Vibration mechanism research of large scale and deep water caisson

According to the construction method of Taizhou Bridge, numerical simulation is conducted to analyze the vibration of caisson under wind and water flows to determine the main factors of the caisson vibration. Meanwhile, the localization system of caissons and anchors of Taizhou Bridge is modeled in order to summarize the vibration mechanism of caissons under deep-water and jet-flow condition, and further pertinent vibration-control measures are proposed. The obtained results are well verified in engineering practice, and consequently the safety risk of positioning the caisson is reduced.     

准椭圆沉箱群墩结构波浪力试验研究

通过物理模型试验研究不规则波对准椭圆沉箱群墩结构波浪力的影响.试验中入射波向为0°～22.5°,平均周期为1.03～1.63s,准椭圆沉箱的相对间距L/D(L为沉箱间中心距、D为沉箱宽度)采用2.00、2.68和3.00.试验的模型比尺为1∶50.试验波谱采用改进的JONSWAP谱,试验包含72个不同的试验组次.对试验数据进行统计分析,给出了入射波向、周期、相对间距等因素与准椭圆沉箱所受波浪力之间的关系,并讨论了准椭圆沉箱侧壁开孔对结构物所承受波浪力的影响.研究结果表明,沉箱相对间距的增大可以减小沉箱承受的正向波浪力;侧壁开孔可以显著降低沉箱承受的横向波浪力.     

A Study of the system control model of caisson dewatering of the north anchorage of Taizhou Bridge

A caisson foundation is applied to the north anchorage of Taizhou Yangtze River Highway Bridge of which the initial caisson sinking requires dewatering. Since the caisson foundation is quite close to nearby buildings, a system control model is established with source (sink) distribution and intensity being the object function, minimum requirements of settlement and deformation of surroundings caused by dewatering and dynamic water levels during different working procedures being constraints, and the design parameter of pumping wells being the variable,so as to lower the jeopardizing of surrounding buildings, which provides a new method for active control over settlement during dewatering. Such a method of dewatering based on system control model should be of significance for similar projects involving dewatering.     

一种无人化气压沉箱三维地貌建模、测量及避碰系统

针对无人化气压沉箱的三维建模和测量问题,提出了一种无人化气压沉箱三维地貌建模、测量及避碰系统.系统利用多个二维激光传感器,实现沉箱地貌扫描;提出了配准、三维数据分割和重建方法,实现了沉箱内的三维场景重建和实时测量;通过多个传感器融合,实现了挖掘机避碰、沉箱姿态测量.实验表明：系统工作稳定,各项指标满足现场要求,系统已可应用于实际.     

陆上特大型沉井施工技术

泰州大桥主桥采用主跨2×1 080 m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67.9 m×52.0 m,高度分别为41 m,57 m。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。     

顶管施工对高架桥桩基础影响的数值分析

顶管施工广泛应用于市政工程的隧道开挖作业,但该方法对周围构筑物的影响仍需要进一步的研究。本文针对天津市某地下电缆隧道穿越高架桥桩基的实际工程案例,利用数值模拟方法建立了关于穿越高架桥桩基的沉井和顶管施工的有限元计算模型,研究了沉井和顶管施工过程中附近土体的扰动情况以及高架桥桩基的变形、受力等情况。结果表明,沉井和顶管施工都会对周围桩基础的应力和变形产生一定影响。在外径12.8米的沉井施工时,施工引起的土体卸载会使得沉井周围土体产生较大的隆起,最大回弹量为164 mm左右,三个方向（水平X方向、Y方向和竖向Z方向）的最大变形均出现在沉井上部土体周围,该沉井施工过程对距其30米处的高架桥桩基也产生了一定影响,桩体在X方向（指向沉井方向）上受到的影响较大,桩体顶部产生背离沉井的水平位移,下部则逐渐过渡到趋近沉井的水平位移,最大X方向水平位移量约为1.6 mm,对Y方向（垂直于顶管方向）的水平位移影响较小。在外径3.6米的顶管施工过程中,土体在卸载后会出现变形,最大位移为170 mm,变形出现在位于顶管底部的扰动土体。在X方向上,四个桩基均表现为桩顶部远离沉井、桩底靠近沉井的趋势。在Y方向上,桩身的最大水平位移出现在隧道开挖深度处,位移方向为远离顶管,影响范围为顶管隧道施工处上下15 m。     

现代气压沉箱施工过程的三维有限元分析

从开挖卸荷、刃脚挤土、沉箱-土体侧摩擦作用三方面对气压沉箱施工引起的土体扰动进行分析,并结合工程实例,对气压沉箱施工全过程进行三维有限元数值模拟.通过与现场监测数据的比较,验证了三维计算模型及数值模拟方法的合理性和有效性.结果表明:沉箱侧壁边缘处地表沉降最大;随着沉箱下沉,地表沉降逐渐增大,沉降影响范围随之扩大;沉箱周边土体的水平位移较小,浅层土体偏向沉箱移动,深层土体偏离沉箱移动;考虑刃脚挤压扰动可以有效减小沉箱边缘处最大地表沉降.     

吸力式沉箱基础抗拔破坏标准研究

为了得到吸力式沉箱基础的抗拔破坏标准,针对长径比为4的吸力式沉箱基础开展了倾斜抗拔承载力模型试验。试验中考虑了不同荷载作用角度的影响。试验结果表明:荷载作用角度较小时,吸力式沉箱基础的荷载-位移曲线可分为位移平缓段和突变段,且有明显的拐点。依据荷载-位移曲线上的拐点所对应的位移,提出了一个确定吸力式沉箱基础破坏位移的公式。对于荷载作用角度为90°的情况,吸力式沉箱基础被拔出前发生的位移非常小,无法用位移来判断吸力式沉箱基础是否发生破坏,建议从控制外荷载大小的角度预防其破坏的发生。     

锚碇沉井基础下沉稳定性分析

基于可靠度理论,通过对基桩极限状态方程的分析,得到了基桩极限承载力影响因素。将这一理论运用到大型锚碇沉井下沉施工的稳定性之中,得到了衡量沉井下沉稳定性的三个指标,抗滑动稳定系数,抗倾覆稳定安全系数和下沉稳定系数。以鹦鹉洲长江大桥北锚碇沉井施工为例,通过对鹦鹉洲长江大桥北锚碇沉井不同工况,不同接高阶段、不同下沉阶段中下沉稳定系数的分析可知：同一工况、同一下沉周期内,随着接高次数的增加,稳定系数逐渐增大;同一工况下,稳定系数随着下沉次数的增多而逐渐减小;不同工况中,全截面稳定系数最低。在今后类似锚碇沉井的下沉施工中可采用下沉稳定系数对沉井下沉稳定性加以分析控制。     

软土地基三维固结分析及其工程应用

采用非线性比奥（Biot)固结有限元法研究软土地基的固结变形,推导了有关公式,编制了相应的计算程序,并对某工程大型沉井封底后沉井的变位和地基应力、孔隙水压力的分布及消散过程进行了研究。结果表明,天然地基下,通车后沉井有南倾趋势;地基应力不大,应力水平较低,地基土不会发生塑性剪切破坏;孔压逐渐减小,地基固结度逐渐增大。     

软土地基上大型沉井基础安全监控模型

为了提高软土地基上大型沉井基础稳定性评价和安全监控的有效性,以江阴长江公路大桥北锚碇沉井基础为对象,在研究影响其稳定和安全运营主要因素的基础上,探讨了监控系统的主要结构,并从基础位移监控、基础抗滑稳定监控和地基土稳定监控3个方面建立了散索鞍水平位移监控模型、沉井前侧地基土水平向反力监控模型和基底反力监控模型.在综合现场观测数据和数值模拟结果的基础上,探讨了监控模型中原因量的主要构成及其与监控效应量之间函数关系的确定方法,并给出了江阴长江公路大桥北锚碇沉井基础主要控稳模型——散索鞍水平位移监控模型在通车运营期的具体函数表达式.研究结果表明,基础变位是软土地基上大型沉井基础的主要控稳因素,通过安全监控模型对其进行控制能为建筑物的安全运营提供保障.     

箱简型基础防波堤结构受力模式及合理尺度

防波堤向深水区域发展时,抛石堤、抛石基床和半圆体混合堤等传统结构基底宽度呈倍数增加,同时还必须对软土地基进行处理,工程造价大幅上升．针对天津港淤泥质软土地基情况,开发了一种不需要进行地基处理的防波堤结构——箱筒型基础防波堤结构．本结构由插入到地基土中的箱筒型基础结构和上部的挡浪结构组成,利用周边软土的黏聚力和摩擦阻力来保证结构的抗滑和抗倾稳定性,利用插入埋深来提高基底的承载力和整体稳定性,可预制且可重复利用．对结构抗滑、抗倾和地基承载力稳定性系数进行了计算研究,得出了优化的合理结构尺度,为箱筒型基础防波堤的实际工程应用奠定了基础,也为软土地基上新型深水防波堤的计算模式提供了借鉴．经比较,采用箱筒型基础防波堤结构较其他方案节省工程投资25．8％．     

太原北郊污水处理厂改扩建工程提升泵房沉井施工

介绍了太原市北郊污水处理厂改扩建工程提升泵房沉井施工方案,包括沉井的制作、沉井的下沉、沉井下沉的观测、沉井的纠偏等。     

沉箱上单浮体流体动力学问题的解析方法

在有限常水深、同轴同半径圆柱体沉箱条件下，基于特征函数展开法，推导了垂直放置的圆柱形浮体在水波作用下所受到流体作用力表达式．涉及了浮体做垂荡、纵荡和纵摇运动相关联的辐射势，以及在入射波的作用下由于浮体固定不动而相关联的绕射势．还推导了激励力、附加质量和阻尼系数表达式，采用同平底单浮体运动条件相比和激励力计算的两种方法的方式验证了推导的表达式．最后分析了沉箱高度对浮体运动的特有影响，在算例范围内沉箱的高度对垂荡、纵摇运动的影响较大，对纵荡运动的影响较小．     

侧壁开口沉箱水动力学研究

对具有吸能作用的侧壁开口沉箱在二维线性波作用下的水动力性能进行了研究： 采用局部有限元法分析流场．气室喷嘴负荷按能量等效原则进行线性化处理．计算表 阴．沉箱内外波高均小于立波波高；作用在沉箱的水平波力及倾覆力矩都比立波作用 在实体沉箱上小：沉箱吸能的效率与波周期的关系曲线簇呈共轴型．理论计算的波高 反射率及气室相对气压与实验基本吻合，与 Ｒ．Ｏｊｉｍａ等的实验值吻合也较好．     

沉井在不同真空预压处理程度的软土地基中下沉阻力特征研究

目前国内外暂无沉井基础与真空预压处理技术结合的研究。试验通过模型来模拟沉井在不同真空预压处理程度的软土地基中的下沉,对沉井侧摩阻力、刃脚底部阻力进行分析,并通过数值模拟进行对比分析,这对实际工程与理论研究都有参考意义。试验结果表明:随着真空预压处理时间的增加,沉井在软土地基中下沉时的侧摩阻力逐渐增加,靠近刃脚附近侧摩阻力减小的趋势消失;刃脚底部的土压力随着沉井下沉缓慢减小,其中刃脚斜面的土压力占比较工程实际偏大;在软土基础中沉井自重荷载在真空预压处理后提高了250%,且当含水率降低到45%左右时,沉井自重荷载有明显的提升;现有理论计算方式对于刃脚踏面的竖向受力计算偏大,对于刃脚斜面的竖向受力计算偏小。     

大顶力作用下圆形沉井后背土体受力变形特性分析

通过现场监测的方法,对顶管工程圆形沉井在不同顶力作用下后背土体反力和位移变化进行分析研究,并结合有限元数值模拟方法,对现有不同的工作井后背土抗力分布形态进行对比验证.研究结果表明:圆形沉井工作井后背土抗力分布近似直线,但在沉井底板深度处因底板处刚度较大而产生突变,而后在刃脚处达到最大;顶力作用下沉井后背土体发生的位移较小,并表现为整体移动;验证了在沉井后背土体产生较小位移情况下视沉井前壁未达主动状态的合理性,进一步给出沉井后背土反力随距离的变化规律.     

沉井工艺在污水处理工程中的应用

沉井工艺在污水处理工程中得到广泛应用，其主要内容包括：沉井工艺原理及分类，沉井构造及制作，沉井下沉，沉井封底，沉井施工易出现的问题及处理方法。     

深厚覆盖层下锚碇沉井基础的极限承载力及其长期稳定性研究进展

评述深厚覆盖层下锚碇沉井基础的极限承载力及其长期稳定性问题的国内外研究进展,重点讨论锚碇沉井基础的极限承载力、短期和长期变位以及稳定性的基本理论和研究方法,详细阐述在该领域的研究现状和存在问题,并提出了未来研究重点和发展趋势。     

低裙摩擦型吸力式基础及其可贯性对比试验

为进一步优化吸力式基础结构,减小“土塞”效应,提高吸力式基础的可贯性与承载力,文中提出了低裙摩擦型吸力式基础模型。通过室内模型试验对比研究了不同吸力式基础模型的负压（P）-沉贯量（y）曲线。给出沉贯力、沉贯阻力与沉贯量之间的关系,结合试验数据分析了不同桩型之间的差异,对比得出各类桩型的可贯性及沉贯量。结果表明,低裙摩擦型吸力式基础可贯性良好,能有效减小“土塞”效应,提高桩体承载力。