压入式沉井侧摩阻力的监测及分析

传统的沉井下沉工艺存在纠偏困难、下沉缓慢等弊端,而压入式下沉工艺可有效解决以上难题,并能实现井内带土塞下沉,以减小沉井施工对周边环境的影响。结合工程实例,详细介绍了压入式沉井的施工工艺,并且采用布设钢筋应力计及混凝上应变计的方法,对上海自龙港污水处婵厂2座沉井的侧摩阻力进行了现场监控。监测结果表明,总侧摩阻力与下沉深度近似二次曲线关系,但在呈流塑状的淤泥质土层中增长缓慢。最后,根据现场实测数据,对井内带土塞下沉的沉井,提出了总侧摩阻力的简化计算方法。     

沉井基础下沉阻力分布特征研究

以海口某大桥主墩的沉井基础为研究对象,对沉井的下沉全过程进行了实时监测,根据大量现场实测资料,系统分析了沉井基础的下沉机理和下沉过程中的受力特性,得出了沉井下沉不同深度,经过不同土层时井壁侧摩阻力和刃脚端阻力的大小及分布规律,提出了下沉系数K和侧壁摩阻力值σf的计算方法和经验公式,以及土压力系数ki的取值范围。在此基础上建立了下沉阻力的计算模型,给出了最大侧壁摩阻力f0的计算公式和分布特征,所得出的结论可供同类工程借鉴与参考。     

大型沉井实测下沉阻力分析

大型沉井下沉过程中摩阻力和底部的端阻力分布是沉井下沉可行性的主要控制因素,基于大直径桩和中、小型沉井的研究成果已不适用。结合马鞍山长江公路大桥南锚碇大型沉井下沉过程的实时监测数据,分析了大型沉井基础下沉机理和下沉过程中的受力特性,验证了不同地基极限承载力公式在沉井工程中的适用性;对比沉井下沉至不同深度时,底面阻力和井壁侧摩阻力的大小及分布规律,对现行规范建议的侧摩阻力的计算公式和分布特征进行初步修正,结论可供大型沉井工程借鉴和参考。     

超大型沉井基础下沉中后期摩阻力特性及突沉机制研究

针对平面面积不断增大的超大型沉井基础在下沉施工中后期因摩阻力增大导致的滞沉、突沉等问题,基于沉井下沉期间井底端阻力、刃脚埋深摩阻力、侧壁摩阻力等受力组成的理论研究,提出计算静、动摩阻系数的理论公式。以五峰山长江大桥沉井基础为对象,结合现场实测数据与理论计算结果研究下沉中后期的阻力特征及突沉机制,并探讨突沉控制对策。研究结果表明:侧壁摩阻力随下沉深度增加而增大,在下沉中后期约占总阻力的70%以上,是滞沉的主导因素;基底开挖不均匀及局部过挖时,瞬时静、动摩阻力变化力差是引起突沉的关键因素;根据多次突沉前后实测数据计算得到的静、动摩阻系数分别介于0.444～0.525,0.245～0.401,动摩阻系数为突沉前瞬间静摩阻系数的0.56～0.77倍,导致了显著的不平衡下沉力带动沉井瞬间加速下沉;空气幕及降水等措施有效降低静摩阻系数至0.225～0.325,提升下沉系数至1.10以上,是避免滞沉、突沉的关键措施。     

沉井下沉施工土压力和摩擦力分析

基于土体应力状态分析、自重应力和极限平衡假定,推导了沉井下沉时的土压力和摩擦力计算公式。并与某工程实测数据进行了对比分析,结论如下:①其它参数不变时,沉井土压力和侧壁摩擦力随着土体内摩擦角增大而减少,随着土体黏聚力的增大而减少,随着土体与沉井壁的外摩擦角的增大而增大;②本文计算的土压力和实测土压力都介于朗肯主动土压力和静止土压力之间;③本文计算的土压力比采用朗肯主动土压力计算更接近实测土压力,且考虑了摩擦的影响,计算过程同样简单,适合于工程应用。     

沉井基础竖向承载力试验研究

因沉井基础具有尺寸大、承载力高等特点,所以难以利用常规的方法对其竖向承载力进行测试.利用自平衡测试技术,通过两次试验对1个直径5.0m、长度12.0m的沉井进行了竖向静载试验,分别得到了沉井基础的极限侧阻力和端阻力,通过将两者叠加得到了沉井基础的竖向极限承载力,并对测试结果进行了等效转换.试验结果表明,沉井封底之下的土压力分布呈现由外向内逐渐减小的规律;预制下沉工艺造成沉井侧壁周围土体的结构遭到破坏,导致土体的极限侧摩阻力降低;实测得到的沉井基础的端部承栽力大于按规范中钻(挖)孔灌注桩竖向承栽力计算公式得到的估算值.     

大直径直线钢顶管管周受力特性数值模拟研究

钢顶管作为薄壁结构，受力时与土体变形协调，故现有规范在计算钢顶管土压力时存在缺陷。通过ABAQUS有限元软件分析了不同参数设置下钢顶管土压力和摩阻力的数值大小与分布情况，并提出钢顶管侧向土压力的修正系数。模拟结果表明：DN2000钢顶管在113 kPa的竖向土压力作用下，水平向变形可达管径7‰，产生水平土体附加抗力；钢顶管土压力值与管道径厚比、埋深比呈显著正相关，土体变形模量的增大限制了管侧土压力的增加；侧向土压力系数随管侧变形呈指数增长；单位长度管壁摩阻力随径厚比和埋深的增加而上升，而管侧土变形模量对摩阻力的影响几乎不计。     

软土地基处理的沉井结构探讨

沉井是一种在地面上制作、通过取除井内土体的办法使之沉到地下某一深度的井体结构。利用沉井作为档土的支护结构,可以建造各种类型或各种用途的地下工程构筑物。给水排水工程中,取水头部、泵房和提升泵站根据工艺要求,通常有着较大的埋深,在待建场地开挖面有限,降水深度大、困难(软土地区)且不经济时,沉井结构是解决此类问题的较好办法。沉井结构设计包括施工和使用两个阶段的计算分析。结合实际工程,进行了软土地基上沉井施工方案的比选。重点以某污水处理厂工程粗格栅及提升泵站项目为例,通过分析计算,采取水泥土搅拌桩复合地基预先处理待加固软土土体,达到控制沉井下沉过程速度,保证结构整个下沉过程稳定的目的。通过对本项目实际施工过程的监测数据收集,验证了处理效果良好,安全可靠。     

水中沉井下沉期侧壁摩阻力分布试验研究

以沪通长江大桥主墩沉井为背景,开展深水大截面沉井模拟下沉试验。通过对整个动态下沉过程的分析,确定了侧壁有效应力受下沉速率、压力松弛、倾斜、翻砂突沉等因素影响。停止吸泥后,侧壁有效应力由动态的分布形式转为准静态,整体呈减小趋势,表现为极值点的减小和压力松弛区的恢复。沉井侧壁台阶的设置可减小沉井侧壁总摩阻力,其减小主要来自沉井直壁段。发现阶梯式沉井侧壁受力分为线性区、台阶影响区、过度区和压力松弛区,建立了基于台阶影响的沉井竖直状态下侧壁摩阻力计算模型,并结合沪通大桥#29沉井现场监测试验加以验证。沉井倾斜会引起侧壁有效应力分布的改变,挤土产生的增大土压力可达对应侧主动土压力的3～4倍。     

超大沉井基础取土下沉端阻力变化规律研究

为合理确定超大沉井基础下沉端阻力,提出基于刃脚踏面土压力的沉井端阻力计算方法,依托常泰长江大桥主塔超大沉井基础工程,结合沉井下沉过程中刃脚土压力现场监测数据,计算得到沉井底部不同区域的端阻力,分析下沉过程中端阻力分布特征和变化规律,同时,对下沉过程中刃脚斜面与踏面土压力的比例系数(l)进行深入研究。工程实例分析结果表明:在沉井逐渐从内井孔至外井孔的取土过程中,沉井内隔墙和内井壁端阻力总体上逐渐减小;而外井壁和外隔墙区域端阻力则表现为逐渐增加的趋势,采用本文方法确定的沉井端阻力分布特征及其随取土过程的变化规律能够真实反映沉井的整体受力形态,为沉井基础的安全下沉提供了技术保障。     

软土地层双洞口顶管接收井下沉力学特性研究

相较于常规沉井,顶管接收井几何形式的差异对结构受力、变形的影响规律尚不明确,亟待对此展开深入研究。以武汉市某排水顶管工程矩形接收井为依托,对沉井结构受力及下沉姿态开展现场监测,并利用数值模拟进行了对比验证和拓展研究。结果表明：预设顶管接收洞口引起的结构局部刚度降低,会导致结构在初沉阶段受弯效应增强,从而使接收洞口附近的内层钢筋压应力减小并使钢筋转向受拉状态,并且在下沉后期加剧该处钢筋应力变化幅度;因沉井外壁摩阻力增大而产生的附加应力叠加弯矩作用,使结构内、外层纵向钢筋沿井壁厚度方向的内力分布不均。对软土地层进行土体加固,有利于提高顶管接收井结构稳定性和顶管机头接收精度。     

土体沉陷中埋地管道与管周土的相互作用试验研究

为分析埋地管道沿线土体沉陷发展过程中管-土变形及土压力分布特征,设计并研制了土体沉陷过程中管-土相互作用试验研究的系统,得到了沉陷过程中管-土下沉变形、管周土体变形及管周土压力的分布规律。试验结果表明:土体沉陷过程中,管道与管周土经历了协同和非协同下沉变形;随着沉陷的加剧,沉陷区中部管-土非协同变形量增大,管道上侧附加土压力随着土体沉降的增大而增大,并逐渐达到最大值;管顶土体开始形成由管顶向两侧扩张的破裂面,此时管顶附加土压力随着土体沉降的增大而减小;沉陷区管道底部出现压力降低的现象,支承压力将向沉陷区的边缘转移,沉陷区边缘管道下侧的支承力增大;管道上侧压缩土体内产生增压作用,压缩土体下方出现压力降低的现象,压缩土体变形范围仅限于管道顶部一定高度土体中,即管道上部土层存在一个等沉面;基于管顶土体的变形特征及等沉面发展过程,分析得到了管顶土压力的简化计算式。     

饱和黏土中热交换桩承载力特性模型试验研究

在28℃,28℃→55℃,28℃→55℃→28℃三种工况下,开展宁波饱和黏土中热交换桩承载力特性模型试验研究,先对桩土加热(降温),再进行静载荷试验,测定土体的温度和孔隙水压力、地表沉降及桩顶位移、桩身轴力和荷载–沉降试验数据,研究土体的热固结过程及桩负摩阻力的形成机制;其次,以模型试验为原型,利用Abaqus软件建立了考虑热流固耦合作用的桩–土有限元模型,将计算结果与试验结果进行对比验证,进而讨论温度对桩身轴力和桩侧摩阻力的影响,结果表明:加热升温后,桩、土发生膨胀变形,土中出现超静孔隙水压力;随着孔压的消散,土体发生热固结现象,且其固结沉降量大于桩体沉降量,地基最终表现为沉降变形,而桩侧出现下拉荷载,产生负摩阻力;随温度的升高,沿深度方向,桩身轴力衰减,热固结后土体的强度有所提高,桩侧摩阻力增大,单桩极限承载力随温度的升高而增大。     

南京长江四桥北锚碇沉井监控方案及成果分析

在南京长江四桥北锚碇沉井首次降排水下沉过程中,对沉井结构的应力应变、刃脚和隔墙底部土压力以及侧壁土压力进行了监控。通过有限元分析,确定了隔墙中间部位的受力最大截面为监控重点,并埋设了钢板计和钢筋计;在刃脚和隔墙底部以及沉井侧壁的凹槽和凸起部位选取测点安装了土压力计。监控结果表明,沉井受力情况与隔墙底部的土体支承情况密切相关,最不利工况出现在下沉初期形成较大支承跨度时;刃脚和隔墙反力则随着土体支承装况的不同而改变;沉井侧壁凹槽部位的土压力明显小于凸起部位,通过设置凹槽可以有效降低侧摩阻力。     

混凝土-土接触面减阻材料室内模型试验研究

通过在沉井外侧包裹减阻材料，可减小沉井下沉时所受的侧摩阻力。为研究不同减阻材料的减阻效果，分别选择硅胶、橡胶、聚四氟乙烯、铁皮等材料进行室内模型试验。以接触面材料类型作为单一变量，得出不同减阻材料与土之间的相对侧摩阻。试验结果表明，聚四氟乙烯和橡胶与土体间的侧摩阻相近，减阻效果较好，具备工程应用价值，相关研究结论可为沉井助沉措施的选择提供依据。     

土性经验公式在基桩极限承载力分析中的应用

针对粘性土和砂土的不同特性,分别给出了桩侧极限摩阻力及桩端阻力的工程经验公式。粘性土中桩侧极限摩阻力和桩侧阻力与土体的不排水抗剪强度联系在一起;砂土中桩侧极限摩阻力和桩端阻力与土体的上覆有效应力联系在一起,并考虑了大直径桩的应力释放效应。通过两个算例探讨了粘性土中桩无量纲极限承载力与桩身长细比、桩径及土体内摩擦角、不均匀系数的关系;探讨了砂土中桩无量纲极限承载力与桩体长细比、桩径和砂土极限状态摩擦角、相对密实度的关系。最后,通过一个工程实例对本文方法进行了验证。本文方法可在初步设计时预估基桩的承载力。     

抗拔桩承载能力影响因素与群桩变形规律试验研究

利用自主研发的桩基室内抗拔测试装置,结合数值模拟技术对抗拔桩的承载破坏过程及影响因素、群桩的协同工作特征展开了深入研究。结果表明：抗拔桩的承载破坏经历4个阶段,承载初期,桩顶侧摩阻力最先发挥作用,桩顶土体发生塑性破坏;随上拔荷载不断增大,桩体产生相对位移,桩周土体由于桩身侧摩阻力产生塑性破坏;当桩身轴力自桩顶传递至桩底时,桩身底端产生抗拔“吸附力”,并伴随局部土体塑性破坏;随着桩周土体塑性区的拓展、连通,抗拔桩承载能力达到极限;桩身长径比、桩-土界面摩擦因数、桩侧土体压力与其承载极限呈正相关关系,其中桩身长径比对桩端“吸附力”具有重要影响;群桩抗拔过程中,角桩侧摩阻力发挥最充分,桩身位移量最小,极限承载力最大,中心桩桩身位移最大,极限承载力最低;距径比影响抗拔桩的群桩效应,当距径比从2增大至8时,桩身侧摩阻力提高30%,将距径比8作为群桩工程的推荐值,6～10作为群桩距径比的推荐范围。     

竖向受荷PCC桩宏细观工作性状研究

 采用可视化模型试验及离散元数值仿真方法,对竖向受荷现浇混凝土大直径薄壁管桩(简称PCC桩)桩土传力特性、位移场发展规律及破坏性状进行深入研究。研究结果表明：PCC桩荷载–沉降曲线呈缓变型,桩外侧摩阻力高于内侧摩阻力,内侧摩阻力发展滞后于外侧摩阻力,桩外侧摩阻力在桩身上段发挥较充分,内侧摩阻力在桩身下段发挥较充分,桩内侧摩阻力及端阻力控制PCC桩后期承载力;桩外侧土体以斜向下的剪切变形为主,其影响范围约为2D;内侧以竖向压缩变形为主,加载初期与桩同步变形,加载后期桩内侧下部土体与桩之间相对位移明显大于桩内侧上部土体;桩端土体可分为圆锥形竖向压缩区及侧向变形区,其在深度方向的影响范围达到4D,桩端土变形模式在平面上呈扇形;接触力链的分布与侧阻力沿桩长分布特征基本保持一致,而桩端土孔隙率的变化则从细观角度反映侧阻先于端阻发挥。研究成果对于进一步明确PCC桩与土相互作用的内在机制具有意义。     

复杂条件下超深双沉井施工关键技术

某市新建水厂取水头部工程包含两座超深沉井,最小间距仅为15.2m,下沉深度达41.2m,周围环境复杂且地层条件不利.超深双沉井同步下沉具有相当的技术难度.利用针对本工程研发的超深沉井破土压沉系统进行取土和辅助压沉,并在水上设置操作平台,同时配合必要的稳定性措施和纠偏措施,确保了沉井顺利下沉.对超深双沉井的设计与施工关键...     

基于被动土压力的沉井结构分析

对沉井的下沉进行分析,指出刃脚处所受的土压力为被动土压力,井壁所受的土压力为主动土压力或静止土压力。根据地基破坏理论,将与沉井同时移动的压实核作为基础的一部分,从位移、刃脚和土的物理力学性质等方面进行分析,指出沉井刃脚所受的被动土压力介于静止土压力与被动土压力极限值之间。由被动土压力折减系数,推导出被动土压力与侧摩阻力的计算公式。依据该计算公式对地下旋流池的结构进行分析和比较。指出沉井刃脚高度以及刃脚踏面的宽度对沉井的侧摩阻力和下沉系数影响较大。