超大型沉井首次接高受力及变形规律初探

依托马鞍山长江大桥南锚碇沉井的首次接高,对其竖向沉降、隔墙墙底土压力和隔墙底板受力情况进行了监测。结果表明,超大型沉井兼有条形基础的特点和整体工作性能,能够承受较大的竖向变形,与单纯考虑地基承载力相比,更适合于按变形控制接高。沉井接高时普通隔墙下的土压力小于分区隔墙,并且普通隔墙下部土体会先达极限承载力,后续接高产生的荷载转而由分区隔墙(或井壁)来承担。沉井首节混凝土浇筑就已决定了隔墙底板的应力大小和分布情况,后续接高不会再引起大的改变;隔墙底板中间部分受力较小,外围拉应力较大,通过井壁外土体的密实回填可有效降低此部分拉应力。

超大型沉井降排水下沉施工

泰州大桥北锚碇沉井基础长67.9m、宽52m、高57m,在沉井下沉的初期,采用降排水下沉。降排水下沉施工成本相比不排水下沉低,且下沉效率高,易控制,可形成良好的下沉导向,并确保沉井的下沉速度和精度,适宜在粉细砂、软塑性亚黏土等地质条件下采用。文章以泰州大桥北锚碇沉井基础为例,介绍了超大型沉井降排水施工的降排水下沉施工工艺。

超大型沉井空气幕施工技术研究

五峰山长江大桥北锚碇沉井平面尺寸为100.7m×72.1m、高56m,平面尺寸位居世界第一。仅采用取土下沉、排水助沉、压重助沉等工艺,很难将沉井精准下沉到位。五峰山大桥沉井最后9m下沉,采取空气幕加取土下沉工艺。对空气幕布置、使用、设备布置及对土的侧摩阻力影响做详细分析。

超大型沉井施工工艺与开挖方案研究

随着跨江跨海特大型桥梁的建设,沉井基础截面尺寸越来越大,入土深度更深,地质情况更为复杂,为了保证超大型沉井高效平稳下沉,选择合理的取土下沉工艺尤为关键。以常泰过江通道5号墩沉井为例,在分析传统取土工艺存在问题的基础上,提出了台阶式取土下沉工艺,并利用数值分析方法精细化计算了开挖状态对土体端阻力的影响规律。研究结果表明:采用台阶式取土下沉工艺时,内圈井孔取土为沉井下沉提供空间,外圈井孔精细化取土,可实现沉井可控下沉;此外,考虑开挖状态对沉井端阻力的影响可指导下沉阶段取土范围的确定。研究成果可为类似超大型沉井取土下沉施工提供参考。

超大型沉井施工期受力分析研究

五峰山长江大桥北锚碇沉井平面尺寸为100.7m×72.1m、高56m,平面尺寸位居世界第一。一般大型陆上沉井首次排水下沉开挖均采用由中间向四周扩散的方式取土下沉,施工期受力分析取"大锅底"状态计算初始下沉时应力。若采用传统方法施工,经验算,沉井底部混凝土应力将会超出抗拉强度。为防止沉井底部拉应力过大,通过理论分析研究,在本项目上创新性提出"十字槽同步开挖"、"分区开挖"、"预留核心土开挖"等工艺,降低了结构应力,保障结构安全。

水下三维声呐扫测技术在超大型沉井中的应用

五峰山长江大桥北锚碇沉井基础长100.7m、宽72.1m、高56m,沉井平面尺寸大,下沉深度深,为目前世界规模最大沉井。沉井下沉施工为本工程的关键工序,也是施工风险最大的工序,本项目在不排水下沉过程中,首次引进水下三维声呐扫测技术,将水面以下的沉井井壁、刃脚状态通过软件显示在图像上,实现了沉井下沉过程可视化,为沉井顺利下沉提供了有力的技术保障,并为后续沉井及围堰施工提供良好的借鉴。

超大型陆上沉井下沉施工自动化监控技术及结构应力分析

在超大型陆上沉井下沉过程中,由于井壁土压力、端部阻力、沉井内水位以及沉井姿态的变化,沉井结构应力将会发生显著变化。依托南京龙潭长江大桥南锚碇陆上沉井工程,基于全自动化沉井监测数据,进行结构应力分析研究,结果表明:自动化监控系统能够实时高效地获取沉井关键数据,监控结果反应出不同施工阶段结构的受力及变位特征;沉井底部竖向土压力四角位置显著大于其余位置,说明四角存在明显应力集中现象;井壁水平土压力监测最下端应力小于中下部,验证了刃脚周边应力扰动区的存在;隔墙底部钢壳混凝土是沉井结构最薄弱的位置,在钢壳混凝土浇筑至第2次下沉完成阶段,结构安全风险较高。若在接高过程中出现拉裂风险,可将每次对角浇筑分多次开展,以充分利用结构自身抗力减轻拉应力发展。研究结论对类似工程的设计和施工具有一定借鉴价值。

超大型沉井首次下沉关键问题研究

结合目前世界上平面尺寸最大的矩形沉井的建设,采用有限元分析和现场监控等手段,对沉井下沉方式、开挖方案、接高高度、地基承载力、下沉和稳定性间的关系进行了研究。排水下沉在施工效率和开挖可控性等方面优于不排水下沉,当有充足降水能力和对周边重要建筑物影响不大时优先采用。在结构受力方面,开挖形成的锅底越大隔墙墙底所受拉力越大;采取措施阻止刃脚外挠时墙底拉力减小;沉井接高越大墙底拉力越小。地基处理方案应根据接高对承载力的要求、保证结构安全的开挖方式、首次下沉期间沉井的稳定性来控制设计;超大型沉井首次下沉阶段一般不会出现下沉困难的情况,考虑重点是沉井接高稳定性和防止突沉和偏沉。研究成果在南京长江四桥北锚碇沉井中得到了成功应用。

超大型陆上沉井封底施工技术

泰州大桥北锚碇沉井封底总方量超过30 000 m3,为目前国内立方量最大的水下封底混凝土施工工程,其施工难度大,现场组织要求高。从沉井清基、封底设备布置、封底混凝土施工工艺等方面概略介绍泰州大桥北锚碇沉井封底施工技术。

超大型水中沉井下沉阻力研究

超大型水中沉井下沉期间存在难沉、倾斜、翻砂突沉等一系列问题。为实现沉井可控、高效下沉,准确计算下沉阻力是关键。然而,土层的极限侧摩阻力和地基极限承载力的取值往往依赖于经验,缺乏理论支撑。文中利用有限元极限分析方法和理论公式分别对沉井地基极限承载力、极限侧摩阻力进行计算,并与CPTU静力触探结果进行对比分析。结果表明:有限元极限分析方法计算地基极限承载力和理论计算的极限侧摩阻力与静力触探试验推算值基本吻合,初步验证了计算方法的合理性,为沉井下沉阻力的确定提供了理论支撑。

超大型水上沉井封底施工技术

沉井封底是沉井基础施工中最重要的环节之一。沪通长江大桥主航道桥28#主塔墩沉井封底混凝土厚14 m,采用水下封底混凝土C35,设计方量为58 919.5 m^3,如此大体积水下混凝土灌注在国内尚属首次,其施工难度大,技术要求高,施工组织复杂。文章从沉井清基、封底设备布置、封底混凝土施工工艺和方案等方面详细介绍了沪通长江大桥主航道桥28#主塔墩沉井封底混凝土施工技术。

龙潭长江大桥大型陆上沉井钢壳现场拼装施工技术

龙潭长江大桥南锚碇沉井钢壳平面矩形长73.8m,宽57.0m,高8米,钢壳重约2000吨。钢壳划分7种类型共66个节段。钢壳采取工厂分块制造、经水运和陆运至现场就位拼装成整体,工期紧,工程量大,壁板竖向加劲肋、隔板仓等杆件多、节点多、焊缝多,对技术和质量的控制要求很高,钢沉井单节段重量大,单节段平面尺寸大,运输及吊装难度大,节段与节段间组拼,对节段制造的精度要求高,沉井钢壳最终整体拼装完成后浇筑钢壳混凝土,针对这种情况,本文介绍了沉井钢壳现场吊装工艺流程及施工要点,可为今后类似沉井钢壳现场拼装施工工程提供技术资料。

龙潭长江大桥南锚碇沉井空气幕助沉施工方法及应用

龙潭长江大桥南锚碇沉井长73.4m、宽56.6m、高50m,采用3次接高,3次下沉(第1次排水取土下沉、第2-3次不排水取土下沉),终沉采用空气幕辅助下沉和纠偏。沉井进入中粗砂层后,仅靠不排水取土下沉施工工艺沉井很难下沉到位,最后4m中粗砂层启动3次空气幕辅助下沉,快速精准的下沉到位,最后南锚碇沉井中心偏位9mm,倾斜度7/10000,远优于设计及规范要求。本文详细说明了空气幕布置、使用及应用技术要求,为后续同类型沉井下沉提供施工经验,具有较大的借鉴意义。

关于城市桥梁超大沉井关键施工技术的分析

在大型桥梁施工中,超大型沉井应用比较广泛,其不仅可以作为基础使用,同时也被应用于地下结构或者建筑物当中,实用性较好。在城市桥梁施工中,超大型沉井主要是作为基础使用,虽然目前在这方面已经积累了诸多实践经验,但是在实际施工过程中仍存在一定的问题。本文主要对城市桥梁施工中的超大型沉井关键技术进行研究,并简要阐述施工过程中的注意事项。

大型陆地锚碇沉井下沉结构受力分析及关键技术

五峰山长江大桥是世界上第一座跨度超过千米的公铁合建钢桁梁悬索桥,其北锚碇沉井长100.7 m、宽72.1 m、高56 m,具有平面尺寸大、入土深、重量大、结构柔等特点。沉井施工过程中结构受力复杂,目前并无针对该类超大沉井施工期受力特性研究的先例。为了防止常规"锅底式"方式开挖下沉时因沉井跨度过大造成结构开裂,提出"核心土预留"滞后开挖方式,在沉井中间部位形成一定范围的支撑,减小沉井受力跨度,有效的改善了沉井结构受力、确保了结构安全,并通过MIDAS FEA有限元软件模拟计算与应力监测对该开挖方式进行分析探究,验证了此方法的可行性。

不排水施工在大型沉井下沉施工中的关键技术研讨

在超大型沉井施工过程中,由于沉井体积较大,重量大,下沉深度深,受地层地质、地下水、周边结构物等影响,在不同下沉阶段,其下沉方式不同。在大型桥梁陆地沉井下沉前期采用降排水下沉,中后期采用不排水下沉,不同地层,取土方式不同,对四周地面、结构物等影响非常大。比如在粉土、粉质黏土、粉砂、粉细砂和圆砾等地质中容易出现取土不均匀,取土不当引起内外压力差过大,产生涌砂等现象,造成沉井突沉,甚至沉井倾斜,沉井四周地面不同程度的沉陷。为了确保沉井施工质量和安全,顺利下沉到位,依托南京仙新路过江通道北锚碇沉井的不排水下沉关键技术进行讨论研究。

南京长江四桥北锚碇沉井下沉安全监控研究

南京长江四桥北锚碇沉井长69m,宽58m,高52.8m,是目前世界上平面尺寸最大的超大型沉井。因其施工难度大,故对该沉井排水下沉过程进行安全监控。超大型沉井结构受力的最不利工况是下沉初期即开挖形成仅刃脚支撑的大锅底,有限元分析表明,此时顺桥向和横桥向拉应力最大点均出现在首节钢壳沉井隔墙中跨底部。根据有限元分析结果选取典型截面来监控拉应力变化。沉井下沉曲线表现出慢-快-慢的特点,拉应力曲线则分为上升-峰值-下降-回弹4个阶段。沉井下沉初期,随着开挖面的扩大,隔墙底部所受拉应力也相应增加;下沉中期,通过调整开挖方案能有效降低拉应力,改善结构受力状况;当下沉超过一定深度后,井壁外逐渐增大的土压力会使墙底拉应力减小,结构本体趋于安全;排水下沉到位后的地下水回灌能引起墙底拉应力增大。现场监控表明首节钢壳沉井在下沉过程中有较多的安全储备,监控结果反馈于施工指导保证了下沉的安全高效。