一种超大沉井下沉过程中取土深度的计算方法技术

本申请涉及一种超大沉井下沉过程中取土深度的计算方法，其包括根据刃脚踏面埋置初始深度，以及其对应的沉井施工的边界条件，得出该深度对应的下沉系数，然后根据规则一得到刃脚踏面埋置深度的上限值；根据获得的沉井内外地基土临界破坏状态所需的刃脚踏面对地基土的压力与刃脚踏面埋置初始深度实际的对地基土的压力，结合规则二得到下限值，从而得到沉井取土深度临界值范围。实现了基于现场得出的沉井施工的边界条件进行评估沉井下沉过程中的受力特征，考虑井壁对地基土反压作用和考虑取土深度对沉井内外地基土稳定性的影响，得知沉井下沉过程的临界取土深度的临界值范围；故而可控制取土深度，提高了沉井下沉过程的可控性，降低施工风险。降低施工风险。降低施工风险。

【技术实现步骤摘要】
一种超大沉井下沉过程中取土深度的计算方法


[0001]本申请涉及桥梁建造
，特别涉及一种超大沉井下沉过程中取土深度的计算方法。

技术介绍

[0002]目前沉井基础是一种结构刚度大、承载能力强、造价较低的桥梁深水基础。沉井基础的建造流程为：首先在水上预制沉井的井筒，井筒依靠其自重克服地基土作用在其上的端阻力、侧阻力，和水作用在其上的浮力，分多次接高井筒和在井筒内取土下沉至预定深度；其次，在井筒底部浇筑封底混凝土，对其底部进行封闭；最后在沉井顶部加盖板，对其顶部进行封闭。上述施工步全部完成后，桥梁沉井基础施工完成。
[0003]沉井基础建造的关键在于井筒依靠自重克服端阻力、侧阻力和浮力，下沉至预定深度的施工过程。在沉井取土下沉过程中，为了提高沉井下沉的可行性，应尽量增大井孔内的取土深度，降低下沉阻力，达到高效下沉的目的。
[0004]但是存在以下问题：
[0005]在沉井取土下沉的中后期，因侧阻力占下沉总阻力的比重增大，井孔内取土深度过大可能导致井筒出现“吊脚”现象，进而导致井壁内外地基土失稳破坏，产生“翻砂涌土”现象，严重危及沉井施工安全。即无法基于勘察指标评估沉井下沉阻力，以及不能针对沉井的受力特征准确计算沉井内外地基土稳定性，进而无法对沉井下沉过程的临界取土深度进行控制。
[0006]因此，需要准确定井孔内取土深度的临界值范围，从而有益于提高沉井下沉过程的可控性，降低施工风险。

技术实现思路

[0007]本申请实施例提供一种超大沉井下沉过程中取土深度的计算方法，以解决相关技术中无法得知使得沉井稳定下沉的临界取土深度的临界值范围，使沉井下沉过程的临界取土深度难以进行控制的问题。
[0008]第一方面，提供了一种超大沉井下沉过程中取土深度的计算方法，其包括以下步骤：
[0009]获取刃脚踏面埋置初始深度，以及沉井施工的边界条件；
[0010]获取沉井内外地基土稳定性安全系数，并计算得到其对应的第一标准值；第一标准值为沉井内外地基土临界破坏状态所需的刃脚踏面对地基土的压力；
[0011]基于所述沉井施工的边界条件，计算出第一参数；基于规则一和所述第一参数，以得到满足规则一的刃脚踏面埋置深度的第一目标值；第一参数为沉井下沉系数；
[0012]基于规则二、所述第一标准值和沉井施工的边界条件，以得到满足规则二的刃脚踏面埋置深度的第二目标值；
[0013]将第一目标值作为刃脚踏面埋置深度上限值，第二目标值作为刃脚踏面埋置深度
下限值，以得到刃脚踏面埋置深度范围；
[0014]基于所述刃脚踏面埋置深度范围，得到沉井取土深度。
[0015]一些实施例中，基于规则一和所述第一参数，以得到满足规则一的刃脚踏面埋置深度的第一目标值，具体包括以下步骤：
[0016]获取第二标准值，并将其与所述第一参数按照规则一进行比较；第二标准值为沉井可下沉的下沉系数的经验值；
[0017]若所述第一参数大于或等于第二标准值，则将刃脚踏面埋置初始深度作为第一目标值；
[0018]若所述第一参数的值小于第二标准值，则减小刃脚踏面埋置深度以得到新的刃脚踏面埋置初始深度；再重新计算得到新的第一参数；然后回到获取第二标准值，并将其与所述第一参数按照规则一进行比较的步骤。
[0019]一些实施例中，基于规则二、所述第一标准值和沉井施工的边界条件，以得到满足规则二的刃脚踏面埋置深度的第二目标值，具体包括以下步骤：
[0020]获取沉井施工的边界条件中的第二参数，第二参数为刃脚踏面埋置初始深度对应的刃脚踏面对地基土的压力；
[0021]将所述第二参数与第一标准值按照计算规则二进行比较；
[0022]若所述第二参数大于等于第一标准值，则将刃脚踏面埋置初始深度作为第二目标值；
[0023]若第二参数小于第一标准值，则增大刃脚踏面埋置深度得到新的刃脚踏面埋置初始深度，并重新计算得到新的第二参数；然后回到将所述第二参数与第一标准值按照计算规则二进行比较的步骤。
[0024]一些实施例中，所述沉井施工的边界条件包括第二参数σ、最终的摩阻比系数F
r
、沉井下沉端阻力R
b
、沉井下沉总阻力R
t
、沉井自重G和沉井所受浮力N
w
；沉井的外井壁与地基土接触界面的剪切强度τ；沉井的外井壁与地基土接触的面积A；第二参数为刃脚踏面埋置初始深度对应的刃脚踏面对地基土的压力；
[0025]获取刃脚踏面埋置初始深度对应的沉井施工的边界条件，具体包括以下的步骤：
[0026]利用刃脚踏面埋置初始深度h和暂定的摩阻比系数F
r1
，并结合公式一计算出待定的第二参数σ；
[0027]公式一：σ＝ηhQ
t
(1
‑
F
r1
)2；
[0028]其中，η为与地基土类型有关的经验系数；Q
t
为锥尖阻力系数；
[0029]获取沉井自重G、沉井所受浮力N
w
、沉井刃脚踏面的宽度b、沉井的刃脚斜面与水平面的夹角β、沉井下沉阻力计算范围的宽度l、沉井刃脚斜面与刃脚踏面对地基土的压力换算经验系数α；h刃脚踏面埋置初始深度；
[0030]然后根据所述h和待定的所述σ，并结合以下公式得出：沉井下沉端阻力R
b
、沉井下沉的刃脚踏面阻力R
b1
、沉井下沉的刃脚斜面阻力R
b2
、沉井下沉总阻力R
t
和所述σ对应的实际摩阻比系数F
r2
；
[0031]公式二：R
b1
＝σbl；
[0032]公式三：R
b2
＝ασhl
·
cotβ；
[0033]公式四：R
b
＝R
b1
+R
b2
；
[0034]公式五：R
t
＝G
‑
N
w
；
[0035]公式六：
[0036]将所述F
r2
与F
r1
进行对比判断，若F
r2
＝F
r1
，则最终的摩阻比系数F
r
＝F
r1
；否则调整暂定的摩阻比系数F
r1
，并回到结合公式一计算出待定的刃脚踏面对地基土的压力σ的步骤；
[0037]将最终的摩阻比系数F
r
带入公式一中，以得到刃脚踏面埋置初始深度h下准确的第二参数σ。
[0038]一些实施例中，所述锥尖阻力系数Q
t
按照以下公式进行计算得出；
[0039]公式七：
[0040]其中，q
t
为静力触探试验得到的探头端阻力；σ
v
和σ
v0
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超大沉井下沉过程中取土深度的计算方法，其特征在于，其包括以下步骤：获取刃脚踏面埋置初始深度，以及沉井施工的边界条件；获取沉井内外地基土稳定性安全系数，并计算得到其对应的第一标准值；第一标准值为沉井内外地基土临界破坏状态所需的刃脚踏面对地基土的压力；基于所述沉井施工的边界条件，计算出第一参数；基于规则一和所述第一参数，以得到满足规则一的刃脚踏面埋置深度的第一目标值；第一参数为沉井下沉系数；基于规则二、所述第一标准值和沉井施工的边界条件，以得到满足规则二的刃脚踏面埋置深度的第二目标值；将第一目标值作为刃脚踏面埋置深度上限值，第二目标值作为刃脚踏面埋置深度下限值，以得到刃脚踏面埋置深度范围；基于所述刃脚踏面埋置深度范围，得到沉井取土深度。2.如权利要求1所述的超大沉井下沉过程中取土深度的计算方法，其特征在于，基于规则一和所述第一参数，以得到满足规则一的刃脚踏面埋置深度的第一目标值，具体包括以下步骤：获取第二标准值，并将其与所述第一参数按照规则一进行比较；第二标准值为沉井可下沉的下沉系数的经验值；若所述第一参数大于或等于第二标准值，则将刃脚踏面埋置初始深度作为第一目标值；若所述第一参数的值小于第二标准值，则减小刃脚踏面埋置深度以得到新的刃脚踏面埋置初始深度；再重新计算得到新的第一参数；然后回到获取第二标准值，并将其与所述第一参数按照规则一进行比较的步骤。3.如权利要求1所述的超大沉井下沉过程中取土深度的计算方法，其特征在于，基于规则二、所述第一标准值和沉井施工的边界条件，以得到满足规则二的刃脚踏面埋置深度的第二目标值，具体包括以下步骤：获取沉井施工的边界条件中的第二参数，第二参数为刃脚踏面埋置初始深度对应的刃脚踏面对地基土的压力；将所述第二参数与第一标准值按照计算规则二进行比较；若所述第二参数大于等于第一标准值，则将刃脚踏面埋置初始深度作为第二目标值；若第二参数小于第一标准值，则增大刃脚踏面埋置深度得到新的刃脚踏面埋置初始深度，并重新计算得到新的第二参数；然后回到将所述第二参数与第一标准值按照计算规则二进行比较的步骤。4.如权利要求1所述的超大沉井下沉过程中取土深度的计算方法，其特征在于：所述沉井施工的边界条件包括第二参数σ、最终的摩阻比系数F
r
、沉井下沉端阻力R
b
、沉井下沉总阻力R
t
、沉井自重G和沉井所受浮力N
w
；沉井的外井壁与地基土接触界面的剪切强度τ；沉井的外井壁与地基土接触的面积A；第二参数为刃脚踏面埋置初始深度对应的刃脚踏面对地基土的压力；获取刃脚踏面埋置初始深度对应的沉井施工的边界条件，具体包括以下的步骤：利用刃脚踏面埋置初始深度h和暂定的摩阻比系数F
r1
，并结合公式一计算出待定的第二参数σ；
公式一：σ＝ηhQ
t
(1
‑
F
r1
)2；其中，η为与地基土类型有关的经验系数；Q
t
为锥尖阻力系数；获取沉井自重G、沉井所受浮力N
w
、沉井刃脚踏面的宽度b、沉井的刃脚斜面与水平面的夹角β、沉井下沉阻力计算范围的宽度l、沉井刃脚斜面与刃脚踏面对地基土的压力换算经验系数α；h刃脚踏面埋置初始深度；然后根据所述h和待定的所述σ，并结合以下公式得出：沉井下沉端阻力R
b
、沉井下沉的刃脚踏面阻力R
b1
、沉井下沉的刃脚斜面阻力R
b2
、沉井下沉总阻力R
t
和所述σ对应的实际摩阻比系数F
r2
；公式二：R
b1
＝σbl；公式三：R
b2
＝ασhl
·
cotβ；公式四：R
b
＝R
b1
+R
b2
；公式五：R
t
＝G
‑
N
w
；公式六：将所述F
r2
与F
r1
进行对比判断，若F
r2
＝F
r1
，则最终的摩阻比系数F
r
＝F
r1
；否则调整暂定的摩阻比系数F
r1
，并回到结合公式一计算出待定的刃脚踏面对地基土的压力σ的步骤；将最终的摩阻比系数F
r
带入公式一中，以得到刃脚踏...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄锐，马远刚，刘彦峰，颜天成，程志曜，高国辉，马啸，赵萌，何成园，苏舟舟，
申请(专利权)人：中铁大桥科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：