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负压下沉技术在海洋工程基础施工中应用比较广泛,但是在桥梁工程沉井基础的下沉施工过程中,使用该技术能否取得理想的效果,国内外可供参考的工程试验资料及研究文献较少。本文以马鞍山长江大桥科研小沉井负压下沉试验为基础展开研究,所做的主要工作及取得的成果如下:
首先,通过文献调研,总结了现今国内外各种沉井基础下沉技术的研究现状及发展趋势,重点介绍了负压下沉法技术的理论及应用。为了能够顺利完成预期的研究工作,做了充分的理论铺垫,掌握了负压下沉过程中下沉深度、真空度、涌砂量等的计算方法及设计施工过程中的相互影响。
其次,通过科研小沉井负压下沉试验,在认真分析试验数据的基础上得到了一些初步的结论:对于深下沉沉井基础,真空负压下沉方法有效果但是下沉过程困难;真空度大小有限,负压下沉驱动力不足;下沉循环过程中涌砂现象明显,增大了沉井基础的下沉难度。
最后,通过建立精细的有限单元模型,模拟试验条件下沉井基础负压下沉的过程,分析沉井下沉过程中渗流场随着下沉深度和真空度等因素变化而变化的规律、沉井结构及周围土体的应力及变形情况。对比经验公式法,利用渗流场有限元模拟结果来计算负压下沉阻力的有限元法更具有可信度。而后使用有限元法计算结果反向推导出经验公式法的折减系数值。计算结果表明,经验公式法和有限元法在折减系数的取值上相差大,经验公式法不适合用来计算本次试验中的沉井负压下沉阻力;同时,有限元法反推得到的折减系数小也说明了现有试验条件下负压引起的渗流减阻效果不佳。利用静力平衡理论与有限元程序计算得到的涌土高度与试验结果较吻合。
负压下沉法对于深下沉沉井基础侧摩阻力的削弱作用很小,对于非薄壁沉井基础端部摩阻力的削弱作用也有限。桥梁工程的沉井一般都是深下沉非薄壁基础,因此要想在这类基础上应用和推广负压下沉技术,必须在满足沉井设计施工要求的前提下,尽可能让负压下沉法发挥出最大的助沉效果,这个过程中还有许多亟待研究解决的问题。