微型桩在某渡槽槽墩保护中的运用

随着中国经济的快速发展,基础设施大量建设,交叉建筑物越来越多,相互之间需要保护的情况也会经常出现。某渡槽因水闸的改扩建导致槽墩外露而需要保护,在选择保护方案时,从平面外轮廓和结构方案方面进行了综合比选,拟定了正方形、菱形及眼睛形等3种平面外轮廓,利用水工模型进行试验研究,选择了水流流态较好的眼睛形平面外轮廓;从场地施工条件等角度出发,对结构方案进行了综合比选,最终得出微型桩方案具有可实施性。该渡槽槽墩保护方案的成功实施,既保证了水闸的正常施工,又保障了渡槽的安全运行,作用巨大,效果良好,可供类似工程借鉴与参考。

亭子口灌区一期工程超高槽墩渡槽设计研究

亭子口灌区一期工程唐家沟渡槽总长700 m,跨越唐家沟、刘家沟、深沟3条沟谷,其最高槽墩达到50 m,工程设计施工难度较大。通过桥梁博士V4.4计算程序对该渡槽进行建模计算,同时对渡槽施工也进行了总结。计算结果显示,墩身强度、钢筋应力、墩体整体承载力、墩顶位移、基底应力、偏心距、基础抗倾覆、抗滑稳定、基础沉降均满足要求。结果表明,空心墩接扩大基础结构作为超高槽墩渡槽的支撑结构是满足要求的,同时超高槽墩施工过程中应密切关注施工安全问题,避免发生重大安全事故。通过对唐家沟渡槽的设计研究,总结出可供类似工程参考的经验。

高大渡槽双端圆弧渐变空心墩施工技术

亭子口灌区一期工程第Ⅲ标项目全渠线地貌起伏较大,坡陡谷深,共设置高大渡槽7座,其支撑体系为双端圆弧渐变空心墩。针对这一特点,笔者以高效模板系统与周转使用的施工技术为研究对象,利用标准段液压爬模系统匹配更换双端半圆模板实现渐变爬升,通过若干个相邻槽墩组合成有限单元,在各单元间组织先高后低周转使用液压爬模系统进行流水作业的过程。该施工技术在桐子坝渡槽槽墩施工中得到了成功的应用,取得了较好的效果。

胡家湾渡槽拱墩基础灌注桩施工技术研究

胡家湾渡槽为连拱支撑结构,进出口拱座各设20根桩径为1.0 m、桩孔深12~14 m的抗滑桩,1~5号中墩下设计8~9根长7~28 m不等的支撑桩,桩基为不完整灰岩,且溶沟溶槽发育,局部还夹杂孤石和充填型溶洞,岩体含量低于土体含量。针对强烈发育的地质情况,确定了旋挖钻和冲击钻组合的灌注桩施工方案,编制了详细的施工方案和实施措施,顺利解决了灌注桩的施工难题,取得了良好的工程质量,可供同类工程借鉴。

大流量明渠输水工程渡槽闸墩振动机理研究

针对长距离输水明渠过渡段水流剧烈波动造成渡槽闸墩异常振动的问题,以南水北调中线工程十二里河渡槽为例,通过长度比尺1∶36的物理模型试验复演了原型闸孔调度过程,分析了与闸墩振动密切相关的水动力要素,从进出口隔墩长度和体型、渐变段布置以及闸孔调度运行等方面对中墩振动机理进行了深入探讨。研究结果表明:闸墩振动主要源于水流横向摆动冲击建筑物及分隔墩末端出现间歇性游离的马蹄涡流态诱导所致;采用优化中墩布置型式、调整进出口渐变段收缩角或扩散角及调度运行方式等措施,可有效降低渡槽段水位波动及闸墩振动强度。研究成果可为大型调水工程渡槽设计及调度运行提供参考。

典型双孔渡槽复杂流态的改善研究

为减轻渡槽在大流量运行时出现的水位波动较大、紊流和涡流等复杂流态问题,选取典型双孔渡槽模型进行水力学模型试验和三维数值模拟,应用物理模型与数值模拟相结合的方法研究渡槽出口的卡门涡街在被边界约束时对其上游产生的波浪回涌现象,通过机理解析提出“纺锤型”导流墩方案。研究发现,卡门涡街脱落频率与上游回涌波浪频率一致。边界约束下卡门涡街对上游流态影响机理为:涡街交替脱落产生横向的交变作用力,在边界约束下局部阻水进而形成波动并向上游传递,随着涡街的交替脱落,上游形成波浪交替回涌现象。施加“纺锤型”导流墩后,进出口流态得到改善,能大幅减轻涡街强度和对上游流态的影响,槽身最大波幅消减度达到80%以上。对比不同长度导流墩组合试验后,提出进、出口导流墩纵横比分别为1.5、2.0的最佳组合。

尾墩体型优化对消减南水北调典型渡槽水位波动的效果研究

南水北调中线工程大流量输水期间,部分渡槽出现尾墩下游尾涡交替作用及槽身段水位大幅波动现象,严重影响工程的输水稳定及结构安全。针对提出的“渐收缩、加长尾墩”用以破除尾涡、消减水位波动的尾墩体型优化方案,采用RNG k-ε模型和VOF方法,研究不同尾墩型式及尾墩长度对消波控制的效果,并确定了适宜的工程措施。研究结果表明,在各类常见墩体型式中,椭圆形尾墩对消波控制效果最佳;当其墩体加长至8 m时,消波控制效果显著,可有效改善槽身水流流态和水力特性;尾墩长度超过一定范围后,对槽身段水位波动的消减效果提升较小,推荐墩体长度采取8 m左右,兼顾控制水位波动效果和工程投资最少要求。

高墩简支渡槽逐跨延期双向定向倒塌爆破拆除

为了顺利爆破拆除宜昌市东风渠75#~84#槽墩之间的高墩钢筋混凝土渡槽时降低对周围复杂环境的影响,采用了双方定向倒塌的方案。即:75#~76#槽墩之间渡槽垂直于渡槽走向朝北定向倒塌,77#~84#槽墩沿着渡槽走向朝西定向倒塌。以75#槽墩为起爆点,使用电子雷管与非电雷管相结合的爆破网路,并设置墩柱之间延时分别为50 ms和150 ms。同时利用吊装孔作为炮孔、开挖减振沟、挂网及覆盖防护、槽身蓄水、覆土防护等措施以降低爆破有害效应对环境的影响。结果表明:起爆后渡槽延迟4分钟倒塌,倒塌后的墩身基本分解为砌块,多数砌块及槽身保持完好;沿走向倒塌的渡槽绝大多数散落砌块及破碎体散落在距渡槽走向中轴线10 m范围内,仅少量小块碎石飞出10 m外。采取的多重防护措施有效控制了爆破飞石和爆破振动,需重点保护的倒虹吸临时输水管道和下穿公路路面等未见损坏。尽管有延迟倒塌的瑕疵,该工程仍算成功实施。延迟倒塌的可能原因为未对切口外构造柱弱化或切割处理、墩柱间爆破延期时间间隔偏小和爆破切口偏小。

架空渡槽的空心墩支撑施工技术探讨

空心墩是一种常见的支撑,其具有自重小,承载力高的特点被广泛应用于各类工程实践中,如架空渡槽的支撑。采用翻模进行空心墩施工时,具有诸多的施工技术要点,本研究以某架空渡槽空心墩支撑施工为例,对空心墩采用翻模施工进行简要的技术探讨。

特大型渡槽槽墩结构动力计算与特性分析

渡槽槽墩是槽身的承力部位,其结构安全是渡槽工程运行的关键。为了分析渡槽槽墩结构的动力响应特性,通过采用附加质量法模拟水体的地震动荷载,建立渡槽三维有限元模型,计算槽墩的各响应量最值,分析槽墩关键节点位移和应力的时程变化趋势和特性。工程案例计算分析结果表明:槽墩部位的挠度随高度增加而变大;最大拉应力出现在盖梁两端的直角拐点处,并且在承台与地基接触面上最容易出现拉裂破坏。该文可为研究同类大型渡槽槽墩动力特性提供借鉴。

槽墩高度对渡槽结构水平地震响应的影响

为了研究槽墩高度对矩形渡槽结构系统的动力特性及水平地震动力响应的影响,本文采用Housner流-固耦合模型,提出了一种用于土-桩-渡槽-水体系统的有限元分析方法。以渡槽结构原理性拟动力试验结果为依据,对拟动力试验进行了有限元仿真计算,验证了本文所给出的计算模型的合理性。在此基础上,重点对不同槽墩高度的矩形渡槽结构系统进行了计算研究,结果表明:渡槽结构的基频随槽墩高变化显著,而其高阶模态频率则变化不大。在El Centro波及TAR波输入时,随着槽墩高的增大,渡槽结构关键部位的最大动应力等响应存在递减趋势;尤其在El Centro波输入时,递减趋势更为显著。人工波输入时,结构动力响应状况存在一定波动,但从总体而言志,矮墩渡槽的动力响应大于高墩渡槽的动力响应。

考虑桩-土动力相互作用的渡槽结构水平地震响应分析

以Housner流-固耦合模型和Penzien桩-土相互作用模型为基础,建立一种同时考虑流-固耦合与桩-土相互作用的渡槽结构简化计算模型,并给出其计算参数。该计算模型分为等价体系和自由场体系,并采用自由场输入。推导同时考虑弯曲变形和剪切变形时的群桩刚度矩阵,采用分别计算各子结构阻尼的方式来考虑整个结构的阻尼,并采用等效线性化原理来考虑土体的非线性。以某渡槽为例,采用该模型对其进行分析,并与刚性基础模型对比。计算结果表明,两种情况下的自振特性和水平地震响应均有较大差别,在渡槽抗震研究与设计中不能忽略桩-土相互作用。同时采用该计算模型对拟动力试验模型进行分析,并与试验结果比较,二者基本一致,说明计算模型的有效性。

渡槽结构横向动力响应分析

结合某渡槽安全鉴定工作,建立单跨渡槽结构在设计水位和无水两种工况下的ANSYS三维有限元模型。选用Housner流-固耦合模型模拟了槽内水体与槽体侧壁之间的相互作用,并设定槽墩高度为8.3,10.3,12.3和14.3 m,分别进行模态分析和动力响应分析,以观察在不同槽墩高度下渡槽结构的动力响应(应力、位移和速度)变化。分析结果表明:渡槽结构在设计水位工况下的自振频率小于结构在无水工况下的自振频率;随着槽墩高度的增加,结构在设计水位工况和无水工况下的自振频率均呈减小的趋势,而槽墩顶部、槽体跨中及槽体顶部关键点处的动力响应值有总体增大的趋势;但渡槽结构不同位置的响应值不同,在地震作用下,高墩渡槽的动力响应值总体大于矮墩渡槽的动力响应值。

大型单墩渡槽流固耦合动力分析

基于所建立的考虑流固耦合渡槽梁段单元动力分析模型,对单墩渡槽结构振动特性和在地震波下的地震响应进行计算分析.该模型综合考虑了渡槽横向、竖向、纵向、自由扭转和约束扭转变形、以及槽内水体与渡槽槽身的流固动力相互作用的影响.计算结果表明流体和槽身的横向动力相互作用对渡槽的横向低频振动影响较大,对横向高频影响较小.动力分析模型的正确性和可靠性说明该模型是考虑渡槽内水体流固耦合的实用的动力分析模型,计算结果可为大型渡槽抗震设计提供参考.

大型输水渡槽水流超常波动成因分析与对策

南水北调中线总干渠十二里河渡槽在大流量输水时出现波幅达1.0 m的超常大波动现象,总干渠输水能力受到影响,对相关建筑物构成危害。通过水力学模型试验,复演了原型渡槽大流量输水时的超常大波动现象;分析揭示了渡槽产生超常大波动的成因是渡槽出口的“卡门涡街”及由此引发的渡槽进口左右两槽进流量的周期性变化。从消除渡槽出口墩尾“卡门涡街”波源、阻止渡槽进口前左右两槽进流量发生周期性变化等方面,分别提出了消减渡槽超常大波动的工程措施及闸门调度运行方案。研究结果表明:渡槽内的最大波幅均降至0.2 m以下。闸门调度运行方案在工程现场运用后,渡槽及渠道内的大波浪均得到了有效控制。

湍河渡槽基础水力特性数值模拟及冲刷分析研究

受河道采砂影响,湍河渡槽槽墩周围存在较为严重的河床局部冲刷现象。针对湍河渡槽基础冲刷问题,建立基于计算流体力学的数值分析模型,应用浅水方程、大涡模拟湍流模型和干湿交界面处理方法,进行湍河渡槽基础水力特性的流体力学数值模拟并对河道内河床的冲刷展开分析研究。对渡槽槽墩周围流态特征与流速及水深分布规律进行了分析,结果表明,渡槽槽墩下游侧100 m范围内流速较高,2#、3#墩之间的冲坑存在扩大趋势,为河床防护设计提供了理论依据。

高排架梁式渡槽排架应力分析及支座位置的优化设计

结合湖北省宜昌市红光渡槽,利用ABAQUS有限元软件分析梁式渡槽排架结构的应力分布规律,然后,对初步设计的墩帽上支座的位置进行优化设计,使墩帽的应力分布得到改善。结果表明,高排架的横梁部位容易产生拉应力,是强度校核的重点部位;通过对支座位置的优化,可以改善混凝土墩帽的应力分布状况。

微型桩在旗岭渡槽槽墩围护施工中的应用

东深供水旗岭渡槽5号槽墩处围护施工距离5号槽墩很近,为确保5号槽墩的安全,在边坡支护设计与施工中采用微型桩对5号槽墩地基进行了加固处理,取得了良好的效果。

某渡槽辅助墩加固有限元仿真分析

以某渡槽为工程背景,建立辅助墩加固的空间实体有限元模型,考虑混凝土的材料非线性,对渡槽加固前后的各施工阶段进行受力分析,同时对比分析了不同顶升力大小对加固效果的影响。通过计算分析,可以得到如下结论:①采用辅助墩加固法可以显著降低渡槽的结构应力、变形以及裂缝宽度;②渡槽加固过程中采用适宜的顶升力可以增强加固效果;③顶升力由零逐渐增大,渡槽加固后的竖向位移先减小后增大,渡槽顶升后和加固后的主拉应力最大值同样呈现先减小后增大的变化趋势;④顶升力不宜过大,过大的顶升力容易造成渡槽跨中截面及其附近截面的上缘开裂,加固施工前需要对顶升力进行对比计算分析。

基于3D打印物模的输水渡槽出口流态优化试验

传统水力学模型制作流程复杂、周期长、成本高,限制了采用模型试验研究的普及。3D打印技术是实现三维模型实体化的新型制造技术,在水工建筑物三维模型制作中具有简单、快捷、制造成本低等优势。南水北调澧河渡槽出口流态紊乱,基于数值计算开展了相关研究,为验证数值计算成果的准确性,基于3D打印物理模型,对渡槽出口新建不同长度三角形导流墩后流态改善程度,开展了定性试验研究。研究表明,随着出口导流墩长度的增加,流态明显改善,趋势与数值计算成果一致。