CN111501809A - 一种超大型沉井的下沉方法 - Google Patents
一种超大型沉井的下沉方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开一种超大型沉井的下沉方法,包括:步骤S1:将超大型沉井底部的土体划分为盲区和非盲区,并计算非盲区的土体的容许取土深度Hc';步骤S2:根据非盲区的容许取土深度Hc',计算盲区内的土体的临界宽度B',临界宽度B'为超大型沉井在下沉时盲区的土体发生破坏时的临界宽度;步骤S3:在非盲区向下持续取土直至形成的井孔的深度达到容许取土深度Hc';步骤S4:在井孔内向相邻的盲区对称侧向取土直至盲区内的土体的宽度不断减小至临界宽度B',此时,超大型沉井将依靠自重切土下沉;步骤S5:在超大型沉井停止向下切土下沉后,重复步骤S3~步骤S4,直至超大型沉井下沉至设计高程。本申请能够实现超大型沉井的平稳安全下沉。
Description
技术领域
本申请涉及沉井施工领域,特别涉及一种超大型沉井的下沉方法。
背景技术
随着桥梁跨度的不断加大,沉井基础的规模也越来越大,超大型沉井平面尺接近百米,下沉施工控制的难度急剧增加。
与小沉井相比,超大型沉井下沉的主要矛盾由减少侧阻力转变为减少端阻力,而沉井井壁刃脚下土体的挖掘受沉井隔墙、布置在沉井顶部取土平台产生的盲区影响,取土困难,沉井端阻力无法解除,沉井下沉困难,容易造成沉井突沉、偏斜及涌砂等问题,严重影响沉井结构安全、下沉稳定及工期。
发明内容
本申请实施例提供一种超大型沉井的下沉方法,能够实现超大型沉井的平稳安全下沉。
本申请实施例提供了一种超大型沉井的下沉方法,所述下沉方法包括以下步骤:
步骤S1:根据超大型沉井中井壁刃脚的宽度、布置在所述超大型沉井顶部的取土施工平台宽度,将所述超大型沉井底部的土体划分为盲区和非盲区,并计算非盲区的土体的容许取土深度Hc';
步骤S2:根据所述非盲区的容许取土深度Hc',计算盲区内的土体的临界宽度B',所述临界宽度B'为所述超大型沉井在下沉时所述盲区的土体发生破坏时的临界宽度;
步骤S3:在所述非盲区向下持续取土直至形成的井孔的深度达到所述容许取土深度Hc';
步骤S4:在所述井孔内向相邻的盲区对称侧向取土直至盲区内的土体的宽度不断减小至临界宽度B',此时,所述超大型沉井将依靠自重切土下沉;
步骤S5:在所述超大型沉井停止向下切土下沉后,重复步骤S3~步骤S4,直至所述超大型沉井下沉至设计高程,即完成所述超大型沉井的下沉。
在本实施例中,优选地,所述盲区的宽度B的大小取所述超大型沉井的最大隔墙宽度B1、所述取土施工平台宽度B2的较大值。
优选地,所述步骤S1的具体步骤为:
步骤S101:确定所述盲区的宽度B;
步骤S102:根据所述盲区的宽度B、所述超大型沉井的有效重量、以及所述井壁刃脚下土体墙的土体参数,计算所述非盲区的土体的临界取土深度Hc;
步骤S103:根据所述非盲区的土体的临界取土深度Hc确定所述非盲区的容许取土深度Hc'。
优选地,在所述步骤S102中,所述临界取土高度Hc的计算公式为:
优选地,所述容许取土深度Hc'的大小不超过所述临界取土高度Hc。
优选地,所述容许取土深度Hc'的大小为所述临界取土高度Hc的0.5~0.7倍。
优选地,所述步骤S2的具体步骤为:
根据所述井壁刃脚、所述土体墙的土体参数,构建所述井壁刃脚和所述井壁刃脚下的土体墙的二维有限元分析模型;
在所述二维有限元分析模型中,设置所述土体墙的初始宽度为所述盲区的宽度B,土体参数通过土力学实验获得,分步减小所述土体墙的宽度,直至所述井壁刃脚下的土体墙发生剪切破坏,得到所述井壁刃脚下的土体墙发生剪切破坏时的目标宽度b',所述目标宽度b'即为临界宽度B'。
优选地,所述土体墙的当前宽度为上一次实验的0.9倍。
优选地,所述井壁刃脚位于所述土体墙的中心。
优选地,所述超大型沉井为多孔沉井。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括:
本申请实施例提供了一种超大型沉井的下沉方法,下沉超大型沉井时,先对井内的非盲区向下取土至容许取土深度,再由非盲区中形成的井孔向相邻的盲区对称侧向取土,如此反复多次直至超大型沉井下沉深度达到预期,可见,本申请实施例的取土方式简单易操作;同时,所述超大型沉井均匀下沉,保证超大型沉井在每次下沉时不发生偏斜,当盲区区域中井壁刃脚下的土体墙的宽度为破坏该土体墙的临界宽度时,所述沉井在自重作用下切土下沉,降低了下沉难度,可见,本申请实施例有利于沉井平稳且安全下沉到位。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的超大型沉井在下沉中对土体盲区取土时的示意图;
图2为本申请实施例提供的超大型沉井在下沉中在自重下沉时的示意图;
图中:1、超大型沉井;2、取土施工平台;3、盲区;4、井壁刃脚;5、非盲区。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
参见图1~2所示,本申请实施例提供一种超大型沉井的下沉方法,所述下沉方法包括以下步骤:
步骤S1:根据超大型沉井1中井壁刃脚4的宽度、布置在所述超大型沉井1顶部的取土施工平台2宽度,将所述超大型沉井1底部的土体划分为盲区3和非盲区5,并计算非盲区5的土体的容许取土深度Hc';
步骤S2:根据所述非盲区5的容许取土深度Hc',计算盲区3内的土体的临界宽度B',所述临界宽度B'为所述超大型沉井1在下沉时所述盲区3的土体发生破坏时的临界宽度;
步骤S3:在所述非盲区5向下持续取土直至形成的井孔的深度达到所述容许取土深度Hc';
步骤S4:在所述井孔内向相邻的盲区3对称侧向取土直至盲区3内的土体的宽度不断减小至临界宽度B',此时,所述超大型沉井1将依靠自重切土下沉;
步骤S5:在所述超大型沉井1停止向下切土下沉后,重复步骤S3~步骤S4,直至所述超大型沉井1下沉至设计高程,即完成所述超大型沉井1的下沉。
一般来说,在超大型沉井1下沉的过程中,井壁刃脚4下土体墙的宽度过宽可能导致超大型沉井1的端面阻力过大而使得超大型沉井1无法正常下沉,并且井壁刃脚4下土体墙的高度过高时也可能导致超大型沉井1突沉及倾斜。在本实施例中,所述超大型沉井1具有多个井壁刃脚4,井壁刃脚4的下方土体定义为盲区3,盲区3之间的区域划为非盲区5,所述盲区3的宽度B可根据常规技术求得,所述非盲区5的宽度Bm为相邻的两个盲区3之间的距离。
本申请实施例提供的超大型沉井的下沉方法的工作原理为:
本申请实施例预先计算出所述非盲区5的容许取土深度Hc'和所述土体墙的临界宽度B',如图1~2所示,在下沉超大型沉井1时,使用预先计算的容许取土深度Hc'和临界宽度B',在所述非盲区5的区域内向下取土直至在所述非盲区5形成的井孔的深度达到容许取土深度Hc',之后,在所述井孔内向相邻的所述盲区3对称侧向取土直至所述土体墙的宽度达到所述临界宽度B',当所述土体墙的宽度达到所述临界宽度B'时,所述超大型沉井1在自重的作用下切土下沉;当所述超大型沉井1的下沉深度未达到预期的下沉深度时,继续在所述非盲区5的区域内向下取土直至井孔的深度达到容许取土深度Hc',并在所述井孔内向相邻的盲区3侧向取土直至所述土体墙的宽度达到所述临界宽度B',所述超大型沉井1再次启动向下切土下沉,如此反复多次,能够将超大型沉井下沉至较深的深度。
本申请实施例通过对超大型沉井1的井内的非盲区5向下取土形成一个井孔,再在该井孔内向临近的盲区3水平取土,其取土方式简单易操作;超大型沉井1均匀下沉,降低下沉难度,且每次下沉的距离有限,有效保证每次下沉时不发生突沉,有利于沉井平稳且安全下沉到位。
具体地,所述盲区3的宽度B的大小取所述超大型沉井1的最大隔墙宽度B1、布置在所述超大型沉井1顶部的取土施工平台2的宽度B2的较大值。在本实施例中,如图1所示,取土施工平台2的宽度B2与所述盲区3的宽度B大小相同,示意性地,所述取土施工平台2标示于所述盲区3的正上方,且所述取土施工平台2与所述盲区3的宽度大小相同。
进一步地,所述步骤S1的具体步骤为:
步骤S101:确定所述盲区3的宽度B;
步骤S102:根据所述盲区3的宽度B、所述超大型沉井1的有效重量、以及所述井壁刃脚4下土体墙的土体参数,计算所述所述非盲区5的土体的临界取土深度Hc;所述井壁刃脚4的初始参数包括所述井壁刃脚4的入土深度、所述井壁刃脚4离地面的初始高度;所述井壁刃脚4下土体墙的土体参数包括土体等效内摩擦角,土体容重,土体粘聚力,土体等效内摩擦角;
步骤S103:根据所述非盲区5的土体的临界取土深度Hc确定所述非盲区5的容许取土深度Hc'。
更进一步地,在所述步骤S102中,所述临界取土高度Hc的计算公式为:
进一步地,所述容许取土深度Hc'的大小不超过所述临界取土高度Hc。在本实施例中,在下沉超大型沉井时,限制非盲区取土的容许取土深度不超过所述临界取土高度,能够确保所述超大型沉井不发生突沉、偏斜的危害,保证沉井施工安全。
更进一步地,所述容许取土深度Hc'的大小为所述临界取土高度Hc的0.5~0.7倍。当所述容许取土深度Hc'的大小与所述临界取土高度Hc的大小的比值在0.5~0.7的范围时,所述井壁刃脚4能够更为稳定可靠地向下切土,降低超大型沉井1发生突沉偏斜的概率。
优选地,所述步骤S2的具体步骤为:
步骤S201:根据所述井壁刃脚4、所述土体墙的土体参数,构建所述井壁刃脚4和所述井壁刃脚4下的土体墙的二维有限元分析模型;
步骤S202:在所述二维有限元分析模型中,设置所述土体墙的初始宽度为所述盲区3的宽度B,土体参数通过土力学实验获得,分步减小所述土体墙的宽度,直至所述井壁刃脚4下的土体墙发生剪切破坏,得到所述井壁刃脚4下的土体墙发生剪切破坏时的目标宽度b',所述目标宽度b'即为临界宽度B'。
具体地,所述土体墙的当前宽度为上一次实验的0.9倍。
在本实施例中,借用二维有限元分析模型对模拟的井壁刃脚4和井壁刃脚4下的土体墙进行分析计算,下一次计算中的土体墙的宽度均为上一次土体墙的宽度的0.9倍,且下一次计算是在上一次实验的结果上进行的,本实施例借用仿真模型求得土体墙的临界宽度B',从而应用在实际的沉井施工中,且下沉操作简单和下沉稳定可靠。
具体地,所述井壁刃脚4位于所述土体墙的中心。参见图1所示,在所述土体墙的两侧由外向内对所述土体墙进行取土打薄直至所述土体墙的厚度为预先求得的所述临界宽度B',当井壁刃脚4两侧的土体部分的厚度相等时,能够进一步保证所述超大型沉井1不发生偏斜,为所述井壁刃脚4竖直向下切土提供稳定条件。
具体地,所述超大型沉井1为多孔沉井。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是,在本申请中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种超大型沉井的下沉方法,其特征在于,所述下沉方法包括以下步骤:
步骤S1:根据超大型沉井(1)中井壁刃脚(4)的宽度、布置在所述超大型沉井(1)顶部的取土施工平台(2)宽度,将所述超大型沉井(1)底部的土体划分为盲区(3)和非盲区(5),并计算非盲区(5)的土体的容许取土深度Hc';
步骤S2:根据所述非盲区(5)的容许取土深度Hc',计算盲区(3)内的土体的临界宽度B',所述临界宽度B'为所述超大型沉井(1)在下沉时所述盲区(3)的土体发生破坏时的临界宽度;
步骤S3:在所述非盲区(5)向下持续取土直至形成的井孔的深度达到所述容许取土深度Hc';
步骤S4:在所述井孔内向相邻的盲区(3)对称侧向取土直至盲区(3)内的土体的宽度不断减小至临界宽度B',此时,所述超大型沉井(1)将依靠自重切土下沉;
步骤S5:在所述超大型沉井(1)停止向下切土下沉后,重复步骤S3~步骤S4,直至所述超大型沉井(1)下沉至设计高程,即完成所述超大型沉井(1)的下沉。
2.如权利要求1所述的超大型沉井的下沉方法,其特征在于,所述盲区(3)的宽度B的大小取所述超大型沉井(1)的最大隔墙宽度B1、所述取土施工平台(2)宽度B2的较大值。
3.如权利要求2所述的超大型沉井的下沉方法,其特征在于,所述步骤S1的具体步骤为:
步骤S101:确定所述盲区(3)的宽度B;
步骤S102:根据所述盲区(3)的宽度B、所述超大型沉井(1)的有效重量、以及所述井壁刃脚(4)下土体墙的土体参数,计算所述非盲区(5)的土体的临界取土深度Hc;
步骤S103:根据所述非盲区(5)的土体的临界取土深度Hc确定所述非盲区(5)的容许取土深度Hc'。
5.如权利要求3所述的超大型沉井的下沉方法,其特征在于,所述容许取土深度Hc'的大小不超过所述临界取土高度Hc。
6.如权利要求5所述的超大型沉井的下沉方法,其特征在于,所述容许取土深度Hc'的大小为所述临界取土高度Hc的0.5~0.7倍。
7.如权利要求4所述的超大型沉井的下沉方法,其特征在于,所述步骤S2的具体步骤为:
根据所述井壁刃脚(4)、所述土体墙的土体参数,构建所述井壁刃脚(4)和所述井壁刃脚(4)下的土体墙的二维有限元分析模型;
在所述二维有限元分析模型中,设置所述土体墙的初始宽度为所述盲区(3)的宽度B,土体参数通过土力学实验获得,分步减小所述土体墙的宽度,直至所述井壁刃脚(4)下的土体墙发生剪切破坏,得到所述井壁刃脚(4)下的土体墙发生剪切破坏时的目标宽度b',所述目标宽度b'即为临界宽度B'。
8.如权利要求7所述的超大型沉井的下沉方法,其特征在于,所述土体墙的当前宽度为上一次实验的0.9倍。
9.如权利要求1所述的超大型沉井的下沉方法,其特征在于,所述井壁刃脚(4)位于所述土体墙的中心。
10.如权利要求1所述的超大型沉井的下沉方法,其特征在于,所述超大型沉井(1)为多孔沉井。
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