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第一章 概述 1

1.1 沉井与沉箱的定义、特点及用途 1

1.1.1 定义 1

1.1.2 特点 1

1.1.3 用途 1

1.2 沉井与沉箱概述 2

1.2.1 分类 2

1.2.2 构造 3

1.2.3 设计计算原则 4

1.2.4 施工简介 5

1.2.5 沉井与沉箱工法的优缺点比较 7

1.3 沉井与沉箱工法进展概况 7

第二章 施工前的勘察工作 9

2.1 土质勘察 9

2.1.1 目的 9

2.1.2 勘察程序 10

2.1.3 开发土质勘察新方法的必要性 12

2.2 环境勘察 12

2.2.1 探测地下管道及埋设物体的必要性 12

2.2.2 无损探测法 13

2.3 标准贯入试验 17

2.3.1 N值的定义 17

2.3.2 试验设备 18

2.3.3 方法 18

2.3.4 影响N值的因素 18

2.3.5 砂土的N值与φ的关系 18

2.3.6 粘性土中N值与c的关系 20

2.3.7 粉土中的N值与c、φ的关系 21

2.3.8 N值与重度(γt)的关系 25

2.3.9 N值与相对密实度(Dr)的关系 25

2.3.10 N值与变形模量(E)的关系 26

2.3.11 N值与S波速度(Vs)的关系 28

第三章 抗震设计计算 30

3.1 地震及抗震设计的技术用语 30

3.1.1 地震基本知识介绍 30

3.1.2 技术用语 34

3.1.3 惯性力 36

3.2 设计计算的基本要求和程序 37

3.2.1 基本要求 37

3.2.2 设计程序 37

3.2.3 设计条件的确认 37

3.3 震度法设计 41

3.3.1 稳定计算 41

3.3.2 设计程序 41

3.3.3 震度法设计水平震度的设定 41

3.3.4 地层的允许承载力强度 42

3.3.5 地层反力系数 43

3.3.6 地层反力强度上限值 46

3.3.7 变位、断面力及地层反力强度的计算 48

3.3.8 构件设计 49

3.3.9 下沉计算 50

3.4 确保地震水平最大承载力法的抗震设计 51

3.4.1 引入确保地震水平最大承载力法的必要性 51

3.4.2 根据能量守恒定律推估非线性地震的响应 51

3.4.3 设计方针及内容 51

3.4.4 地层反力强度上限值 52

3.4.5 确保地震水平最大承载力法抗震设计的荷载计算 54

3.4.6 断面力、地层反力强度和变位的计算 54

3.4.7 水平震度 54

3.4.8 屈服判定 56

3.4.9 沉箱水平最大承载力的核对 56

3.4.10 沉箱塑性响应系数 57

3.4.12 构件计算 58

3.4.11 沉箱的水平变位及旋转角 58

3.5 沉井桥基设计计算实例 60

3.5.1 设计条件确认 60

3.5.2 震度法设计 61

3.5.3 确保地震水平最大承载力的抗震设计 67

3.6 沉箱桥基设计计算实例 70

3.6.1 设计条件确认 70

3.6.2 震度法设计 70

3.6.3 确保地震水平最大承载力法设计 74

第四章 施工方法 79

4.1 现浇混凝土筑井自沉工法 79

4.1.1 施工工序 79

4.1.2 井筒制作 80

4.1.3 抽垫 82

4.1.4 水挖法 82

4.1.5 干挖法 83

4.1.6 中心岛法 86

4.1.7 封底 86

4.1.8 监测系统 86

4.2 SS沉井工法 89

4.2.1 SS沉井工法的原理及构成 90

4.2.2 施工顺序及适用范围 92

4.2.3 施工实例 93

4.3 压沉沉井工法 94

4.3.1 压沉工法的优点及适用条例 94

4.3.2 地锚反力压入装置 95

4.3.3 自动压沉施工管理系统 95

4.3.4 钢环拼接压入工法 96

4.4 自动化沉井工法 96

4.4.1 SOCS工法的特点 97

4.4.2 系统构成 97

4.4.3 施工及验证试验 101

4.4.4 今后的研究课题 105

4.5 压气沉箱工法概述 105

4.5.1 优点 106

4.5.2 分类 106

4.5.3 有人工法 106

4.5.4 无人工法 107

4.5.5 有人工法与无人工法的对比 107

4.6 排水沉箱工法 108

4.6.1 集水井排水工法 108

4.6.2 外围排水法 108

4.7 防渗沉箱工法 108

4.7.1 注浆工法 109

4.7.2 冻结工法 109

4.8 充He混合气体无人摇控挖掘沉箱工法 109

4.8.1 无人摇控挖掘沉箱工法的优点及基本构成 109

4.8.2 箱内大气吊仓遥控无人挖掘工法 111

4.8.3 地表遥控无人挖掘工法 112

4.8.4 充He混合气体无人遥控挖掘沉箱工法 113

4.9 沉箱自动回收挖掘机工法及多功能挖掘机工法 114

4.10 水中沉箱工法 115

4.10.1 概述 115

4.10.2 施工设备 115

4.10.3 施工步骤 116

4.10.4 两项最新的施工技术 116

4.11 混合沉箱工法 116

4.11.1 混合沉箱的构造及特点 116

4.11.2 混合沉箱工法的施工步骤及注意事项 117

4.11.3 HB沉箱与RC沉箱的比较 117

第五章 施工事故及应急措施 119

5.1 事故分类及应急措施总汇 119

5.2.1 推托式倾斜修正法 120

5.2 沉井事故应急事例 120

5.2.2 沉井工法改为沉箱工法的应急事例 121

5.2.3 沉井外围钻孔减小摩阻力的应急事例 121

5.2.4 沉井工法变为开挖工法的应急事例 122

5.3 沉箱事故应急事例 122

5.3.1 供气软管管理失误造成的沉箱下沉异常 122

5.3.2 射水过量造成的过沉 123

5.3.3 沉箱超沉 123

5.3.4 防止刃脚损伤的事例 124

5.4 隆起及其有压气应急措施 124

5.4.1 挖掘粘性土时的压气效应 124

5.4.2 隆起现象的试验观察 125

5.4.3 膨胀量的评估及基底隆起的判定 125

5.4.4 压气法防止隆起的优点 125

5.4.6 防止挖掘面隆起的压气应急事例 126

5.4.5 作业气压的适用范围 126

5.4.7 竖井开挖隆起喷水压气工法的应急事例 127

第六章 施工设备 128

6.1 单挖型遥控挖掘机 128

6.1.1 构成 128

6.1.2 操作系统 128

6.1.3 控制系统 129

6.1.4 信号传输 129

6.1.5 目视信息系统 130

6.2 自动回收型挖掘机 130

6.2.1 自动挖掘系统 130

6.2.2 摄像、显像系统 130

6.2.3 测量系统 130

6.2.4 信息传输系统 131

6.2.5 回收型挖掘机 131

6.2.6 自动回收系统 131

6.2.7 回收作业 132

6.3 多功能沉箱挖掘机 134

6.3.1 构造 134

6.3.2 控制系统 135

6.3.3 钻孔管理系统 137

6.3.4 负荷试验 137

6.3.5 多功能挖掘机的特点 138

第七章 沉井、沉箱施工对周围环境的影响 139

7.1 地层变形的防止及预测 139

7.1.1 概述 139

7.1.2 地层变形因素及防止措施 139

7.1.3 周围地层变形的观测事例 141

7.1.4 隔墙效果 142

7.1.5 有限元法地层变形的预测 143

7.1.6 数值解析地表沉降估算公式的导出 149

7.2.1 振动的基本定义、预测及控制目标 152

7.2 防振的措施 152

7.2.2 防振措施 153

7.2.3 气垫防振工法施工实例 154

第八章 沉箱基础极佳的抗震性 159

8.1 概述 159

8.2 空气从箱底的漏出 159

8.3 微小气泡的表面张力 160

8.4 土颗粒孔隙与气泡的上升运动 161

8.5 地下水饱合度的下降 161

8.6 地层液化的防止 162

第九章 沉井与沉箱施工实例 163

9.1 压入钢管片拼装井筒的沉井构筑施工实例 163

9.1.1 工程概况 163

9.1.2 施工方法 163

9.1.3 施工结果 166

9.2 压沉沉井施工实例 167

9.3 压沉沉箱的施工实例 168

9.4 盾构直接进发掘削圆柱形压入沉井施工实例 169

9.4.1 概况 169

9.4.2 监测管理系统 169

9.4.3 施工结果 170

9.5 自动化沉井工法实例 174

9.5.1 工程概况 174

9.5.2 系统概况 174

9.5.3 系统功能检证 175

9.6 自动沉井工法大深度竖井施工实例 177

9.6.1 沉井概况 177

9.6.2 系统概况 178

9.6.3 施工程序 178

9.6.4 施工状况 178

9.7.1 狭窄地域沉箱施工要领 179

9.7 狭窄地域沉箱施工要领及实例 179

9.7.2 沉箱施工的主要内容 180

9.7.3 施工实例 180

9.8 桥梁正下方沉箱基础施工实例 183

9.8.1 引言 183

9.8.2 桥基工程概况 184

9.8.3 施工难点 185

9.8.4 施工 187

9.9 充氦混合气体无人挖掘工法大深度沉箱近接施工 188

9.9.1 引言 188

9.9.2 近接施工中应预考虑的问题及其相应的措施 189

9.9.3 深井排水对1线原有沉箱的影响 190

9.9.4 充氦混合气体无人挖掘工法的确认 191

9.9.5 挖土工序 191

9.9.6 设备 192

9.9.7 施工实际 193

9.9.8 1线沉箱的动态观测 195

9.10 0.42MPa压气沉箱施工实例 197

9.10.1 三种混合气体的使用和无人系统的引人 197

9.10.2 工程临时用桥 198

9.10.3 沉箱钢壳 198

9.10.4 挖掘下沉 200

9.10.5 充He混合气体系统 201

9.10.6 沉箱构筑 202

9.10.7 承载力试验和填充混凝土工作 202

9.11 自动化沉箱施工实例 203

9.11.1 沉箱的形状及土质概况 203

9.11.2 自动化系统 203

9.11.3 施工 204

9.11.4 施工结果 206

9.12.3 施工 207

9.12.2 选择施工方法的考虑 207

9.12.1 工程概况 207

9.12 自动回收挖掘机型沉箱施工实例 207

9.13 多功能人遥控挖掘机高气压岩层沉箱施工实例 210

9.13.1 工程概况 210

9.13.2 高气压下的岩层挖掘 210

9.13.3 气闸室设置方式的改进 211

9.14 大水深集装箱码头混合沉箱岸墙工程实例 212

9.14.1 设计 212

9.14.2 HB沉箱的施工 213

9.15 遥控无人自动挖掘沉箱基础桥基筑施工实例 216

9.15.1 工程概况 216

9.15.2 桥基系统构造特点 216

9.15.3 沉箱施工设备 217

9.15.4 遥控无人挖掘施工 219

9.16 日本东滩芦屋线海中沉箱基础无人工法的确定 219

参考文献 223