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