泰州长江公路大桥南锚碇基础设计

泰州长江公路大桥南锚碇基础设计
于俊杰1，史维山2
（中铁大桥勘测设计院有限公司湖北武汉 430050）
摘要：泰州大桥为三塔两跨悬索桥，桥跨布置为390+2×1080+390m，南、北锚碇基础均采用重力式矩形沉井基础，南、北锚碇沉井基础平面结构相似，北锚碇沉井基础高57m，南锚碇沉井基础高41m，本文仅对南锚碇基础的方案选择及结构设计作简要的介绍。

关键词：桥梁工程；结构设计；计算；锚碇沉井基础；泰州大桥
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1 工程概况
泰州长江公路大桥位于江苏省长江的中段，处于江阴长江大桥和润扬长江大桥之间，北接泰州市，南联镇江市和常州市。

主桥为三塔两跨悬索桥：390+2×1080+390m，是世界上首座主跨超千米的三塔两跨悬索桥。

南、北锚碇均采用重力式矩形沉井基础。

南锚碇沉井长和宽分别为67.9m和52m，沉井高41 m，共分八节。

2 工程地质条件
南锚碇主要岩土层分布自上而下，各土层工程特性简介如下：
1-2淤泥质亚粘土：灰色，局部灰黄色，流塑状态，高孔隙比，高压缩性，夹粉砂薄层，局部具层理，偶夹腐植物，该层层顶埋深0.8～1.8m，层厚1.3～6.95m，地基土容许承载力[σ0]=80kPa，沉井井壁与土体间的摩阻力fs=10kPa。

1-2c粉砂、亚砂土：灰色，稍密(松散)，饱和(很湿)，局部夹亚粘土薄层，主要矿物成分为石英、长石，分选性较差，局部夹腐植物，偶含贝壳碎片；层顶标高-0.68～-7.42m，层厚2.80～10.5m，该层层顶起伏较大，分布连续。

[σ0]=80kPa，fs=15kPa。

1-3粉砂：灰色，稍密为主，局部中密状态，饱和，含云母，分选性较好，主要矿物成分为石英、长石，层顶标高-7.08～-13.71m，层底标高-16.14～-26.61m，层位基本稳定，分布连续。

[σ0]=120kPa，fs=17kPa。

2-4 粉砂、局部细砂：灰色，中密～密实状态，饱和，含云母，分选性较好，主要矿物成分为石英、长石，层顶标高-16.14～-26.61m，层底标高-34.14～-37.13m，层位稳定，分布连续。

[σ0]=160kPa，fs=20kPa。

4-3层粉砂、细砂：灰色，密实状态，饱和，分选性较好，土质较均匀，主要矿物成分为石英、长石。

局部偶含少量腐植物。

层顶标高-35.09～-37.13m，层底标高-57.68～-62.59m，层厚20.55～27.75m，层位稳定，连续分布。

[σ0]=200kPa，fs=24kPa。

3 设计要点
3.1方案选择
沉井基础具有结构刚度大，整体性好，施工方便，造价低，成为国外大跨度悬索桥锚碇基础的首选方案。

我国长江、黄河大型桥梁工程中也有成功采用沉井基础先例，二十世纪六十年代的南京桥、七十年代的九江桥、八十年代的孙口黄河桥，中国桥梁建设者在资金短缺，设备简陋的条件下，建成了深水、浅滩、陆地上形式各样的沉井基础方案，积累了较为丰富的设计施工经验。

九十年代，江阴长江大桥北岸锚碇在冲积地层中采用了沉井基础方案，经过多年运营检验，锚碇基础结构安全可靠。

桥位区的地质以砂土为主，较适宜沉井下沉，采用重力式沉井基础按不排水法施工，保持沉井井孔必要的施工水位，只要施工中严格控制、加强管理，井孔中粉砂、中砂就不会出现翻砂现象，长江防洪大堤稳定是有安全保障的。

另外本桥基础离大堤约150米，均远大于南京长江大桥、九江长江大桥沉井基础离大堤的距离，因此施工工艺中采取必要的防范措施，长江防洪大堤的安全是有保障的。

地下连续墙用作悬索桥锚碇基础，是利用地下连续墙作为防水及抵抗土压力的围堰,以便在围堰内进行挖掘工作，到达设计高程后就地灌注混凝土作为基础，地下连续墙围堰为敞开式开挖提供了条件。

地连墙墙体按抵抗静止土压力＋静止水压力＋偏土压力作强度验算，随地连墙深度增加，墙体及其衬砌
用料倍增。

墙体施工完成后，进行挖土、衬砌工作，直至基础持力层。

如上所述，锚碇位置基岩高程在-200m左右，基岩以上基本为饱和透水层，如果采用大规模排水施工风险很大，因为饱和粉砂、中砂层大堤内外是连通的，大规模采用深井井点降水对长江大堤必然构成不利影响。

纵观国内采用地连墙锚碇基础的润扬长江公路大桥、阳逻长江公路、广州东二环黄埔珠江大桥、虎门珠江大桥，地连墙嵌入相对不透水的基岩，基岩有封水作用，可排水开挖取土，持力层见底、可直观判断。

本桥锚碇基础不具备这些先决条件，其它悬索桥选用地连墙的初衷本桥并不存在。

因此地下连续墙方案在本桥不适宜。

由以上分析可知，沉井基础具有整体性好，结构刚度大，施工设备简单，工期短，对长江防洪大堤安全距离要求较小，比较适合本桥位地质条件，工程造价较低；地下连续墙基础结构工程量较大，施工工艺复杂，排水施工对长江防洪安全距离要求较高，工期长，造价高。

3.2 设计荷载
两根主缆拉力 4.3×105KN
3.3 沉井总体布置
沉井长和宽分别为67.9m和52m（第一节沉井长和宽分别为68.3 m和52.4 m），沉井高41 m，共分八节，第一节为钢壳混凝土沉井，高8m，第二至第八节均为钢筋混凝土沉井，除第七节为3m外，其余均为5m。

封底混凝土厚为8m。

沉井顶面标高为+2.0m，基底标高为-39m，基底置于密实的粉细砂层。

3.4 沉井一般构造
沉井为普通钢筋混凝土结构，共分为20个井孔，沉井第二节及以上节井壁厚2.4m（第一节井壁厚由2.2m渐变为2.1m），沉井第三节及以上节隔墙厚1.4m（第二节隔墙厚2.2m，第一节隔墙厚由1.4m 渐变为1.2m），除第一节未设倒角外，其余六节隔墙与隔墙间的倒角为0.25m×0.25m，隔墙与井壁间的倒角为1.0m×1.0m，沉井刃脚高1.9m，刃脚踏面宽0.2m。

第一节钢壳沉井，分为8类共43个节段工厂预制，然后运到现场就位拼装成整体，以钢壳沉井为模板浇筑混凝土，形成钢壳混凝土沉井，第二节到第八节为钢筋混凝土沉井，均为现场浇筑，第八节沉井不设置隔墙，井壁厚 1.5m，后排井壁因锚块预应力张拉需要，比前排井壁少浇1 m高。

自沉井第三节开始，隔墙中间设置连通管，以便沉井下沉过程中平衡各井孔内的水位。

图1 沉井立面图
图2 沉井平面图
3.5 地基处理
由于沉井规模庞大，又处于软土地基，因此沉井下沉过程中就存在地表一定范围内地基承载力不够，需临时加固地基，采用砂桩及换填的复合地基加固法提高承载力。

先用砂桩加固：砂桩平面沿井壁及隔墙梅花形布置，桩径为38cm，间距1m，砂桩长17m，穿过软土伸入粉砂层。

然后用级配较好的碎石和砂换土：外圈井壁下为5m，中间隔墙下为3m，换土部分需夯实。

3.6 设计计算
设计计算包括运营阶段和各施工阶段的荷载计算、结构内力计算和强度设计。

3.7 钢壳沉井的工厂预制
钢壳沉井工厂加工时，对于构件的焊接需按等强原则进行，对于厚度大于8mm的钢板的焊接，需剖口施焊，对节段间的现场焊缝需考虑内部各构件的焊接，应先里后外，并要求探伤，以保证强度。

钢壳沉井钢结构的材质为Q235B，最大块件重量为42t（未计焊缝重量）。

4 结语
锚碇与基础是承受大跨度悬索桥主缆水平荷载的重要构件，对大桥安全可靠受力至关重要，也是控制大桥施工工期的主要因素。

泰州大桥南锚碇基础目前已顺利下沉到位，沉井下沉偏差得到了很好的控制，沉井姿态很好，满足规范和设计要求。

由此可见泰州大桥锚碇基础选用沉井基础方案可行，结构设计合理。

参考文献：
【1】 中华人民共和国交通部. 公路桥涵设计通用规范. 人民交通出版社，2004.
【2】 中华人民共和国交通部. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范. 人民交通出版社，2004.
【3】 中华人民共和国交通部. 公路桥涵地基与基础设计规范. 人民交通出版社，2007.
【4】 中华人民共和国交通部. 公路桥涵施工技术规范. 人民交通出版社，2000.
【5】 中华人民共和国交通部. 公路桥涵钢结构及木结构设计规范. 人民交通出版社，2000.。