馬鞍山長江公路大橋北錨碇沉井基礎(chǔ)計(jì)算報(bào)告

1、馬鞍山長江公路大橋北錨碇沉井基礎(chǔ)不對(duì)稱封底對(duì)沉井幾何姿態(tài)影響分析報(bào)告 2010年9月目 錄 一 封底概述1二 空間有限元計(jì)算模型3（1）模型說明3（2）材料參數(shù)取值4（3）計(jì)算說明5三 計(jì)算結(jié)果6（1）第一次封底混凝土澆筑完成6（2）第二次封底混凝土澆筑完成7（3）第三次封底混凝土澆筑完成9（4）第四次封底混凝土澆筑完成11（5）第五次封底混凝土澆筑完成13四 結(jié)論15一 封底概述馬鞍山長江公路大橋北錨沉井封底共分五次進(jìn)行，先沿部分分區(qū)隔墻回填砂，使沉井內(nèi)部形成封閉的五個(gè)個(gè)區(qū)域，封底澆筑順序?yàn)椋?。首先對(duì)區(qū)域進(jìn)行封底施工，然后對(duì)區(qū)域進(jìn)行封底施工，再對(duì)區(qū)域進(jìn)行吸砂清基澆筑封底混凝土，然后對(duì)區(qū)域吸

2、砂清基后進(jìn)行混凝土澆筑。最后再施工區(qū)域，封底混凝土澆筑到封底頂標(biāo)高-28.5m。圖1-1分區(qū)封底混凝土施工順序圖二 空間有限元計(jì)算模型（1）模型說明采用Midas-GTS有限元軟件，建立空間有限元模型對(duì)考慮結(jié)構(gòu)-土體相互作用下的結(jié)構(gòu)及土地受力和變形進(jìn)行非線性仿真分析。為盡可能真實(shí)地模擬該沉井結(jié)構(gòu)及周圍土體，采用全模型建模。如圖2-1所示。模型總高度120m，長300m，寬260m，底部至中分化巖層。模型中土體采用摩爾庫侖本構(gòu)模型，混凝土及鋼材采用彈性材料，按規(guī)范賦予相應(yīng)參數(shù)。對(duì)于地下水，根據(jù)實(shí)際情況，考慮施工過程中井內(nèi)外水壓的調(diào)整。圖2-1 北錨碇沉井基礎(chǔ)整體有限元計(jì)算模型圖2-2 北錨碇沉井

3、結(jié)構(gòu)模型（2）材料參數(shù)取值模型中需要考慮混凝土、鋼材及巖土三類材料，需考慮混凝土、鋼材材料參數(shù)和錨碇所在區(qū)域巖土層的材料參數(shù)取值對(duì)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的影響?；炷涟磸椥杂?jì)算，其中混凝土井壁以及水下混凝土均按C30混凝土賦予材料的彈性模量和泊松比等特性。鋼殼沉井以及鋼殼間橫撐按照Q235鋼材進(jìn)行賦值。巖土層的參數(shù)取值主要依據(jù)設(shè)計(jì)方提供的詳勘資料，對(duì)于詳勘資料中沒有提供的參數(shù)，結(jié)合本工程的實(shí)際情況，根據(jù)規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)取值。北錨碇周圍土層計(jì)算時(shí)采用的厚度按照詳勘資料中提供的各土層層頂標(biāo)高，取其平均值確定，各物理參數(shù)依據(jù)地勘資料進(jìn)行了相應(yīng)修正。具體數(shù)據(jù)見表2-1。表2-1 北錨碇地基各土層厚度及參數(shù)取值土層計(jì)算

4、層厚（m）彈性模量（MPa）容重（KN/m3）粘聚力（KN/m2）摩擦角（deg）粉質(zhì)粘土3.018.618.23216.8淤泥質(zhì)軟粘土15.012.618.81911.3粉砂12.030.019.8630.9細(xì)砂8.033.019.0632.5中砂10.031.019.3532.9弱風(fēng)化巖至模型底部3500023.51200045.0（*沉井頂面標(biāo)高+4.5m）（3）計(jì)算說明本模擬計(jì)算主要目的是掌握沉井結(jié)構(gòu)在不對(duì)稱封底情況下的幾何姿態(tài)以及結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀況，為了更加準(zhǔn)確的把握因不對(duì)稱封底而造成的沉井結(jié)構(gòu)幾何姿態(tài)變化規(guī)律，在本次模擬分析中，在沉井下沉到位后、第一次封底混凝土之前添加一個(gè)工況，即將整個(gè)

5、模型的位移清零，保留結(jié)構(gòu)應(yīng)力，繼而可以較為清晰地得出后續(xù)的五個(gè)階段水下封底混凝土施工對(duì)沉井的幾何空間姿態(tài)的影響。三 計(jì)算結(jié)果本模擬計(jì)算主要分析不對(duì)稱封底而造成的沉井結(jié)構(gòu)幾何姿態(tài)變化規(guī)律，在第一次及第三次水下混凝土澆筑完成后，由于沉井結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，沉井會(huì)出現(xiàn)偏位及不均勻下沉現(xiàn)象，但是當(dāng)?shù)诙?、第四次以及第五次水下封底混凝土澆筑后，伴隨著結(jié)構(gòu)的對(duì)稱，沉井的偏位及不均勻下沉現(xiàn)象也隨即消除，最終達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，沉井幾何姿態(tài)也恢復(fù)到較為理想的狀態(tài)。如下為水下封底混凝土澆筑完成后沉井結(jié)構(gòu)的幾何姿態(tài)情況。（1）第一次封底混凝土澆筑完成從計(jì)算結(jié)果來看，沉井結(jié)構(gòu)的x方向（模型坐標(biāo)系中，x方向與橋中軸線平行，

6、y方向與橋軸向垂直，z為重力方向坐標(biāo)軸，下同）頂部偏位最大為-3.2mm，底部偏位最大約1mm，頂?shù)撞科环较蛳喾?，即相?duì)偏位約為4.2mm。受澆筑區(qū)域的影響，y方向的偏位比x方向略大，其頂部為4.6mm，底部為-1.3mm，相對(duì)偏位最大為5.9mm。z方向會(huì)引起沉井的不均勻下沉，其水下混凝土澆筑區(qū)域下沉約10mm，其對(duì)角線區(qū)域上抬約1.2mm。圖3-1 第一次封底混凝土澆筑后沉井沿x方向的變形圖3-2 第一次封底混凝土澆筑后沉井沿y方向的變形圖3-3 第一次封底混凝土澆筑后沉井沿z方向的變形（2）第二次封底混凝土澆筑完成從計(jì)算結(jié)果分析可知，在平面位置（x、y方向）沉井結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)橐?、四區(qū)封底混

7、凝土澆筑產(chǎn)生些許變形，但是其值很小，約1mm。在豎直方向，由于二、三區(qū)域的封底混凝土尚未澆筑，故整個(gè)結(jié)構(gòu)的沉降量有所差異，其中一、四區(qū)域沉降量略大，約9mm，二、三區(qū)域約6mm。圖3-4 第二次封底混凝土澆筑后沉井沿x方向的變形圖3-5 第二次封底混凝土澆筑后沉井沿y方向的變形圖3-6 第二次封底混凝土澆筑后沉井沿z方向的變形（3）第三次封底混凝土澆筑完成從計(jì)算結(jié)果來看，沉井結(jié)構(gòu)的x方向頂部偏位最大為4.4mm，底部偏位最大約-1.4mm，頂?shù)撞科环较蛳喾?，即相?duì)偏位約為5.8mm。受澆筑區(qū)域的影響，此工況下y方向的偏位比x方向略小，其頂部為3mm，底部為-1mm，相對(duì)偏位最大為4mm。z方

8、向會(huì)引起沉井的不均勻下沉，其水下混凝土澆筑區(qū)域下沉約16mm，其對(duì)角線區(qū)域下沉約4.4mm。圖3-7 第三次封底混凝土澆筑后沉井沿x方向的變形圖3-8 第三次封底混凝土澆筑后沉井沿y方向的變形圖3-9 第三次封底混凝土澆筑后沉井沿z方向的變形（4）第四次封底混凝土澆筑完成從計(jì)算結(jié)果分析可知，當(dāng)?shù)谌齾^(qū)封底混凝土建筑完成之后，整個(gè)沉井結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，無論是在平面偏位還是豎直向的沉降差異量都基本消除。平面偏位很小，豎向沉降值約15mm。圖3-10 第四次封底混凝土澆筑后沉井沿x方向的變形圖3-11 第四次封底混凝土澆筑后沉井沿y方向的變形圖3-12 第四次封底混凝土澆筑后沉井沿z方向的變形（5）第五次

9、封底混凝土澆筑完成從如下計(jì)算結(jié)果可以看出，第五次水下封底混凝土澆筑完成后，由于整個(gè)沉井結(jié)構(gòu)已經(jīng)對(duì)稱，其無論是在x、y方向的偏位，還是z方向的不均勻沉降都基本恢復(fù)，達(dá)到平衡狀態(tài)。累計(jì)豎向沉降量約16mm。圖3-13 第五次封底混凝土澆筑后沉井沿x方向的變形圖3-14 第五次封底混凝土澆筑后沉井沿y方向的變形圖3-15 第五次封底混凝土澆筑后沉井沿z方向的變形四 結(jié)論圖4-1 沉井平面位置點(diǎn)設(shè)置及主軸設(shè)置表4-1 各階段封底結(jié)束后對(duì)沉井頂部姿態(tài)影響不對(duì)稱封底各階段對(duì)沉井頂部平面位置影響 封底階段 頂部姿態(tài)第一次封底結(jié)束第二次封底結(jié)束第三次封底結(jié)束第四次封底結(jié)束第五次封底結(jié)束1號(hào)點(diǎn)X(mm)Y(mm)Z(mm)2號(hào)點(diǎn)X(mm)Y(mm)Z(mm)3號(hào)點(diǎn)X(mm)Y(mm)Z(mm)4號(hào)點(diǎn)X(mm)Y(mm)Z(mm)（注：表格數(shù)據(jù)值為累計(jì)值）從數(shù)模分析