大型沉井群的沉井下沉阻力监测技术

1、第26卷第2期2009年6月华中科技大学学报(城市科学版J. of HUST . (U rban Science Editi on Vol . 26No . 2Jun . 2009 收稿日期:2008212204作者简介:李宗哲(19602 , 男, 河南人, 教授级高工, 博士研究生, 研究方向为桥梁结构及基础工程, lzz1359 。大型沉井群的沉井下沉阻力监测技术李宗哲1, 朱婧1, 居炎飞2, 郑俊杰1(1. 华中科技大学a . 土木工程与力学学院, b . 控制结构湖北省重点实验室, 湖北武汉430074;2. 中交武汉港湾工程设计研究院有限公司, 湖北武汉430071摘要:介绍了向

2、家坝水电站大型沉井群中的6号沉井下沉阻力的监测技术。在沉井下沉的过程中, 采用钢筋应力计监测沉井的侧摩阻力, 采用土压力计监测沉井刃脚的土压力, 分别得到了每节沉井的侧摩阻力、沉井与土层的摩擦系数以及沉井的刃脚的土压力。通过这些监测数据, 既控制了沉井的安全平稳下沉, 也为类似的大型沉井的监测和施工提供了有益参考。关键词:沉井; 侧摩阻力; 土压力; 测试中图分类号:T U473. 2文献标识码:A 文章编号:167227037(2009 0220043204沉井基础的关键技术是确保其平稳下沉, 而下沉过程中井壁与土的摩阻力和井端阻力是沉井能否顺利下沉的控制因素。因此, 沉井在下沉过程中下沉阻

3、力的现场监测受到岩土工程界的广泛重视。1980年, 1, 测。1986年, Tjelta 2等进行了两个大型贯入试验, 观察了端阻力和井壁摩擦力, 获得与沉井安装和运行相关的不确定因素。1993年, Dyvik 3等在北海岸的天然软粘土上进行了四个小型沉井模型试验, 观察了在静载和循环荷载下的变化情况。1999年, 黄金枝等4针对大型沉井下沉施工的动态、不确定性和非决定性时变系统的特征, 给出了动态优化控制的模型和求解方法。同时针对常规方法监测沉井施工中存在的障碍, 应用数字化监测技术, 给出了动态优化控制的实现和支持系统5。2001年, 吉林等6根据江阴大桥北锚沉井基础变位观测资料, 揭示长

4、江下游地区软土地基上大跨径悬索桥锚碇沉井基础在施工及营运阶段的变位规律。1工程概况向家坝水电站是国家“十一五”期间重点水电建设项目, 位于四川与云南交界处的金沙江下游河段, 坝址左岸下距四川宜宾县的安边镇4. 0k m , 右岸下距云南水富县城1. 5km 。由于向家坝水电站坝基地质复杂, 施工场地受限, 左岸主体及导流工程施工难度极大, 。, , 。本工程围堰基础由10个23m ×17m 的矩形沉井组成, 顶部高程270. 0m , 沉井高度43. 057. 4m 不等, 底部进入岩层, 最深入岩7m , 最深沉井57m 。前期作为挡土墙及纵向围堰堰基进行二期基坑开挖, 后期作为二

5、期围堰结构的一部分, 解决堰基覆盖层的处理及二期工程施工的矛盾。1#10#沉井依次沿一期土石围堰成“L ”型错开布置, 相邻沉井净间距为2. 0m; 1#8#沉井顺土石围堰并垂直大坝轴线错开布置, 9#、10#与图1向家坝沉井群现场照片 华中科技大学学报(城市科学版 2009年大坝轴线平行布置; 1#4#沉井纵向外墙边线在一条直线上, 5#9#沉井纵向外墙边线与1#4#沉井纵向外墙边线的间距依次向左岸递增2. 0m 、5. 0m 、9. 0m 、15. 0m 、24. 0m , 见图1和图2 。图2在沉井下沉过程中, , 直到设计标高力、, 、刃脚的支承力等进行现场监测。在沉井第2节以上采取泥

6、浆套助沉措施。2工程地质条件第二期纵向围堰大坝上游河流冲积物厚度约39. 568. 4m , 上游厚、下游薄基岩面高程大致为203. 5231. 4m , 堰基基岩为厚至巨厚层微风化至新鲜的中细砂岩。受立煤湾膝状挠曲的影响, 陡倾角节理裂隙相对较发育, 加上岩层层面及软弱夹层构成控制堰基稳定的主要结构面。浅表层岩体完整性较差, 抗压强度大于80MPa, 为III 类岩体, 属中等透水范围。沉井施工区域的地质条件具有如下几个较突出的特点:(1 第二期纵向围堰大坝上游段地基覆盖层相对较厚, 且普遍夹有砂层, 砂层的压缩性较高, 容易产生流土, 但液化的可能性不大;(2 覆盖层下部含崩(块 石, 而

7、且随机性大, 不均匀性明显, 部分块径较大;(3 覆盖层的密度较高, 天然干密度较大, 抗剪强度较高, 渗透性强;(4 下层基岩的强度高, 承载力基本满足堰基要求, 完整性较差, 透水性较强。、渗漏和渗漏变形以及冲刷破坏。其中砂层具有中高压缩性和中等透水性, 易产生压缩变形, 而且在渗流作用下, 较容易产生流土是影响坝基稳定的关键因素。3监测目的及内容沉井采用分节制作、分节下沉的方式施工, 因该工程规模大, 下沉深度深, 为确保施工顺利进行, 施工时在第2节沉井以上采用泥浆套的助沉措施, 沉井外围布置有降水井, 不带水下沉。同时为了实现信息化施工, 对沉井下沉阶段井壁的摩阻及沉井底部刃脚踏面的

8、应力进行监测。监测目的:(1 通过监测, 获得沉井下沉过程中的井壁摩阻力、刃脚部位的土压力数据信息; (2 所得信息反馈给沉井施工部门, 指导井内开挖取土部位, 使沉井能均匀平稳地下沉, 保证沉井的施工质量; (3 通过第1节与其他几节监测数据的比较, 检验泥浆套助沉措施的效果。监测的主要内容:(1 井壁与土的摩阻力监测; (2 刃脚的土压力监测。4测点布置及监测方法4. 1井壁与土体的侧摩阻力监测采用两种方法进行侧摩阻力和摩擦系数监测:44第1期李宗哲等:大型沉井群的沉井下沉阻力监测技术(1 通过测量不同分节处钢筋应力计的应力 差来求侧摩阻力, 其原理及方法如图3所示。图中:F 为第i 节沉

9、井侧面摩阻力; F i 为第i 节沉井下端断面的内力; F i -1为第i 节沉井上端断面的内力; W i 为第i 节沉井自重。 图3受力示意图为求得第i 节沉井的侧摩阻力, 先测得上下端垂直方向的内力值, 并考虑自重应力因素, 由公式求得该断面的侧摩阻力:=-1i 不大, , 可认为水平断面应力分布均匀, 因此在每节接头位置布设钢筋计(竖向间距约9. 0m 测试断面, 共计4个测试断面, 每一测试断面沿长边方向布设3个钢筋计测点, 沿短边方向布设2个钢筋计测点, 共计40个钢筋计测点, 测点布置见图4。根据监测数据可以得出摩阻力沿深度的分布。(2 通过测量侧壁土压力来求得土体与沉井侧壁的摩擦

10、系数。在两个钢筋计断面间埋设土压力计, 由已知的侧摩阻力和监测到的侧向土压力, 求得土体和井壁间的摩擦系数。图4测点布置4. 2刃脚的土压力监测一般在井底土层分布比较均匀的情况下, 如果沉井在开挖和下沉过程中发生倾斜, 则刃脚所受的土压力就会分布不均匀, 因此可以根据刃脚土压力的分布情况及时指导开挖施工。根据沉井刃脚受力情况, 在刃脚四周踏面处, 32个10, 4。以下是6#沉井的监测情况。5. 1侧摩阻力(1 根据钢筋应力计监测值得到沉井的侧壁摩阻力, 结果见表1。沉井刃脚端面积为24. 0m 2, 各节沉井的截面积为216. 3m 2。各节沉井自重分别为:第1节45915kN; 第2节以上

11、各节自重均为47964k N 。(2 根据侧壁土压力计监测结果求得土体和井壁之间的摩擦系数。在监测侧壁土压力的过程中, 根据已测得的侧摩阻力, 求得各节沉井的摩擦系数, 计算结果见表2。表1沉井的侧壁摩阻力时间刃脚土压力/MPa 钢筋计测试值/10kPa9m 处18m 处27m 处36m 处摩阻力/kPa第一节第二节第三节第四节2006/7/200. 7552. 33-91. 2-2006/8/200. 85825. 8215. 08-112. 734. 4-2006/9/200. 98124. 3018. 59-104. 149. 5-2006/10/200. 27122. 8516. 80

12、18. 88-123. 448. 472. 9-2006/11/202. 00425. 5716. 4019. 0514. 9073. 839. 174. 654. 12006/12/210. 49625. 8819. 7020. 2614. 38125. 048. 168. 349. 02007/1/201. 68226. 8816. 3019. 6514. 6588. 534. 876. 751. 62007/2/231. 90025. 3916. 5017. 1614. 6976. 739. 968. 659. 22007/3/172. 07026. 4416. 8017. 0915.

13、0574. 237. 767. 560. 554 华中科技大学学报(城市科学版 2009年表2各节沉井的摩擦系数时间土压力/MPa第一节第二节第三节第四节摩擦系数第一节第二节第三节第四节2006272180. 24-2006282190. 290. 090. 050. 48-2006292190. 160. 080. 100. 040. 480. 23-20062102180. 230. 060. 060. 080. 600. 33-20062102190. 220. 050. 060. 080. 500. 310. 38-20062112190. 320. 140. 070. 130. 56

14、0. 350. 38-2007212220. 160. 070. 060. 090. 520. 320. 340. 432007222190. 160. 060. 060. 080. 550. 320. 390. 32 图5沉井的侧摩阻力分布曲线沉井的侧摩阻力分布曲线见图5。从摩阻力变化曲线来看, 第1大。分析原因, 在第2沉措施, , 泥浆套起, 距离出浆口最近的第2和第3节效果更为明显。5. 2刃脚土压力刃脚土压力是利用布置在沉井底部的土压力计测得, 结果见表3。表3刃脚土压力监测结果时间土压力/MPa东侧南侧西侧北侧均值沉井偏位情况200627211. 071. 631. 620. 60

15、1. 23西21. 3c m 南1. 5c m 200627220. 081. 882. 240. 361. 14西9. 9c m 南1. 5c m 200627230. 161. 911. 880. 421. 09西16. 5c m 南4. 5c m 2006272271. 110. 310. 390. 890. 68东6. 0c m 北7. 5c m 2006272280. 610. 060. 300. 150. 28东2. 3c m 北1. 0c m 2006272290. 510. 380. 220. 850. 49东0. 4c m 北2. 7c m 2006282120. 100.

16、160. 621. 150. 51西24. 0c m 北7. 1c m 2006282160. 310. 110. 850. 340. 40西12. 7c m 北7. 2c m 2006282220. 780. 510. 780. 520. 65东51c m 北8. 0c m 200629240. 621. 040. 080. 320. 51东8. 4c m 北7. 9c m 200629280. 280. 790. 010. 230. 33东5. 6c m 北6. 0c m 2006292140. 422. 210. 730. 410. 94西32. 9c m 北12. 6c m 20062

17、10250. 533. 972. 290. 851. 91东1. 5c m 北24. 1c m 2006210280. 621. 830. 780. 440. 92东25. 6c m 北15. 7c m 20062102160. 611. 511. 070. 410. 90东26. 6c m 北5. 9c m 20062112281. 584. 032. 411. 622. 41东1. 2c m 北17. 8c m 2006212230. 084. 070. 010. 241. 10东1. 2c m 北17. 8c m 20062122260. 623. 0400. 320. 99东2. 6c

18、 m 北12. 6c m 200721260. 591. 099. 740. 372. 95东2. 6c m 北12. 6c m 2007212152. 302. 642. 710. 372. 00东2. 4c m 北13. 9c m 2007212300. 280. 9510. 680. 353. 07西10. 9c m 北14. 7c m 从以上刃脚土压力监测结果看出, 刃脚土压力的值可以反映沉井下沉过程中的偏位情况, 通过信息反馈, 沉井的下沉施工得到了及时调整, 保证了沉井安全平稳下沉。表中土压力监测结果的变化比较剧烈, 不仅与偏位调整过程比较迅速有关, 还与沉井底部土层分布情况, 周

19、边降水情况、施工取土过程等有关。6结论(1 由于沉井第2节以上使用了泥浆套的助沉措施, 使第2节以上的摩阻力比第1节摩阻力要小, 泥浆套助沉措施是有效的。(2 本工程采取两种方法分别监测侧摩阻力和摩擦系数的变化, 通过两种监测结果的对比分析, 给今后类似工程和研究提供一个参考和借鉴。(3 从刃脚土压力监测结果来看, 沉井在下, , 如、施工取土。(4 在沉井下沉过程中, 通过对沉井侧摩阻力和刃脚土压力的实时观测及信息的及时反馈, 为沉井下沉时的取土、纠偏措施提供了依据, 保证了工程的顺利完成, 同时积累了宝贵的数据资料, 可供同类工程进行研究分析和利用。参考文献1Hogervorst J R.

20、 Field trails with large dia meter sucti onp ilesC /Pr oceedings of the 12th annual Offshore Technol ogy Conference . Houst on, Texas, 1980:2172224.2Tjelta T I, Gutt or m sen T R, Her m stad J. Large 2scalepenetrati on test at a deepwater site C /Proceedings of the 18th annual Off 2shore Technol ogy

21、 Conference . Houst on, Texas, 1986:2012212.3Dyvik R, Anders on K H, Hansen S B, et al . Fieldtests on anchors in clay . I :Descri p ti onJ .Journal of Geotechnical Engineering, 1993, 119(10 :151521531.4黄金枝, 傅浩军, 何广民, 等. 大型沉井动态优化控制及其信息支持系统J .西北建筑工程学院学报, 1999, (1 :1210.5张玉生. 地表微沉降沉井的信息化施工J .地基基础, 200

22、1, (4 :30235.6吉林, 冯兆祥, 周世忠. 江阴大桥北锚沉井基础变位过程实测研究J .公路交通科技, 2001, 18(3 :33235.(下转第51页64 第2期孙庆新:基于ANSYS 的脱空钢管混凝土拱桥极限承载力分析Ulti m a te Strength Ana lysis of Vo i d CFST Arch Br i dge Ba sed on ANS Y SSUN Q ing 2xin, YAN G D ong 2bo(Henan Pr ovincial Communicati ons Planning Survey and Design I nstitute Co

23、 L td, Zhengzhou 450052, China Abstract:The void in CFST arch bridge is a common p r oble m. I n the paper, material and geometric nonlin 2earity of the concrete arch was considered, a void CFST arch bridge finite ele ment analysis was established using the selected constitutive relati on and ele me

24、nt . W hen subjected t o dead l oad, the dyna m ic stability of the bridge was analyzed with different e mp ty rati o . I n the case of half 2bridge l oad and full 2bridge l oad, the ulti 2mate strength was analyzed . These results were compared separately with no e mp ty bridge . Some useful con 2c

25、lusi ons were dra wn, which can be app lied t o the assess ment and strengthening of void CFST arch bridge . Key words:CFST arch bridge; void; double nonlinear; ulti m ate strength (上接第33页Conf i gura ti on of Traff i c M odes Between M egac ity andits Sa tellite C ity Ba sed on S WO T and En tropy W

26、 e i ght D ec isi on 2mak i n gMA Shu 2hong 1, ZHOU W ei 1, 2, WAN G Yuan 2qing1(1. School of H ighway, Chang an University, Xi an, 710064, China; 2. Research I nstitute of H ighway M inistry of Trans port, Beijing, 100088, China Abstract:The configurati on of trans port mode bet w een a p r oject,

27、theref ore l ots of fact ors need t o be considered . s envir onment int o considerati on, this S and method based on entr opy weight t o r t o the devel opment strategy that adap ted t o the megacity and fr om the as pect of coordinated devel opment . Taking Xi an 2gaoling as an exa mp le, the lica

28、ti on results show that this method can be used in the configurati on and op ti m izati on of the traffic modes bet w een megacity and satellite city, and then p r ovides s ome reference t o realize the coordinati on of megacity and satellite city .Key words:megacity; satellite city; configurati on of trans port modes; S WOT method; decisi on 2makingmethod based on entr opy weight(上接第46页M on itor i n g Techn i que for S i n k i n g Resist ance of Large Ca isson GroupL I Zong 2zhe 1, ZHU J ing 1, JU Yan 2fei 2, ZHEN G Jun 2jie1(1. a . School of Civil Engineering and Mechanics;b .