馬鞍山長江公路大橋北錨碇沉井基礎(chǔ)計算報告

1、馬鞍山長江公路大橋北錨碇沉井基礎(chǔ)不對稱封底對沉井幾何姿態(tài)影響分析報告 2010年9月目 錄 一 封底概述1二 空間有限元計算模型3（1）模型說明3（2）材料參數(shù)取值4（3）計算說明5三 計算結(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)部形成封閉的五個個區(qū)域，封底澆筑順序為：-。首先對區(qū)域進(jìn)行封底施工，然后對區(qū)域進(jìn)行封底施工，再對區(qū)域進(jìn)行吸砂清基澆筑封底混凝土，然后對區(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)。對于地下水，根據(jù)實際情況，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)取值對結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的影響?；炷涟磸椥杂嬎悖渲谢炷辆谝约八禄炷辆碈30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)計方提供的詳勘資料，對于詳勘資料中沒有提供的參數(shù)，結(jié)合本工程的實際情況，根據(jù)規(guī)范及經(jīng)驗取值。北錨碇周圍土層計算時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）計算說明本模擬計算主要目的是掌握沉井結(jié)構(gòu)在不對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工況，即將整個

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)的五個階段水下封底混凝土施工對沉井的幾何空間姿態(tài)的影響。三 計算結(jié)果本模擬計算主要分析不對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)的不對稱性，沉井會出現(xiàn)偏位及不均勻下沉現(xiàn)象，但是當(dāng)?shù)诙巍⒌谒拇我约暗谖宕嗡路獾谆炷翝仓?，伴隨著結(jié)構(gòu)的對稱，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?，即相對偏位約為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，相對偏位最大為5.9mm。z方向會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算結(jié)果分析可知，在平面位置（x、y方向）沉井結(jié)構(gòu)會因為一、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?，即相對偏位約為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，相對偏位最大為4mm。z方

8、向會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，整個沉井結(jié)構(gòu)完全對稱，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，由于整個沉井結(jié)構(gòu)已經(jīng)對稱，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 沉井平面位置點設(shè)置及主軸設(shè)置表4-1 各階段封底結(jié)束后對沉井頂部姿態(tài)影響不對稱封底各階段對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號點X(mm)Y(mm)Z(mm)2號點X(mm)Y(mm)Z(mm)3號點X(mm)Y(mm)Z(mm)4號點X(mm)Y(mm)Z(mm)（注：表格數(shù)據(jù)值為累計值）從數(shù)模分析