型中将中塔等效为一根弹簧,根据全桥竖向刚度和主缆抗滑要求试算纵向刚度,得到中塔纵向刚度区间;从中选择合理的初始值进行中塔设计;将中塔代入全桥计算模型进行迭代计算,调整中塔材料和几何参数直至各项指标均满足规范要求。利用已建成的4座公路三塔悬索桥对该方法的准确性进行验证,同时构建公铁两用三塔悬索桥算例,应用该方法进行中塔设计。结果表明:3座公路三塔悬索桥中塔实际纵向刚度均在本文确定的纵向刚度区间内,且取实际中塔纵向刚度时,等效模型与实际全桥模型计算的活载挠度、主缆抗滑安全系数最大差异为8.1%;公铁两用三塔悬索桥算例的中塔纵向刚度设计终值与纵向刚度初始值的差异为13.9%,与常规桥塔设计方法相比迭代次数减少,设计效率提高。

规则波浪作用下对称八边形沉井受力数值模拟研究

为研究对称八边形沉井结构较传统沉井结构对周围流场遮蔽效应与受力激增的改善作用,采用数值模拟方法进行沉井结构受力特性分析。基于RNGκ-ε湍流模型及RANS方程,采用Flow3d软件建立水槽三维数值模型,在验证数值模型有效性的基础上,分析对称八边形、圆端形和矩形沉井结构在入射角为0°、30°、45°、60°、90°的规则波浪作用下,各结构周围流场的流速分布特性与波浪力,并与《港口与航道水文规范》(JTS 145—2015)的计算结果对比。结果表明:对称八边形沉井结构可有效改善传统沉井结构对周围流场的遮蔽效应与受力,使结构周围流场流速分布更均匀;与入射角为0°相比,入射角为30°~60°时,对称八边形、圆端形、矩形沉井结构所受的最大总水平波浪力激增1.5~1.8倍,建议在实际工程设计中考虑入射角的影响;入射角为90°时,规范计算的矩形沉井结构波浪力低于数值模型计算的对称八边形沉井结构波浪力。入射角为0°~90°时,规范计算的圆端形沉井结构波浪力均高于数值模型计算的对称八边形沉井结构,建议采用圆端形沉井结构计算方法指导对称八边形沉井结构设计。

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。

桥梁大型浮运沉井施工关键技术

桥梁大型浮运沉井基础体积庞大、结构复杂,选择合理的沉井下水方式、助浮措施、定位系统对沉井安全、高效施工至关重要。以国内特大型桥梁为典型案例,分类介绍沉井下水、浮运、定位方案的特点。沉井下水方案可采用气囊法、船坞法和滑道法,气囊法可通过气囊布置的角度解决沉井转向下水的问题,船坞法及滑道法下水主要受加工场地及经济性影响较大。沉井浮运可采用底托板助浮和空气增压助浮,底托板助浮可与气囊法下水的托架一体化设计;空气增压助浮结构轻巧,其气管、阀门、气压表等设备气密性对浮运环境相对敏感。沉井定位方案可采用定位船法、锚墩法和重力锚法,定位船法的定位操作系统布置于定位船上,利用卷扬机进行收缆定位操作快捷方便;锚墩法及重力锚法可提供较大的定位力,可适用于流急、浪高、潮差大的复杂环境。

跨海桥梁大尺度基础波浪荷载计算方法对比研究

波浪荷载是跨海桥梁基础的主要环境荷载之一。为了探究大尺度桥梁基础上各类波浪荷载计算方法的差异,分别采用了当前研究中较常用的Morison方程、规范、基于边界元法的三维绕射理论和基于Navier‐Stokes方程的CFD方法计算了某跨海桥梁大尺度圆端型沉井基础在规则波作用下的波浪荷载,研究了不同结构相对尺度对各方法计算结果的影响,并重点比较分析了后两种数值方法的三维流场分布,三维压力场分布,以及非线性二阶力效应的影响。结果表明,在结构相对尺度为0.2左右时,上述方法的计算结果接近,随着结构相对尺度的增加,边界元与CFD方法依然吻合较好,规范方法给出了较为保守的波浪荷载,Morison方程可能高估了波浪拖曳力的贡献。边界元与CFD方法计算得到的速度场与压力场结果整体趋势一致,但在沉井前端自由液面与物面,沉井侧面的波谷等局部区域会产生明显差异,这可能是由于二者考虑绕射效应与黏性效应的理论不同。在边界元方法中考虑非线性二阶力效应会使其波浪荷载结果小幅度增大,并在频谱中增加差频二阶力及和频二阶力成分,考虑非线性二阶力效应后,边界元与CFD方法的频谱曲线更加吻合,边界元方法能更精确地计算波浪荷载。边界元与CFD方法均能合理地给出大尺度结构物波浪荷载结果,研究结论可为跨海桥梁工程波浪荷载的准确计算提供了依据。

润扬大桥南汊北锚碇深基坑开挖工程实践

介绍了润扬大桥南汊北锚碇深基坑工程开挖实例。该基坑的地层条件为二元结构 ,平均开挖深度为 48m。围护结构采用1.2m厚的地下连续墙和 12道内支撑及 3 2根立柱桩 ,结合地连墙底的双排注浆帷幕来挡土和止水 ,在距离地连墙 2 3m处进行了水平高喷形成了外部封水帷幕。基坑内共布置有 6口深井 ,基坑外布置有双排降水井进行坑内外降水。深基坑工程施工监测表明 ,该基坑设计合理 。

国内外桥梁深基础形式的现状

在深水流急和软弱河床上修建桥梁 ,其塔基础起着重要的作用。近年来 ,随着国民经济的增长 ,在一些特殊环境下修建的桥梁日益具增。为此本文通过对国内外在深水和软弱河床上大型桥梁塔基础施工的实例分析 ,对桥梁塔基础进行了分类和总结 ,以期对我国日后大型桥梁在深水流急。

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。

润扬大桥南汊北锚碇深基坑工程施工变形智能预测与控制研究(I)

在对深基坑墙体位移时序规律分析的基础上,提出了基于MATLAB 5.3平台的神经网络多步预测模型,可以一次预测多步施工的变形,达到及早调整基坑施工参数,完成变形控制的目的。对润扬大桥北锚碇深大基坑工程的施工实例分析显示,预测值和实测值基本吻合,表明该预测模型具有较高的精度。

马鞍山长江公路大桥左汊主桥基础设计

马鞍山长江公路大桥左汊主桥为(360+2×1 080+360)m三塔两跨悬索桥,中塔墩位处水深、冲刷深度大,通过比较选择了3.0m钻孔桩方案,该方案大直径钻孔桩受力较合理,桩数相对较少,水上施工时间也较短;南、北边塔墩位于主槽两侧边滩,处于浅水或无水区域,通过比较选择了2.5m钻孔桩方案,该方案较为经济、简单易行;通过比较沉井和地下连续墙方案,南、北锚碇基础均选择了施工工艺成熟、经济性较好的沉井方案。经设计验算,各塔墩的桩基础和锚碇的沉井基础的强度、刚度和稳定性均满足要求。

深厚软土地区大型沉井突沉行为分析

为了研究深厚软土地区某大型沉井的突沉行为,结合现场监测数据对沉井的下沉过程及受力特性进行分析,推测了沉井发生大幅度突沉的机理;基于ABAQUS/Explicit有限元软件,将显式动态求解方法应用于沉井下沉的拟静力过程分析,揭示了沉井突沉过程中土体的扰动损伤行为。分析结果表明,由于局部土体损伤失效带动周围大面积土体的不稳定损伤演化从而引发沉井快速下沉,土体损伤耗散能的大小可表征相应的沉井区域的下沉量;采用扩展的Drucker-Prager模型并结合损伤因子演化方程用来模拟土体扰动损伤特性的方法,能够定量分析评价沉井周边软土在受力变形后的扰动度和相应的沉井突沉行为。

考虑多因素的基岩与混凝土胶结面抗剪强度确定

以润扬大桥南汊悬索桥北锚碇基坑工程为背景 ,分析了影响锚碇混凝土基础与基岩胶结面抗剪强度的多种影响因素。开展了基岩 -砼胶结面的室内和现场原位抗剪断强度试验 ,以及整个建基岩面的回弹值检测及粗糙度量测试验 ,获得了建基面多种特征及参数。在此基础上 ,将基岩面分区分析 ,并概化出确定锚碇整体抗剪强度参数值的公式 。