锚碇基础介绍.docx

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C；A- Ari的：矢16.2m z1 ”吒■" 將來■c，I67 6ni'、、'、# 锚向梁「X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：隧道式「岩石锚固岩锚式地锚式％沉井（箱）式1土层锚固（重力式）桩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E腿0.00般索室 ^ + 80.0 ,21.0碎皿牒混擬上•底板/基卿I别桥桥耿-一-z 混嚨丄捍出锚块一---一—-前支腿图 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，固定在后锚面索取索股幣或樂筒--气锚柑飓刪一、-”乂吐板:r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. 4X105kN，分解后，其水平分力约为5. 5X105 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 前咼后低的倾斜状，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10.40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 已融为一体前埴基础遮棚锚块 锚固融图 5-7 浅埋扩大式基础軼部锚块J.j 锚固系统'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12.4803。

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 79.5mX57m,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）11 ■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匸—250I”地连墙严鼠顶板内衬 —填芯底板U 了 DDDr 73UU平同 E 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〜4.1 m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 mX50 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•wiwMWMeMEKhJSz**迪*Km ；a& i 文｛? ”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1〜2m, 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。