倾斜状态下超深大沉井侧压力和侧摩阻力的试验研究

摘要

当沉井的埋深达到30m，同时宽度达到40m时，即认为该沉井是深大沉井基础。沉井侧压力及侧摩阻力的准确计算是其顺利下沉的保障，通过资料调研发现，沉井的侧压力及摩阻力分布受台阶、刃脚、突沉及倾斜等的影响。影响沉井倾斜的原因包括沉井结构、地基条件以及施工方法等，尤其与地基土条件与施工技艺密切相关。本文基于沪通长江大桥29号沉井基础开展超深大沉井基础在倾斜状态下的侧压力以及侧摩阻力的研究，从沉井结构，地基环境及施工条件三个方面分析沉井产生倾斜的原因，进一步通过现场监测试验，结合理论分析以及数值模拟研究倾斜状态下沉井的侧压力分布以及计算方法，主要分析内容及成果如下：　　(1)确定该沉井的倾斜情况及倾斜状态下沉井的旋转中心及旋转半径。通过对沉井下沉姿态分析可知，沉井下沉呈动态摆动式下沉，很难保持完全竖直状态，沪通长江大桥29号沉井基础最终下沉深度达70m，下沉过程中上下游倾斜程度较南北侧严重，向下游侧倾斜约为1.5°。基于沉井倾斜情况，推导了沉井倾斜状态下旋转中心以及旋转半径的计算公式。　　(2)分析沉井不同截面，不同侧边的侧压力大小。基于现场监测实测数据，分析埋深和倾斜对沉井侧压力的影响，同一截面的不同侧边侧压力值大小不同，高差越大，沉井侧压力相差值越大；同一侧边的不同截面侧压力大小不同，同一入土深度下，距离刃脚5m处最大，靠近刃脚处受到应力松弛区的影响侧压力次之，距离刃脚37m的截面受到台阶的影响在数值上最小。　　(3)提出倾斜状态下沉井侧压力的计算公式。沉井的埋深以及倾斜状态共同影响侧压力大小及分布。利用沉井在竖直状态下的不同截面侧壁土压力的计算公式，再根据倾斜状态引入水平挤土位移量，倾斜系数及深度系数对倾斜状态下沉井的侧压力进行计算，提出倾斜状态下沉井侧压力的修正计算公式，计算结果与实测数据接近，误差在16%以下，证明计算方法的合理性。　　(4)提出超深大沉井在倾斜后对应两侧侧压力分布模式及侧摩阻力计算方法。运用提出的倾斜状态下侧压力计算公式，求解沉井入土深度40m，向下游倾斜1.2°时的侧压力分布曲线。倾斜状态下，侧壁土压力的分布受到沉井水平挤土位移量的影响，总体上呈“勺”字型分布。上游侧，侧压力随着沉井深度呈凹曲线增长，下游侧，侧压力随着沉井深度呈凸曲线增长。基于侧压力分布曲线，提出沉井对应两侧侧摩阻力计算公式，并验证了计算结果。　　(5)通过PLAXIS有限元软件对不同沉井入土深度及不同水平挤土位移量的工况进行侧压力分布验证分析，水平挤土位移量的正负与大小决定侧压力值的大小与分布，与计算推导的侧壁侧压力分布规律一致。与推导的公式计算结果对比分析，沉井上游侧，计算值与模拟值数值上有差异，但侧压力的分布模式相近，规律一致；下游侧，计算值与模拟值分布模式与大小均相近。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 沉井基础

1.1.2 沉井倾斜

1.1.3 研究依托工程

1.2 研究现状

1.2.1 沉井侧压力及摩阻力

1.2.2 沉井倾斜

1.3 论文选题意义

1.4 研究内容与技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

第2章 沉井下沉姿态与侧压力现场监测

2.1 监测目的

2.2 监测内容及方案

2.2.1 沉井姿态监测

2.2.2 侧壁土压力监测

2.2.3 监测设备

2.2.4 监测频率

2.3 监测结果

2.3.1 沉井下沉过程

2.3.2 沉井姿态

2.3.3 沉井侧压力

2.4 本章小结

第3章 超深大沉井现场试验结果分析

3.1 沉井下沉姿态分析

3.1.1 埋深

3.1.2 倾斜角

3.1.3 转动中心

3.2 沉井下沉过程土压力分析

3.2.1 埋深的影响

3.2.2 倾斜的影响

3.3 不同倾斜角下的侧压力分析

3.3.1 竖直状态

3.3.2 不同倾斜角

3.4 本章小结

第4章 倾斜状态下沉井侧压力及摩阻力计算

4.1 沉井侧壁侧压力计算

4.1.1 竖直状态下的计算

4.1.2 倾斜状态下的计算

4.1.3 倾斜状态下侧压力计算的验证分析

4.2 倾斜状态下对应两侧侧压力分布

4.2.1 倾斜状态下上下游侧压力计算

4.2.2 倾斜状态下对应两侧侧压力分布

4.3 本章小结

第5章 倾斜状态下沉井侧压力有限元分析

5.1 模型的建立

5.1.1 软件的介绍

5.1.2 土层及结构参数

5.1.3 建立模型

5.2 计算结果及分析

5.2.1 埋深的影响

5.2.2 倾斜的影响

5.2.3 计算结果验证

5.3 本章小结

结论与展望

主要结论

研究展望

致谢

参考文献

硕士攻读期间发表的科研成果