An Experimental Investigation on the Stability of Foundation of Composite Vertical Breakwaters

A series of 2D model tests were conducted to assess the foundation stability of composite vertical breakwaters. In this paper, the results from the experimental study are presented conjointly with a formula to estimate the stability number of foundation, which is the most important parameter for evaluation of foundation stability of such structures. The influences of wave height, wave period and the berm width on the stability of compo^ite breakwaters with different armor stone sizes were investigated. Forty-five tests were performed to cover the influences of these parameters. According to the present research, berm width is a significant parameter concerning erosion of armor foundation. As the berm width increases, the amount of berm erosion decreases. Comparisons are made between results of present study and the estimated stability number proposed by Kimura et al. （1994）, which is extension of Tanimoto formula. Results show that the later formula underestimates the stability number. However, by applying an enhancement factor about 1.7 meters to Kimura et al. formula, results correlated with the present experimental results..

马鞍山长江公铁大桥主航道桥施工方案

马鞍山长江公铁大桥主航道桥为双主跨1120 m的三塔钢桁梁斜拉桥,桥塔基础采用∅4.0 m超大直径钻孔桩基础,桥塔为钢-混组合塔(上塔柱为钢结构,中、下塔柱为C60混凝土结构),钢桁梁采用两节间大节段全焊设计、制造。边塔钻孔桩基础施工采用吹沙筑岛形成钻孔平台,钻孔采用旋挖钻分级扩钻成孔,承台采用钢管桩+钢板桩组合围堰施工;中塔钻孔桩基础施工采用栈桥+水上钢平台,钻孔采用旋挖钻+回转钻组合接力成孔,承台采用矩形双壁钢套箱围堰施工,底节双壁钢套箱围堰采用水中漂浮连接法拼装。桥塔混凝土塔柱采用液压爬模施工,钢塔柱采用15000 t·m塔吊分块吊装;下横梁采用落地支架分层现浇。岸上和牛屯河边滩上钢桁梁节段采用“提升站+运梁栈桥+运梁台车”方案转运至1800 t架梁吊机起吊位置正下方由吊机起吊架设;边、辅跨间钢桁梁采用全顶推法架设,其余钢桁梁采用架梁吊机整节段悬臂架设;边(中)塔处设置抗风牛腿、Z3-Z4号塔间设置1座抗风临时墩,以保证主梁大悬臂架设过程中的抗风稳定;主跨跨中钢桁梁采用整节段合龙方案,先进行Z3-Z4号塔间主跨合龙,后进行Z4-Z5号塔间主跨合龙。

沉井式地下车库承载特性数值分析与结构优化

为研究连续拱形组合截面沉井式地下车库的受力特性,采用Ansys软件分别建立拱脚固接和拱脚铰接2种连接方式的不同跨数标准节间的连续拱形组合截面沉井的数值模型,分析构件的弯矩变化规律。结果表明:当标准节间外拱墙圆弧的迹线位于同一圆弧时,相应矢跨比为外拱墙弯矩接近为0的最优值。当标准节间跨数、拱脚连接方式、标准节间长宽比发生改变时,这一结论仍然适用。

滨海相软土地基沉井承载性能试验研究

以连云港地区滨海相软土地基中的复合沉井基础为研究对象,分别开展了上拔、下压、水平3种荷载工况下的真型基础现场承载性能试验,对比分析了不同荷载工况下复合式沉井基础的荷载位移曲线、极限承载力及影响因素、地基破坏模式.结果表明:3种荷载工况下复合式沉井基础的荷载位移曲线整体呈“直线-曲线-直线”的缓变型特征,由于沉井侧面及基底以下原状土体固结作用的影响,水平、下压荷载工况下试验基础的弹塑性变形性状较上拔荷载工况更为明显;3种荷载工况下复合式沉井基础的极限承载力由大到小依次为下压、上拔、水平;由于下部沉井的影响,复合式沉井基础柱侧及基底处的土体压力进行了重新分配,更加符合水平荷载作用下刚性短桩的受力模式;上拔荷载作用下的复合式沉井基础,其周围土体经历了“土体受拉破坏-局部剪切破坏-整体剪切破坏”的破坏过程,破坏面形状可等效为自底板上表面起裂,以57°的上拔角一直延伸至地表面的倒锥体.

装配式深基坑桩墙复合围护结构施工关键技术研究

为有效推进装配式深基坑建造新技术应用,从施工安全、成本控制、建造工期、施工工艺优化等角度进行深入研究,设计装配式深基坑桩墙复合围护结构及其施工工艺,通过设置三角支撑钢架和槽型钢托梁实现预制构件吊装就位标高控制,采用临时固定板实现预制构件连接节点处的支撑作用,整体技术方案为:分层开挖土方,分段吊装预制构件,三角支撑钢架和槽型钢托梁临时支撑并定位,随即打设锚杆与注浆,支撑构件周转,直至完成整个围护结构装配施工。

软土地基复合沉井基础抗拔承载特性现场试验研究

本文以软土地基中的复合沉井基础为研究对象,开展了2种不同埋深的真型基础现场抗拔承载性能试验,对比分析了试验基础的荷载—位移曲线、抗拔承载力和地基破坏模式。研究结果表明:沉井深度的增加,导致基础荷载—位移曲线由“陡降型”转变为“缓变型”,变形特征由“弹脆性”转变为“弹塑性”,抵抗大变形的能力提高;沉井深度增加1倍,其抗拔承载力及极限位移分别提高21%和1.1倍;上拔荷载作用下的复合沉井基础,其周围土体经历了“土体受拉破坏—局部剪切破坏—整体剪切破坏”的变化过程,其影响范围主要受上部承台结构尺寸及地基土性质的影响。

某沉井基础接高下沉前的复合地基承载力检测

沉井首次接高及下沉前对地基承载力有一定的要求,强度不足、土质不均容易在施工时造成结构应力集中、挠曲甚至开裂,为后序施工埋下工程隐患。某长江大桥北航道采用主跨1208m单跨吊悬索桥,北锚碇采用沉井基础。拟建场地浅部地基软弱,采用“砂桩+砾砂换填”复合地基临时加固以满足沉井首次接高期间地基强度、变形要求。沉井首次接高20m,施工过程中地基承载力检测分4阶段完成。采用平板载荷试验,以沉井自身重量为反力,做地基破坏试验,判定地基承载力极限值、确定地基承载力特征值。检测过程发现,承压板下3m厚的“砾砂换填”地基承载力远大于规范经验值,且具有结构性强度特点,干燥密实、强度高;饱水松散、强度低。对象的复杂性为检测工作带来不小挑战。结合本例对影响地基承载力因素分析,总结平板载荷试验要点,为以后类似工程积累经验。

桥梁深水基础的发展和展望

桥梁基础是将上部结构荷载传递到地基的重要构件。桥梁深水基础主要有沉井基础、沉箱基础、桩基础、管柱基础、复合基础及特殊基础等类型。沉井和沉箱基础是应用较早的深水基础形式,沉井基础一直沿用至今,而沉箱基础则逐步被桩基础和设置基础取代。桩基础自20世纪70年代以后成为我国最主要的深水基础形式。管柱基础20世纪50年代发源于我国,20世纪80年代后被大直径钻孔桩取代。复合基础一般是沉井或沉箱与桩基或管桩复合,兼具两者优点,但施工费用较高。特殊基础一般指锁口钢管桩基础、地下连续墙基础、设置基础、钟形基础、负压筒形基础和浮式基础等,在国际上应用较多,我国在钟形基础和负压筒形基础方面还是空白。我国在设计规范及理念、基础形式、施工技术与装备、深水地基加固等方面与国外发达国家之间还有差距。随着科技与工业的进步,大直径空心钻孔桩、大型管柱群基础或小型沉井群基础、负压筒形基础、地下连续墙基础、设置基础、新型复合基础以及浮式基础将得到更大发展。

西堠门公铁两用大桥5号桥塔基础方案比选

西堠门公铁两用大桥为主跨1 488m的斜拉-悬索协作体系桥。5号桥塔基础水深最深约60m,墩位处海床面高程为-60^-45m;300年一遇最大流速为3.47m/s;100年一遇最大浪高为7.80m;地基为岩石地基,基本无覆盖层。针对5号桥塔基础水深、波流及地质条件,提出了大直径钻孔桩基础(36Φ5.0m、24Φ5.8m、18Φ6.3m3种)、设置沉箱基础、设置沉井基础及超大直径管柱+钻孔桩组合基础等方案,从结构构造、受力特性、施工方案及经济性等方面对4种基础方案进行综合比选,推荐采用施工工艺较成熟、风险相比更小、经济性更好的18Φ6.3m大直径钻孔桩基础方案。

层状地基中沉箱加桩复合基础的水平-摇摆振动

对沉箱基础底部加桩之后侧向动力性能的改善问题进行了研究。首先,通过沉箱和群桩两部分在界面处的内力平衡和位移协调条件建立了复合基础的水平–摇摆振动方程,其中沉箱部分的振动方程采用动力Winkler地基模型根据受力平衡条件建立,群桩部分的振动特性则依据既有文献的研究成果。然后,对沉箱振动的动力Winkler地基模型参数进行了研究,得到改进的表达式。最后,通过算例研究了层状地基中复合基础的水平–摇摆振动问题,验证了沉箱下群桩明显地改善了基础的动力性能。

带桩沉箱复合基础水平向承载性状模型试验研究

以琼州海峡跨海大桥工程为背景,通过4组不同型式深水桥梁基础模型试验,对新型带桩沉箱复合基础的水平向承载性能进行了初步研究。试验得到了4组模型在砂性土层中的Q-s曲线及水平向极限承载力,并对复合基础在各级水平荷载下的桩身弯矩和剪力进行了详细分析,同时对沉箱-桩荷载分担比展开了讨论。试验结果表明:当增加裙边、钢管桩、或同时增加钢管桩和裙边后能够使单体沉箱基础的水平向极限承载力分别提高1.2倍、1.6倍和2.0倍;桩身最大弯矩点均出现在桩身中部即泥面下约0.5 m处。水平荷载主要由上部沉箱基础及桩身中上部土体承担,钢管桩桩顶与沉箱连接部位出现最大剪力,在实际工程中应在此处采取加固措施。研究成果可为这一新型深水桥梁基础的推广应用提供诸多有益参考。

沉箱-钢管桩逆作法复合基础试验

为研究逆作法复合基础的荷载与沉降关系、桩土荷载分担特性以及钢管桩受力性能,进行了单桩、沉箱及沉箱—钢管桩逆作法复合基础系列模型试验。结果表明:采用沉箱—钢管桩逆作法复合基础,先施工沉箱及部分上部结构,而后续进行钢管桩的压、封桩能充分利用土体的承载能力,压桩前土体与沉箱底板保持严密接触,上部结构荷载全部由地基土承担;压桩后,土体得到了加固,沉降减小,承载力提高;封桩后,继续增加的荷载主要由桩体承担,直至桩达到极限承载能力;由于沉箱的影响,使桩身上部轴力衰减平缓,桩侧摩阻力被削弱,同时使桩身中下部轴力衰减加剧,侧摩阻力发挥得到增强;6倍桩距时,可不考虑群桩效应对逆作法复合基础的影响。

厚垫层-砂桩复合地基现场试验研究

以瓯江北口大桥南锚碇巨型沉井场地地基处理为科研背景,研究厚垫层-砂桩复合地基的适用性及其承载力的影响因素,针对不同的垫层材料、垫层厚度和砂桩间距共进行了9组静载试验。为得到砂桩施工对周围已完成砂桩的影响程度,还进行了砂桩施工相互影响试验。试验结果表明:厚垫层-砂桩加固软土地基效果非常好,是大型沉井地基处理较为理想的方式;垫层含水率、垫层材料和垫层厚度对其承载力的影响程度均大于砂桩间距;砂桩施工过程对周围已完成砂桩的影响和对周围土体的影响具有很大差别,利用传统沉桩挤土理论分析砂桩施工对周围已完成砂桩的影响将产生较大偏差;砂桩施工对周围已完成砂桩会产生较大影响,最大影响范围主要集中在地表以下1/3桩长范围内,影响程度与土层的种类和性质有密切关系,土性越好,影响程度越小;可利用增大砂桩间距和已有砂桩的阻隔效应减小影响程度。

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。

考虑应力历史的冲刷对沉箱加桩复合基础水平振动特性影响研究

水流的冲刷效应会导致桩身周围土体的减少及土体应力状态的改变,而对沉箱加桩复合基础的动力特性产生显著的影响。提出了动力Winkler模型,建立了沉箱加桩复合基础受冲刷后考虑应力历史改变影响的动力阻抗计算方法,并通过与海绵边界动力有限元方法的对比,验证了其合理性。对沉箱加桩复合基础工程实例计算结果表明,冲刷对复合基础的动刚度及阻尼有比较显著的影响,且随着冲刷深度的加大,影响更为显著。仅考虑基础侧向土体的减少是不够的,应力历史的改变还会进一步弱化基础承载特性,从而放大结构动力响应,对忽略土体应力历史改变而计算的动力阻抗值是相对偏大的,且应力历史的改变会明显增加基础的共振幅值,但对共振频率大小无明显影响。

沉箱加桩复合基础地震响应离心试验

针对沉箱加桩复合基础地震响应问题开展动力离心试验研究。采用砂质粉土作为地基土,上部结构简化为质点和柱体,基础类型包括单桩、沉箱、沉箱加桩复合基础,利用层状剪切模型箱消除边界反射,以上海人工中波为输入波,在50 g离心加速度场下进行水平地震试验。根据基础形式的不同进行3组试验,试验结果表明:对于刚度较小的土,地震波向上传播过程中具有加速度衰减的特征;沉箱底部加桩对于降低基础和结构地震响应有积极的效果,有利于增强其抗震能力;地表、基础、结构的地震响应频率特性各不相同,这取决于其各自不同的自振特性;土与基础、基础与结构之间均会发生地震相互作用,但只有与相互作用对象自振频率均较接近的地震频域分量才能引起明显的相互作用。

常泰长江大桥主航道桥总体设计与方案构思

常泰长江大桥是一座集成高速公路、城际铁路、普通公路三种交通运输方式的大跨度桥梁。三种交通功能在桥上采用相对独立的方式布置,最大限度地节约资源、保障安全、提升桥梁使用功能。为尽量减少桥梁建设对长江航运的影响,主航道桥采用主跨1176 m的斜拉桥跨越长江主航道。主跨1176 m的超大跨度斜拉桥建造充满技术挑战,设计中对斜拉桥结构体系、新型基础型式、新型桥塔结构及索塔锚固结构、恒载横向不对称结构行为等开展了系统研究,提出了温度自适应体系、台阶型沉井基础、空间钻石型桥塔、钢箱-核芯混凝土组合结构,较好地解决了超大跨度桥梁的建设难题。

粉质黏土中沉箱—桩复合基础水平向承载性能试验研究

为进一步研究沉箱-桩复合基础的水平向承载性能,开展粉质黏土中单桩、沉箱-桩复合基础在水平向荷载和竖向及水平向组合荷载作用下的系列试验,对沉箱-桩复合基础的水平荷载与位移关系、桩身弯矩、位移及土抗力分布规律及群桩效应等进行了研究。结果表明,在水平荷载作用下沉箱对桩顶的约束使桩身弯矩分布较桩顶自由情况要更均匀,并能有效地降低桩身弯矩、位移及土抗力,提高了基础水平承载能力;在同时作用有竖向和水平向组合荷载时,沉箱底摩擦力参与抵抗水平力作用、桩顶竖向力也有利于进一步提高基础水平承载力;试验获得了不同桩数、桩顶约束、荷载作用条件下的沉箱-桩复合基础群桩效应系数,对于桩距为6倍桩径的情况,桩与桩之间的相互影响很小。

沉箱加桩复合基础地震响应简化分析方法

采用动力Winkler地基模型,推导解析方法对沉箱加桩复合基础的地震响应。首先,考虑复合基础与土的相互作用以及沉箱部分和群桩部分的连接,分析复合基础在简谐S波作用下的运动响应;然后,对基础和上部结构系统建立"基础–柱–质点"简化模型,并应用Fourier变换实现地震响应的频域求解;第三,应用DRM两阶段时程有限元方法对采用沉箱加桩复合基础的土–基础–结构系统地震响应进行计算,与本文简化方法对比,验证本文方法的正确性。最后,通过算例研究加桩对增强基础和结构抗震能力的效果,并得出加桩抗震的主要机制在于消除了沉箱基础的类共振现象。

砂土中沉井加桩复合基础水平静力及循环模型试验

采用自主设计的水平循环加载装置进行模型试验研究,探讨了水平静力及循环加载下单体沉井及沉井加桩复合基础承载变形性能。试验研究表明:与单体沉井基础相比,沉井加桩复合基础的水平刚度耦合了沉井及群桩刚度,改善了水平荷载作用下基础的位移响应模式,其水平承载力明显高于单体沉井基础。水平双向对称循环加载后,基础的水平刚度、承载力均有所提高,并且循环加载后沉井加桩复合基础的承载力高于单体沉井基础。因此,针对水平循环加载而言,沉井加桩复合基础是一种更为有效的基础形式。