水下钻孔爆破对紧邻混凝土结构沉井动态影响研究

摘要

武汉杨泗港长江大桥是目前世界上最大跨度的双层悬索桥，主跨1700 m，两个主塔墩均采用沉井基础。由于杨泗港长江大桥所处地质的特殊性，桥墩沉井持力层在硬质黏土之上。1号沉井尺寸为77×40×38 m，外壁厚2.3 m，受沉井内壁影响刃脚处黏土无法取出，因此沉井下沉施工中需要对沉井井壁正下方2.3 m宽的黏土采用爆破取土辅助助沉。爆破过程中，沉井刃脚距爆源仅有2 m，如果爆破参数设计不合理，爆破载荷极有可能会对紧邻的混凝土结构沉井造成损伤。 为确保沉井基础的安全性，针对沉井在爆破荷载作用下的动态响应问题，采用理论分析、数值模拟以及现场试验相结合的方法，对混凝土沉井的动态响应进行了综合分析，主要的研究工作及成果有： （1）综合爆破动力学理论、爆炸应力波在岩土传播中的衰减规律、萨道夫斯基经验公式以及现场取样所做土工试验数据，采用理论计算的方法对沉井处的应力峰值和最大振动速度进行预估。结果表明：现有理论计算所得近距离振动速度较大，较实际振速出现了明显的偏差。 （2）由于萨道夫斯基经验公式在近距离振速预测会出现严重误差，而且应力波传播至沉井刃脚处会发生多次反射和透射，造成应力波的叠加，理论计算难以精确预估沉井处的应力峰值。为此，采用ANSYS/LS-DYNA对沉井在爆破荷载作用下的动态响应进行分析。模拟得到了沉井最大压应力、最大拉应力以及距爆源2 m、8 m、17.8 m处的沉井最大振动速度。 （3）一方面为确保沉井结构的安全性，另一方面为验证数值模拟的可靠性，通过对距爆源8 m、17.8 m处振速进行现场监测，并在爆后对沉井进行了现场检测。检测结果和监测数据表明：1、爆破并未使沉井产生损伤；2、监测结果与数值模拟结果较为吻合，模型较为可靠。 （4）为进一步得到距爆源2 m处沉井的实际振动速度，探究混凝土最大安全振速。在数值模拟与现场监测误差分析的基础之上，推测出距爆源2m处沉井振动速度在56.3～68.9 cm/s之间。沉井的安全情况表明：C30强度混凝土最大安全振动速度超过56.3 cm/s，现行的规范具有较大的安全储备。 数十次爆破取土施工后，最终沉井下沉至指定位置。经检测，爆破并未对混凝土沉井造成破坏，爆破参数设计合理。

目录

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3研究内容及方法

第2章 杨泗港长江大桥水下爆破工程概况

2.1 工程概况

2.2 工艺简介

2.3 爆破方案

2.4 本章小结

第3章 爆破动态响应估算

3.1 爆破沉井应力分析

3.2 爆破振动响应分析

3.3 本章小结

第4章 沉井动态响应数值模拟

4.1 模拟方法介绍

4.2 分析指标

4.3 简化沉井钢板结构分析

4.4 三维模型的建立

4.5应力模拟结果及分析

4.6 振速模拟结果及分析

4.7 本章小结

第5章 现场测试

5.1 监测目的

5.2 监测方案

5.3 现场监测数据及分析

5.4 振动速度对比分析

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录