锚碇基础介绍.

锚碇基础介绍.
锚碇基础介绍.

第5章锚碇基础

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,如图5-1所示,是跨越能力最强的桥型,目前跨度1000m以上的桥几乎都采用了这种形式。

图5-1 悬索桥结构示意图

悬索桥的主缆是柔性结构,为对其两端进行约束,可采用两种方式:一是将两端锚于悬索桥的加劲梁上,成为自锚式,这种方式适用于跨度较小的桥。另一种是地锚式,即通过锚碇将主缆固定于桥头岸边的岩石或土层中,这也是目前应用最为广泛的形式。因此,锚碇也是悬索桥的主要承载结构之一。

锚碇的形式与桥位区的地形及地质条件密切相关。

当桥头的岸边有坚固的岩层时,主缆可通过隧道式锚碇或岩锚的方式锚固在岩石中。图5-2所示为乔治华盛顿大桥新泽西侧的隧道式锚碇。

图5-2隧道式锚碇(乔治华盛顿大桥新泽西侧)

如果岸边没有合适的锚固岩层,则可采用重力式锚碇,其主要组成部分包括锚体、散索鞍支墩、锚室和基础等。

其中,基础可采用沉井、桩、地下连续墙等形式。这将在下节详细介绍。

根据上述介绍,锚碇的锚固形式可归纳为:

无论采用何种锚固形式,都需通过散索鞍座或喇叭形散索套将原来捆紧的钢丝索股分开,然后逐股锚固。

图5-4为散索鞍座示意图,一般置于主缆锚固体之前,除可将主缆分散为索股外,还能使分散后的主缆转角。

图5-4 散索鞍分散主缆示意图

若主缆分散后不需要转角,则可采用喇叭形散索套,如图5-5所示。喇叭形散索套的内表面适应主缆从捆紧状态逐渐变化到分散状态,其本身依靠置于散索套小口端的摩擦套箍固定位置。

图5-5 喇叭形散索套分散主缆示意图

展开后的索股通过一定的方式将其所受拉力传给锚体或锚塞体。如图5-6所示,其主要传递方式有5种:

图中(a)所示是早期采用的方式(20世纪前半叶)。索股的拉力通过数节眼杆形成的眼杆链传至锚固块后方的后锚梁。眼杆链与锚固块之间的是分离的,以保证拉力全部传至后锚梁。这种方式施工工艺繁杂且不经济,现已很少使用。

(b)是采用上端有螺纹的钢杆代替眼杆传递索股力。当钢杆过长过重时,会给施工带来困难。

上述两种传递方式的主要目的是保证传至锚体的索股力不在锚体中产生拉应力。当引入预应力技术后,使得索股力的传递可采用更为灵活方便的方式:

如(c)中所示,锚固块中施加预应力后,其钢杆的长度只要保证他与锚体混凝土之间有足够的黏结力传递索股力即可,其长度可较(b)中的长度大大减小。

(d)中在混凝土在前锚面通过基板将连接索股的螺杆直接与预应力筋相连,将索股力传至锚体。

在(e)中,索股穿过锚固在锚体中的锚管后,固定在后锚面。

图5-6 索股力传给锚体(锚塞体)的方式

5.2 重力式锚碇基础的类型

为承受由主缆传来地的巨大的拉力(以江阴长江大桥南侧锚碇为例,主缆传给锚碇的拉力约为6. 4×105kN,分解后,其水平分力约为5. 5×105 kN。),锚碇系统需提供足够的抵抗力,——它来自于锚体和基础的重力以及土层或岩体的阻力。

总体上讲,锚碇在施工及运营期间受力特点及相应要求并不完全相同。对重力式基础,在施工期间主要是自身重力,作用于竖向,此时,应保证地基承载力和沉降要求;而在运营期间,除上述荷载外,还将收到主缆传来的拉力,此时除上述要求外,还需重点保证锚碇不会发生水平滑移和倾覆,即应满足稳定性条件。同时,在运营期间,还需将基础的沉降和水平位移控制在容许范围内。为使锚碇有足够的安全性,通常会尽可能将锚碇基础置于基岩或

性质良好的土层上。

为满足上述要求,根据地层情况、荷载大小等条件的不同,重力式锚碇的基础形式可选为浅埋扩大式、沉井(沉箱)式、地下连续墙式、桩式等,但总的来看,锚碇基础的尺寸通常很大,除承受竖向力外,还要承受很大的水平力及弯矩。

5.2.1 浅埋扩大式基础

当基岩或良好土层深较浅时,可采用浅埋扩大基础,亦称直接基础型。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。

图5-7所示为浅埋扩大式基础的基本形式,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。锚碇还可设计成如图5-8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。

图5-7 浅埋扩大式基础

图5-8 连体浅埋扩大式基础

图5-9所示为建于1996年?的厦门海沧大桥东航道大桥扩大基础。该桥为特大型三跨连续钢箱梁悬索桥,主跨长度为648m,两个边跨均长230m,全长1108m,单根主缆的拉力约为120000kN,在散索点处的入射角为12.4803o。

根据主缆拉力及土层情况,确定锚碇采用扩大式基础。以东锚碇为例,选择强风化斜长花岗斑岩为持力层,其基本承载力 0不小于500kPa,最终确定出基础的底面尺寸为

79.5m×57m,底面积为4531.5m2。其中,为提高基础的抗滑能力,基础底面设计成5.41%的倒坡;同时,为尽可能减小基底的压应力但同时又能保证基础的抗覆稳定性,基础的前端部分设计为箱型,而后部则采用实体形式。

图5-9 厦门海沧大桥东航道大桥锚碇浅埋扩大基础(尺寸单位:cm)

5.2.2 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,如图5-10所示。

图5-10 地下连续墙基础

可以看出,地下连续墙实际只是整个基础的一部分,其主要作用还是体现在围护功能,这与单独、直接承担上部结构荷载的地下连续墙基础是有很大差别的,本质上讲,它应属于深埋扩大基础。

地下连续墙基础的关键在于地下连续墙的施工。作为围护结构,它具有刚度大、埋深大、施工精度高、对地层适应性强等优点。缺点是开挖遇到障碍物时难处理,墙体间的接缝处理不好易成为结构受力、防水的薄弱点,护壁泥浆会影响混凝土质量等。

地下连续墙基础在国内外悬索桥中有着广泛的应用,如日本明石海峡北锚碇(1998)、国内的虎门大桥西锚碇(1997)、广州珠江黄埔大桥的南汊桥的南、北锚碇(2005)、武汉阳逻大桥(2007)南锚碇等采用了圆形的地下连续墙,而润扬长江大桥南汊桥主桥北锚碇(2005)则采用了矩形地下连续墙的形式。

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。针对上述特点,其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。如图5-11所示,连续墙外径73m,壁厚1.5m,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。

图5-11 武汉阳逻长江大桥南锚碇圆形地下连续墙基础(尺寸单位:cm)润扬长江大桥南汊桥主桥为470m+1490m+470m的悬索桥,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。

如图5-12所示,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。

图5-12 润扬长江大桥北锚碇矩形地下连续墙基础

除以地下连续墙作为基坑的支护结构外,还可以采用排桩支护形式,此时,一般要结合其他措施防止水向基坑内渗入,如可在排桩之间的土中钻孔,然后进行高压注浆。也可采用冻结法在基坑周围形成冻结帷幕来阻水,润扬长江大桥的南锚碇就采用了排桩加冻结帷幕的方法,并取得了很好的效果,其排桩围护结构如图5-13所示。

图5-13 润扬长江大桥南锚碇排桩围护结构

5.2.3 沉井基础

与地下连续墙基础相比,沉井基础除可用于处在陆地或浅水区的场地外,还可在深水区施工,是锚碇基础的一种重要形式。

锚碇沉井基础也有2种形式,即现场就地浇筑下沉的一般沉井及先在岸边预制好,然后浮运至井位下沉的浮运沉井,也称为设置沉井。前者如江阴长江大桥(1999)北锚碇基础、南京长江第四大桥(在建)北锚碇基础等,后者如日本南、北赞濑户桥南锚及中间锚碇及丹麦大贝尔特桥等。

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。

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,如图5-14所示,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。

图5-14 江阴长江大桥北锚碇沉井基础(尺寸单位:cm)(书P38)

5.2.4 桩基础

与前述基础相比,桩基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)。

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,如图5-15所示。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。

图5-15 新卡圭尼兹大桥锚碇桩基础示意图

除上述单独使用的桩基础外,还可将桩与浅埋扩大基础及沉井基础等结合起来,形成复合基础。如葡萄牙的萨拉大桥扎(四月二十五大桥)(1966)的北锚碇就采用了前端12个直径3.7m圆形沉井与后端44根钻孔桩相结合的混合基础方式。

此外,虎门大桥的西锚碇基础在初步设计时也考虑采用前端沉井,后端为桩基的复合型基础。这种“前井后桩”的方案充分考虑了锚碇基础的受力特点,即锚碇施工期间,由沉井和桩共同承担锚体重量,而大桥工程完成的运营阶段,在主缆索力作用下,锚碇重力将主要作用于前端沉井上并与基底产生的摩阻力来平衡主缆水平力,因此桩基仅在施工阶段发挥作用,这较单独采用沉井基础更为节省材料,只是后来进一步的详勘的结果表明,其下部弱风化岩面高差过大,不宜采用沉井方案,最终采用了圆形地下连续墙基础方案。

5.3 重力式锚碇基础的设计

5.3.1 锚碇(地基)验算的内容及要求

从施工阶段到桥梁运营阶段,锚碇地基的受力具有不同的特点:

(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。

所以应根据验算内容选择不同的阶段(荷载工况)进行验算。

可以看出,锚碇地基既有与一般桥梁基础相同的受力特性,又有自身的特点,但现行规范中并无专门针对锚碇基础的内容,所以其设计除应满足现行《公路桥涵地基与基础设计规范》外,并参照并无正式发行的《公路悬索桥设计规范》(报批稿),此外,也参考国外特别是日本的相应规范及标准。

锚碇地基的验算内容包括以下几个方面:

(1)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

a []p f ≤ (5.1)

式中p ——基底的平均压力,按作用短期效应组合计算;

[f a ] ——修正后的地基承载力容许值。

偏心荷载作用下

max R a []p f γ≤ (5.2)

式中p max ——基底的平均压力,按作用短期效应组合计算;

γR ——地基承载力容许值抗力系数,可取为1.25。

(2)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。

(3)锚碇整体抗滑动能力

锚碇整体抗滑动稳定安全系数

f 2K ≥ (5.3)

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。

(4)锚碇抗覆稳定性

抗倾覆安全系数

c 3

K≥(5.4)计算时荷载的确定方法同抗滑计算。

(5)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。

位移计算时应采用对应于荷载长期效应组合。

5.3.2 锚碇受力分析

(1)浅埋扩大基础

图5-16所示为扩大式基础锚碇的受力示意图,其中以实线表示实际的作用力,以虚线表示其分力或合力。

T

图5-16 扩大式基础锚碇受力示意图

图中

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T x、T y;

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F=μN,为基础底面的摩擦系数。

e x、e y、e G、e N——T x、T y、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。

为保证锚碇的抗滑稳定性,应有

f =2x x

F N K T T μ=≥ (5-5) 并结合竖向平衡方程

y T N G += (5-6)

容易得到

f ()=2y x x

G T F K T T μ-=≥ (5-7) 在设计时,为估算锚碇所需的重量,可将上式写为

y x +2/G T T μ≥ (5-8)

由于μ的值总是小于1,故锚碇的重量应明显大于主缆拉力的水平分力。例如,当T x =2T y ,μ=1/3时,有G ≥6.5T x ,说明保证锚碇不发生滑移所需的锚碇重量远大于主缆拉力的水平分力。

另一方面,还需保证锚碇的抗覆稳定性,即

G c y N

3x x y Ge K T e T e Ne =≥++ (5-9) 上式基底压力合力N 的大小可利用式(5-6)确定,即而其合理距O 点的距离e N 显然与基底压力的分布形式有关,最简单的方法是将其设为线性分布形式,按前述浅基础的计算方法,即很容易确定其大小及分布形式。此外,可以看出,设计时应使锚碇的重心尽量后移,这将使e G 增大,有利于锚碇抗倾覆性的提高。

(2)深埋基础

这里的深埋基础主要是指前述沉井(沉箱)基础、地下连续墙基础等,其受力示意图如图5-17所示。

基 图5-17 深埋基础锚碇受力示意图

图中

G 1——锚体的重量;

G 2——基础(包括其中填充物)的重量;

P ——侧面土层对基础的横向抗力;

F ——沿基础底面方向的摩擦力;

e G1、e G2、e P ——T x 、T y 、G 1、G 2、P 对O 点的力臂。

其余各量的意义同浅基础。

与浅基础相似,为保证抗滑稳定性,应有

12f ()=2y x x

G G T P

F K T T μ+-+=≥

(5-10) 对抗倾覆性验算,则有

1G12G2P

c y N

3x x y G e G e Pe K T e T e Ne +

+=≥++

(5-11)

可以看出,横向抗力有利于(能够提高)锚碇基础的抗滑稳定性及抗倾覆能力,可采用前述刚性深基础的方法计算。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。

5.3.3 锚碇基础的选型

如前所述,目前锚碇基础的常用形式包括浅埋扩大基础、深埋扩大基础(地下连续墙基础)、沉井(沉箱)基础等,选择时需综合基础所受荷载大小、基础所在场地的水位地质条件、施工条件等因素的影响。

1)荷载

锚碇的作用是为主缆提供约束,因此锚碇的尺寸及基础形式与所受的主缆拉力的大小密切相关。

对浅埋扩大基础来说,保证基础的抗滑、抗倾覆稳的重力及相应的摩擦阻力主要来源于锚块,因此锚碇能够承担的主缆拉力相对较小。

相比之下,采用深埋扩大基础、沉井基础时,除锚体重量外,基础自身(及其中填充物)的重量、土(岩)层的横向抗力等也可提较大的阻力,因此可承担更大的主缆拉力。

2)地质水文条件

由于所受荷载很大,通常需选择良好的岩层或土层作为基础的持力层。

当岩层埋深较浅时,可选择扩大式浅埋基础,如前述厦门海沧大桥东航道大桥的东锚碇基础。对非岩石地基,若需采用浅埋基础,可预先对地基进行加固。

当岩层或良好土层埋深较大时,可采用沉井基础,如前述江阴长江大桥的北锚碇基础,或地下连续墙基础,如前述武汉阳逻长江大桥南锚碇基础,以及润扬长江大桥南汊桥北锚碇基础等。

3)施工

浅埋扩大基础采用明挖法施工,因此最为简单。

沉井及地下连续墙基础的施工则较为复杂,整体上看:

在施工过程中,沉井及地下连续墙都可起到支撑、挡土、挡水的作用,这是其主要优点。

沉井基础适用性很强,可在陆地、浅水、深水区施工。但由于尺寸大,可能

会出现下沉困难、基础倾斜、偏移等现象,因此,施工技术和控制往往是成败的关键。此外,排水下沉时对土层扰动较大,造成地表沉降、土层变形等,对周围结构物产生不良影响。

地下连续墙多用在陆地或浅水区的施工,具有施工精度高、能用于各种土层的优点。在砂层中成槽时会有较大风险,遇强度较高时的岩石时成槽困难,此外,还有墙体接头漏水、墙体偏斜及墙体混凝土浇筑质量不高等风险。

除上述技术问题外,除此之外,造价、工期等也是重要的影响因素。

基础形式选定后,即可进行基础的设计计算,其基本原理及方法同一般的桥梁基础,但也应注意到它自身的特点及特殊要求。以下分别介绍浅埋扩大基础、沉井及地下连续墙基础的设计步骤。

5.3.4 浅埋扩大基础的设计步骤

(1)确定基础的基本尺寸

锚碇基础的基本尺寸主要取决于地基在承载力、沉降以及锚碇在稳定性、水平位移控制等方面的要求,同时,还需满足基础在自身结构方面的要求。

浅埋扩大基础有两种基本形式,一种是基础与锚体各有独立的基实体,另一种则将二者为一体。

对浅埋扩大基础,保证锚碇抗滑移及抗倾覆稳定所需的重量主要由锚块提供,基础的主要作用是提供足够的基底面积,以满足地基承载力、基础抗倾覆等方面的要求。因此,应

1)按地基承载力要求初步拟定基底尺寸。

2)根据结构受力要求,初步拟定基础的厚度。

(2)锚碇验算

按5.3.1的方法进行验算,包括:地基承载力、偏心距、抗滑稳定性、抗倾覆稳定性等项目。

其中在地基承载力、偏心距验算时,可假定基底压力为线性分布形式,采用与一般浅埋基础相似的方法计算。

若抗滑稳定性不满足要求,可采用将基础底面设为倾斜面、做成台阶状等措施。

浅埋扩大基础一般都置于岩石或经过加固处理的土层上,故通常不需要进行

沉降验算,同样,也不需要进行水平位移验算。

(3)基础结构设计

与普通的浅埋基础不同,锚碇基础的尺寸很大,受力复杂,通常采用钢筋混凝土形式,应满足强度、变形及裂缝宽度等方面的要求,可按相应的钢筋混凝土设计规范进行计算设计,这里不再详细介绍。

5.3.5 地下连续墙基础的设计步骤

地下连续墙基础由地下连续墙、内衬、顶板、底板、填芯等组成。

(1)确定基础的外部尺寸

与浅埋扩展基础不同的是,基础的主要作用除为锚碇提供足够的地基承载力外,还需补充提供锚碇抗滑移及抗倾覆稳定所需的重力,因此,在确定基础尺寸时,应综合考虑这两方面的要求:

1)应将基础置于良好的土层上,由此即可初步确定基础的高度。

2)由地基承载力要求,确定所需的基础底面尺寸;考虑在暂不计入桩侧土的横向抗力的情况下,为满足抗滑及抗倾覆稳定性的要求所需的基础重量;综合上述要求,可初步确定基础的截面尺寸。

(2)锚碇验算

对地基承载力、偏心距、抗滑稳定性、抗倾覆稳定性、沉降及变形等项目进行验算,并可根据计算结果对基础尺寸进行调整。

与浅埋扩大基础相比,地下连续墙基础的受力变形计算更为复杂。相对于承载力、稳定性等项目的验算,锚碇的沉降及水平位移需要更为精确的确定,而由于土的力学性质的复杂性、施工因素的影响等原因,这往往比较困难。与传统的计算模型及方法相比,采用有限元等数值方法计算时,可较好地模拟实际土(岩)层的分布形式及其性质,并可模拟基础的整个施工过程,是目前确定锚碇位移及内力最好的计算方法,但其计算工作量较大。

(3)基础结构设计

地下连续墙基础的基坑开挖范围及深度都很大,因此其围护结构需要有足够的强度,故采用地下连续墙+内衬的形式,采用逆作法施工。根据结构的受力特点,内衬多采用上薄下厚的方式,其设计计算方法属基坑工程的内容,此处不做介绍。

跨江悬索桥南锚碇基础地连墙施工技术详解

跨江悬索桥南锚碇基础地连墙施工技术详解 1 施工工艺流程 地连墙施工工艺流程见图5.1-14。 2 槽段划分及说明 本工程地连墙轴线两个直径为57.5m圆相交,圆心距23m,相交点的连线为隔墙槽段,外围地连墙周长227.966m,隔墙地连墙轴线长52.7m。考虑本工程完全采用液压铣槽机施工,每铣长为固定值2.8m,拟划分65个槽段,Ⅰ期槽孔32个(含两个特殊槽孔)、Ⅱ期槽孔33个。其中外围Ⅰ期槽长6.313m,共分三铣成槽,Ⅱ期槽长2.8m,一铣成槽。Ⅰ期槽特殊槽段为Y形,为三墙交界槽段,共分五铣成槽。

隔墙槽段Ⅰ期有两种槽长,其中槽长为6.337m的槽段为三铣成槽,槽长为5m的槽段为二铣成槽。本工程采用铣接法进行槽段搭接,搭接厚度为外围槽段为27.3cm,隔墙槽段为20cm。槽孔划分情况见图5.1-15:

3 成槽及相关设备选型 根据工程的特点及工程量,拟采用德国宝峨公司的1台BC32型液压铣槽机和1台宝峨GB34液压抓斗,可以满足地连墙的成槽施工要求。

4 成槽顺序及连接接头 4.1 成槽顺序 按照有利于设备操作和发挥功效、施工方便、Ⅱ期槽在Ⅰ期槽完成后不宜太久(强度过高增加铣销难度)等原则,初步考虑按如下顺序进行成槽: (1)总体顺序先施工靠江侧基坑外围地连墙,再施工隔墙地连墙,最后施工背江侧外围地连墙; (2)先施工Ⅰ期槽,再施工Ⅱ期槽,从上游侧特殊Ⅰ期槽开始第一个槽段施工,然后顺时针方向依次进行Ⅰ期槽施工,当相邻两Ⅰ期槽强度达75%时,开始进行其间的Ⅱ期槽施工,以免时间太长混凝土强度过高,增加铣削的难度。由此Ⅰ、Ⅱ期槽错开几个槽段同步向前推进,直至地连墙最后封闭。对于最后封闭槽段,因相邻Ⅰ期槽混凝土龄期相差较长时间,强度差异较大,为防止因强度差异导致孔斜,对后浇Ⅰ期槽混凝土适当加大标号,尽可能地减小两侧Ⅰ期槽的强度差异。地连墙成槽

马鞍山长江公路大桥北锚碇沉井基础计算报告

马鞍山长江公路大桥北锚碇沉井基础不对称封底对沉井几何姿态影响 分析报告 2010年9月

目录 一封底概述 (1) 二空间有限元计算模型 (3) (1)模型说明 (3) (2)材料参数取值 (4) (3)计算说明 (5) 三计算结果 (6) (1)第一次封底混凝土浇筑完成 (6) (2)第二次封底混凝土浇筑完成 (7) (3)第三次封底混凝土浇筑完成 (9) (4)第四次封底混凝土浇筑完成 (11) (5)第五次封底混凝土浇筑完成 (13) 四结论 (15)

一封底概述 马鞍山长江公路大桥北锚沉井封底共分五次进行,先沿部分分区隔墙回填砂,使沉井内部形成封闭的五个个区域,封底浇筑顺序为:①-④-②-③-⑤。首先对区域①进行封底施工,然后对区域④进行封底施工,再对区域②进行吸砂清基浇筑封底混凝土,然后对③区域吸砂清基后进行混凝土浇筑。最后再施工⑤区域,封底混凝土浇筑到封底顶标高-28.5m。

图1-1分区封底混凝土施工顺序图

二空间有限元计算模型 (1)模型说明 采用Midas-GTS有限元软件,建立空间有限元模型对考虑结构-土体相互作用下的结构及土地受力和变形进行非线性仿真分析。 为尽可能真实地模拟该沉井结构及周围土体,采用全模型建模。如图2-1所示。模型总高度120m,长300m,宽260m,底部至中分化岩层。 模型中土体采用摩尔库仑本构模型,混凝土及钢材采用弹性材料,按规范赋予相应参数。对于地下水,根据实际情况,考虑施工过程中井内外水压的调整。 图2-1 北锚碇沉井基础整体有限元计算模型

图2-2 北锚碇沉井结构模型 (2)材料参数取值 模型中需要考虑混凝土、钢材及岩土三类材料,需考虑混凝土、钢材材料参数和锚碇所在区域岩土层的材料参数取值对结构分析结果的影响。混凝土按弹性计算,其中混凝土井壁以及水下混凝土均按C30混凝土赋予材料的弹性模量和泊松比等特性。钢壳沉井以及钢壳间横撑按照Q235钢材进行赋值。岩土层的参数取值主要依据设计方提供的详勘资料,对于详勘资料中没有提供的参数,结合本工程的实际情况,根据规范及经验取值。 北锚碇周围土层计算时采用的厚度按照详勘资料中提供的各土层层顶标高,取其平均值确定,各物理参数依据地勘资料进行了相应修正。具体数据见表2-1。 表2-1 北锚碇地基各土层厚度及参数取值 (*沉井顶面标高+4.5m)

大跨径悬索桥锚碇基础的选型

大跨径悬索桥锚碇基础的选型 摘要:本文结合工程实例,归纳了目前应用较多的几种锚碇基础型式的特性及应用,对锚碇基础选型时所需考虑的因素进行了分析,以期为同类工程提供有益的参考。 关键词:悬索桥锚碇基础选型 The Selection of Long-span Suspension Bridge’s Anchorage Foundation Ye Wen-hai Hubei Communications Technical College,Wuhan 430079,China Abstract : Combining with the engineering example, summarized the characteristics and application of several kinds of anchorage foundation types used, The factors about foundation selection were analyzed to provide a useful reference for similar projects. Keywords : suspension bridge;anchorage;foundation;selection 悬索桥是目前跨越能力最大的一种桥型,它的大部分荷载由主缆承受,通过索股与锚碇架分散传到锚碇上,再由锚碇基础传递到地基上。悬索桥锚碇的安全是大桥安全的核心。表1摘录了目前国内外一些特大跨径悬索桥所采用锚碇基础的型式。 锚碇是悬索桥重要的承力部件,体积巨大、构造复杂、造价高。因此不同的地形地质条件下采用悬索桥方案应经过比选,尽可能选择安全合理、经济可行的锚碇基础型式。本文结合工程实例对常用的几种锚碇基础型式进行了归纳,总结了锚碇基础选型时应注意的主要问题,以期为同类工程提供有益的参考。 表1 国内外特大跨径悬索桥锚碇基础型式一览表 1 锚碇基础概述 锚碇通常分为重力式锚碇与隧道式锚碇。 重力式锚碇一般由锚块、散索鞍支墩及基础、前锚室、后锚室四部分组成,主缆索锚固在混凝土锚块上,锚块主要承受主缆索股的拉力。

锚碇基础介绍

第5章锚碇基础 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,如图5-1所示,是跨越能力最强的桥型,目前跨度1000m以上的桥几乎都采用了这种形式。 图5-1悬索桥结构示意图 悬索桥的主缆是柔性结构,为对其两端进行约束,可采用两种方式:一是将两端锚于悬 索桥的加劲梁上,成为自锚式,这种方式适用于跨度较小的桥。另一种是地锚式,即通过锚 碇将主缆固定于桥头岸边的岩石或土层中,这也是目前应用最为广泛的形式。因此,锚碇也 是悬索桥的主要承载结构之一。 锚碇的形式与桥位区的地形及地质条件密切相关。 当桥头的岸边有坚固的岩层时,主缆可通过隧道式锚碇或岩锚的方式锚固在岩石中。图 5-2所示为乔治华盛顿大桥新泽西侧的隧道式锚碇。 M IL. A-A 图5-2隧道式锚碇(乔治华盛顿大桥新泽西侧)

如果岸边没有合适的锚固岩层,则可采用重力式锚碇,其主要组成部分包括锚体、散索 鞍支墩、锚室和基础等。 其中,基础可采用沉井、桩、地下连续墙等形式。这将在下节详细介绍。 隧道式 I 岩锚式 「扩大式 沉并〔箱)式 桩式 ?地下连续墙式 无论采用何种锚固形式,都需通过散索鞍座或 喇叭形散索套将原来捆紧的钢丝索股分 开,然后逐股锚固。 图5-4为散索鞍座示意图,一般置于主缆锚固体之前,除可将主缆分散为索股外,还能 使分散后的主缆转角。 图5-4散索鞍分散主缆示意图 若主缆分散后不需要转角,则可采用喇叭形散索套,如图 5-5所示。喇叭形散索套的内 表面适应主缆从捆紧状态逐渐变化到分散状态, 其本身依靠置于散索套小口端的摩擦套箍固 [亠 定位置。 i 建 根据上述介绍,锚碇的锚固形式可归纳为: (岩右锚固 地整式Y 〔土层锚固 (重力式) i?n G i 邹 ymm - 评小累卜"嘟产

重力式锚碇系统施工工艺

重力式锚碇系统施工工艺 1 前言 锚碇是悬索桥的主要承重结构,要抵抗来自主缆的拉力,并传递给地基基础。锚碇按结构形式可分为重力式锚碇和隧道式锚碇。重力式锚碇依靠其巨大的重力抵抗主缆拉力,隧道式锚碇的锚体嵌入基岩内,借助基岩抵抗主缆拉力。隧道式锚碇只适合在基岩坚实完整的地区,其它情况下大多采用重力式锚碇。 2 重力式锚碇结构 锚碇一般由锚碇基础、锚块、主缆的锚碇架及固定装置、遮棚等部分组成;当主缆需要改变方向时,锚碇中还应包括主缆支架和锚固鞍座(亦称扩展鞍座)。 重力式锚碇根据主缆在锚块中的锚固位置可分为后锚式和前锚式。前锚式就是索股锚头在锚块前锚固,通过锚固系统将缆力作用到锚体。后锚式即将索股直接穿过锚块,锚固于锚块后面,如图1所示,前锚式因具有主缆锚固容易,检修保养方便等优点而广泛运用于大跨悬索桥中。 前锚式锚固系统分为型钢锚固系统和预应力锚固系统两种类型。型钢锚固系统有直接拉杆式(图1)和前锚梁式(图2)。预应力锚固系统按材料不同有粗钢筋锚固形式和钢绞线锚固形式,如图3所示。 1-主缆;2-索股;3-锚块;4-锚支架;5-锚杆;6-锚梁 图1 重力式主缆锚固系统结构图 1-主缆;2-索股;3-前锚梁;4-锚杆;5-锚支架;6后锚梁 图2前锚梁式锚固系统

a)粗钢筋锚固;b)钢绞线锚固 1-索股;2-螺杆;3-粗钢筋;4-钢绞线 图3 预应力锚固系统 2.1锚碇基础 根据地质、水深和悬索桥结构的规模等,锚碇的基础可以分为直接基础、沉井基础、桩基础、井筒基础、复合基础等。若持力层距地面较浅,适合采用直接基础;当持力层埋置深度大时,采用沉井基础、桩基础等。 2.2 锚块 重力式锚碇的锚块就是重力式锚块,与基础形成整体,以抵抗由主缆拉力产生的锚碇滑动及倾倒。 2.3 主缆的锚固架及固定装置 主缆的锚定架及固定装置将主缆拉力分散传布在锚块内,通常是由前梁、后梁、锚杆、定位构件和支撑结构组成。如图2。 锚杆的数量一般与钢缆的丝束数相同。根据主缆的架设方法,连接束股与锚杆的固定装置分为:用于空中送丝法的钢丝束股支座(或称靴跟)和用于预制钢丝束成缆法的套筒两种。 2.4 遮棚 锚碇的遮棚是覆盖锚块及主缆等并建于锚碇基础上的结构物,一般采用钢筋混凝土或钢结构.如果高程合适,遮棚上面可以构筑路面,内部可以作为输配电,排水等设备的机房。 2.5 主缆支架 当主缆在锚碇处改变方向时,则需设置主缆支架。主缆支架可以独立地分开设置在锚碇之前,也可以设置在锚碇之内,它是主缆的支点。主缆支架顶部设有支承钢缆的鞍座;当主缆支架设在锚碇之内时主缆就从这个鞍座开始分散开成为丝股,这个鞍座就是扩展鞍座或称散索鞍。其主要功能是改变主缆索的方向,并把主缆的钢丝束股在水平和竖直方向分散开来,然后把这些钢丝束股引入各自的锚固位置。 主缆支架主要有三种形式,钢筋混凝土刚性支架、钢制柔性支架和钢制摇杆 支架,如图4所示。当采用刚性主缆支架时,扩展鞍座的底部必须设置辊筒,以适应主缆的伸缩。 锚碇可以看作是一个刚体,承受主缆的拉力,并将其传给地基。主缆作用于锚碇上的力可分为水平分力和竖向分力。锚碇在主缆的水平分力作用下不得产生滑移;而在竖向分力和锚碇自重力等作用下,在锚碇底面任意处的压应力不能超过地基上的容许压应力,否则将会出现地基下沉。当然,

相关文档
最新文档