基础工程 第5章 锚锭基础

力； F——沿基础底面方向的摩擦
力； eG1、eG2、eP——Tx、Ty、G1、
G2、P 对 O 点的力臂。
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锚碇整体抗滑动能力
Kf
F =
Tx

(G1
G2 Ty ) P Tx
2
锚碇抗覆稳定性
Kc

G1eG1 G2eG2 PeP Txex Tyey NeN
3
锚体
Ty
位移计算时应采用对应于荷载长期效应组合。
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二、锚碇受力分析
◆浅埋扩大基础
Ty ex
eG
qG F
O
N
eN
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ey
T T——主缆在散索鞍支点处的拉力，其水平 方向及竖向的分力分别为 Tx、Ty；
Tx
G——锚碇的重量； N——地基对锚碇基础的法向反力； F——沿基础底面方向的摩擦力，且有
p [ fa ] 式中 p——基底的平均压力，按作用短期效应组合计算；
[fa] ——修正后的地基承载力容许值。 偏心荷载作用下
pmax R [ fa ]
式中 pmax——基底的平均压力，按作用短期效应组合计算；
R——地基承载力容许值抗力系数，可取为 1.25。
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锚碇抗覆稳定性
Kc
Txex
GeG Tyey NeN
3
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Ty
T
Tx ex
ey
eG
qG F
O
N
eN
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◆深埋基础
锚体
Ty
T
Tx
ex
G1 eG1
eG2
P
基础
G2
F O
N
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eP ey
G1——锚体的重量； G2——基础（包括其中填充物）
的重量； P——侧面土层对基础的横向抗
第五章 锚碇基础
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内容提要
5．1 悬索桥及其锚碇 5．2 重力式锚碇基础的类型 5．3 重力式锚碇基础的设计 5．4 锚碇基础的施工
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5．1 悬索桥及其锚碇
悬索桥，是指以悬索为主要承重结构的桥，由主缆、 主塔、加劲梁、锚碇、吊索、桥面等部分组成。
主缆的固定方式：自锚式和地锚式。
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三、沉井基础
◆江阴长江大桥北锚碇－一般沉井基础
江阴长江大桥为336.5m+1385m+309.4m的单孔简支钢箱悬 索桥，其北锚碇所在的地层由淤泥质亚黏土与松散亚砂土、亚 砂与亚黏土互层和粉细砂、硬塑或半坚硬的粉质黏土层并夹有 粉细砂、密实的细砂，含砾中粗砂层等组成的厚度78m～86 m 的覆盖层，下为石灰岩。地下水位在地表下l～2m，20m～40 m 和50 m以下存在两层承压水层，并与长江水相连通。
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四、桩基础
桩基础是锚碇基础很少采用的形式，这主要是因为 桩基结构相对较轻，而作用机理比较复杂，设计者对其 在运营期间能否有效控制位移并无很大把握。
目前，锚碇桩基的应用在国内尚无先例，不过在国 外则有成功的应用，如1997年建于美国洛杉矶的文森特 桥( Vincent Thomas Bridge)及2007年在加利福利亚建成的 新卡圭尼兹大桥( New Carquinez Bridge)。
桥，其北锚碇为亚黏土、亚黏土夹粉砂、淤泥质亚黏土、粉
细砂、砾砂等第四系覆盖层，厚度47.5m~48.5m，下为强风化、
弱风化、微风化花岗闪长岩、花岗斑岩，地下水位受长江水
位影响明显，枯水期地下水标高1.5m~1.6m，丰水期
3.6m~4.1m。经与沉井基础、圆形地下连续墙基础等方案比较
后，最终选取了矩形地下连续墙基础方案。
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二、地下连续墙基础
当基岩或良好土层埋深很大时，为给基础提供较强的持 力层，可采用深埋基础形式。
常用的深埋基础的形式有两类：地下连续墙基础及沉井 基础。其中，地下连续墙基础适于场地处在陆地或浅水区； 沉井基础的适用性则较强，可用于陆地、浅水区、深水区的 施工。
地下连续墙基础先以地下连续墙围成圆形或矩形截面的 围护结构，然后用“逆作法”施做内衬，其作用是与连续墙 一同承担坑外的土、水压力。挖至设计深度形成基坑，再浇 筑底板，然后在其中灌注（填筑）混凝土或砂、水等增加重 量，最后浇筑顶板形成基础。
刚度会提高，节省了大量预应力构造及装置，同时也克服了钢在较大 轴向力下容易压屈的缺点。
④采用混凝土材料可克服以往自锚式悬索桥用钢量大、建造和后 期维护费用高的缺点，能取得很好的经济效益和社会效益。
⑤保留了传统悬索桥的外形，在中小跨径桥梁中是很有竞争力的 方案。
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缺点 ①由于主缆直接锚固在加劲梁上，梁承受了很大的轴向力，为
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◆南京长江第四大桥北锚碇－一般沉井基础
南京长江第四大桥为主跨 1418m的双塔三跨全漂浮体系钢箱 悬索桥。
北锚碇采用沉井基础，沉井 尺寸为69.0m×58.0m×52.8m。 沉井顶面标高4.3m，基底标高48.5m，置于密实卵砾石层，沉井 共分11节，除第1节为钢壳混凝土 沉井外，其余均为钢筋混凝土沉 井。
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5．3 重力式锚碇基础的设计
一、锚碇（地基）验算的内容及要求 二、锚碇受力分析 三、锚碇基础的选型 四、浅埋扩大基础的设计步骤 五、地下连续墙基础的设计步骤 六、沉井基础的设计步骤
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一、锚碇（地基）验算的内容及要求
◆锚碇地基的受力特点
（1）在基础浇筑完成后，地基受力比较均匀。 （2）基础之上的锚体浇筑后，由于锚体通常后重前轻， 故属基底后端压应力较大，前端压应力较小的后倾偏心 受压状态。 （3）在运营阶段，在巨大的主缆拉力作用下，基底压 应力变为前大后小的前倾状态。
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◆锚碇地基的验算内容
◆持力层承载力
应对施工到运营阶段不同的受力情况进行地基承载力验算。 按《公路桥涵地基与基础设计规范》要求，应满足 轴心荷载作用下
此需加大梁的截面，对于钢结构的加劲梁则造价明显增加，对于混 凝土材料的加劲梁则增加了主梁自重，从而使主缆钢材用量增加， 所以采用了这两种材料跨径都会受到限制。
②施工步骤受到了限制，必须在加劲梁、桥塔做好之后再吊装 主缆、安装吊索，因此需要搭建大量临时支架以安装加劲梁。所以 自锚式悬索桥若跨径增大，其额外的施工费用就会增多。
考虑到锚碇所承受的主缆拉力巨大、基岩上覆盖土层厚、 地下水丰富等原因，经综合比较分析，选择长69m、宽51m、高 58m的特大沉井作为锚碇基础，沉井在平面上分为36个隔舱， 竖向分为11节，并在沉井后段隔舱中填砂、填水，增加基础的 重量，并使其重心后移，为提高基础的稳定性。
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北锚碇基础基岩埋深约50 m，基坑平面尺寸为69 m×50
m，开挖深度达48 m，采用壁厚1.2 m的地下连续墙和12道钢
筋混凝土支撑作为围护结构。基础底板浇筑后，基坑内设置
的3道纵隔板、4道横隔板将基础分为20个隔舱，除2个隔舱填
混凝土，2个隔舱灌水外，其余16个隔舱均填砂，除可起到调
节基础重心的作用外，也节省了混凝土的用量。
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◆新卡圭尼兹大桥南锚碇－桩基础
新卡圭尼兹大桥位于旧金山海湾，其跨度为147 m+ 728 m+ 181 m。相应的地层为：上部为厚度15~ 24 m的软 土、松砂，下为基岩。此外，地下水位高，地震时砂土 可能会发生液化。
该桥的南锚碇采用了桩基形式。所采用的桩为直径 760mm的现场灌注钢管管桩( Cast-in-Situ-Steel Pipe Pile)， 共计380根，桩距为2. 63倍桩径，为抵抗缆索的拉力, 其 中有占总数55% 的桩为斜桩，斜率达1：3。
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◆武汉阳逻长江大桥南锚碇－圆形地下连续墙基础
武汉阳逻长江大桥主桥为250m+1280m+440m的悬索桥，
主缆设计拉力为617900kN。其南锚碇位于长江南岸的I级阶地，
属长江冲积平原的高河漫滩，地势相对平缓。覆盖层为厚
50.4~51.6m的第四系冲积亚黏土、淤泥质亚黏土、亚黏土夹亚
一、浅埋扩大式基础 二、地下连续墙基础 三、沉井基础 四、桩基础
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一、浅埋扩大式基础
当基岩或良好土层较浅时， 可采用浅埋扩大基础，亦称直 接基础。
与其他基础形式相比，浅 埋扩大基础的结构形式简单， 施工方便，是应首先考虑的基 础形式。
浅埋扩大基础多置于岩石 上，置于土层时通常需对地基 进行加固处理。此外，该类基 础多在陆地或浅水区，采用明 挖干施工。
T
Tx
ex
G1 eG1
eG2
P
基础
G2
F O
eP ey
N
由于锚碇基础的尺寸较一般基础大得多，其受力也更为复杂，为更为准 确地确定其受力及位移，可采用有限元等数值方法进行更为精细的计算。
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◆自锚式悬索桥
湘江三汊矶大桥，主桥长732m，主跨长328m，是我国
最大的自锚式悬索桥。主缆直接锚固在加劲梁上。
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优点 ①不需要修建大体积的锚碇，特别适用于地质条件很差的地区。 ②受地形限制小，可结合地形灵活布置，既可做成双塔三跨的悬
索桥，也可做成单塔双跨的悬索桥。 ③对于钢筋混凝土材料的加劲梁，由于需要承受主缆传递的压力，
◆锚碇基础偏心距
在施工阶段、运营阶段，要求在偏心荷载作用下，基底不能与地基岩（土） 层脱离，即按简化算法计算时，基底受压偏心距不得大于基底截面核心半径。
◆锚碇整体抗滑动能力
锚碇整体抗滑动稳定安全系数 Kf 2
计算时所采用的荷载不考虑分项系数和组合系数的作用标准值组合或偶然 作用（地震除外）标准值组合。
F=N，为基础底面的摩擦系数。 ex、ey、eG、eN——Tx、Ty、G、N 对 O 点的
力臂； q——基础底面与水平面的夹角。 下面以基础底面水平即q =0 为例进行分析。
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锚碇整体抗滑动能力
K
f
=
F Tx

N
Tx

2
Ty N G
Kf
F =
Tx

(G Ty )
Tx
2
G Ty +2Tx /
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◆锚碇抗覆稳定性
抗倾覆安全系数 Kc 3
计算时荷载的确定方法同抗滑计算。
◆地基沉降及锚碇水平位移
为避免锚碇的位移对桥梁结构产生不良影响，应限制其下沉量及水平位移 量，其容许值应根据结构的要求来确定，例如，参照日本的经验，散索鞍支墩上 散索转点成桥后容许水平位移不得大于中跨跨径的 1/6000。
③锚固区局部受力复杂。 ④相对地锚式悬索桥而言，由于主缆非线性的影响，使得吊杆 张拉时的施工控制更加复杂。
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◆地锚式悬索桥 ◆日本明石海峡大桥－最长的悬索桥
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◆江阴长江大桥
北岸
南北锚碇为均为重力式。
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南岸
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为提高基础的稳定性，可将基 础的底面作成前高后低的倾斜状， 以抵消部分主缆拉力，如丹麦的大 贝尔特（Great Belt）桥的基础底面 就设置成与水平面呈10.4o的倾斜面； 还可将基底作成锯齿状、台阶状等， 甚至可以将型钢混凝土桩插入基础 与基岩之间，以加大基底的水平阻 力。锚碇还可设计成如右图所示的 形式，如江阴长江大桥南锚、虎门 大桥东锚、汕头海湾大桥南锚等， 此时，基础与锚碇的其他部分已融 为一体。
南锚碇开挖施工中
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北锚碇沉井基础施工中
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◆地锚式的类型
地锚式
岩石锚固
隧道式 岩锚式 扩大式
土层锚固
沉井（箱）式 桩式
地下连续墙式
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乔治华盛顿大桥新泽西侧的隧道式锚碇
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5．2 重力式锚碇基础的类型
内衬由上到下采用1.5m、2.0、2.5m不同的厚度，基坑开挖深
度41.5m，底板厚度6m，坑内回填填芯混凝土，最后浇筑
6~10m厚的钢筋混凝土顶板形成基础。
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武汉阳逻长江大桥
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◆润扬长江大桥南汊桥主桥北锚碇－矩形地下连续墙基础
润扬长江大桥南汊桥主桥为470m＋1490m＋470m的悬索
砂土、粉砂、细砂、含砾细中砂及圆砾，下伏砾岩、砂岩。
强风化砾岩岩性破碎，强度较低；弱风化砾岩完整性较好，
饱和单轴抗压强度为12.8~29.4MPa之间；锚址区水文地质差，
覆盖层地下水与长江水连通。
针对上述Hale Waihona Puke Baidu点，南锚碇采用了圆形地下连续墙基础，以
卵石、圆砾层作为基底持力层。连续墙外径73m，壁厚1.5m，