武汉阳逻长江大桥锚碇设计.docx

武汉阳逻长江大桥锚碇设计刘明虎, 徐国平, 刘化图( 中交公路规划设计院 北京市 100010)摘 要: 武汉阳逻长江大桥主桥为主跨 1 280 m 悬索桥, 北锚碇采用放坡大开挖深埋扩大基本实腹式锚体重力式锚; 南锚碇采用支护开挖深埋圆形扩大基本框架式锚体重力式锚, 其基坑工程采用圆形地下持续墙加内衬的 支护构造型式; 在国内初次采用“无粘结可更换”预应力锚固系统 本文概述了锚碇的总体构造、基坑工程、锚体及 锚固系统的构造设计及技术特点核心词: 武汉阳逻长江大桥; 锚碇; 基坑工程; 地下持续墙; 锚固系统; 设计武汉阳逻长江大桥是京珠、沪蓉国道主干线武汉绕城公路东北段的跨江工程, 是国家“十五”重点 建设项目 大桥采用计算行车速度为 120 km ƒh , 平 原微丘区六车道高速公路原则, 工程全长 10 km , 总 投资1916 亿元主桥采用布跨为250 m + 1 280 m +440 m 悬索桥北锚碇采用重力式深埋扩大基本、实 腹式锚体, 基坑采用放坡大开挖; 南锚碇采用重力式深埋圆形扩大基本、空腹框架式锚体, 基坑工程采用外径为 73 m 、壁厚 115 m 、深 6115 m 、最大挖深45 m的圆形地连墙加内衬的支护构造型式。

为从主线上 解决悬索桥生命线工程的使用寿命问题, 在国内首次采用了“无粘结可更换”的预应力锚固系统好, 饱和单轴抗压强度在1218～ 2914 M P a 之间估算水位降深4 m 时, 影响半径为154 m 地下水埋深 上部潜水为 014～ 016 m , 下部承压水为 1105～215 m 基岩裂隙水水量不均, 具有一定的承压性上部构造条件(1) 上部构造型式: 单跨吊钢箱梁悬索桥; (2) 吊索横向间距: 35 m ;( 3) 主缆在散索点处入射角: 北锚碇为 29132°,南锚碇为 16110°;( 4) 锚碇处主缆拉力: 北锚碇为 610 000 kN , 南 锚碇为 550 000 kN ;(5) 主缆施工措施: PW S 法;(6) 主缆断面: 每根主缆由162ƒ154 (北ƒ南) 根平 行钢丝索股构成1121 设计条件111 地形地质条件北锚碇所处地区为一山丘, 锚碇坐落在山坳处 锚址区重要为白垩至下第三系东湖群红色砂岩、砂砾岩、砾岩, 上覆第四纪土层厚度 016～ 411 m ; 全、 强风化带重要为粉砂岩, 天然单轴极限抗压强度116 M P a, 抗剪强度低, 裂隙发育; 弱～ 微风化砂岩 天然单轴极限抗压强度 1511 M P a, 饱和单轴极限抗压强度1410 M P a, 吸水率4175, 软化系数0187。

水文 地质条件相对简朴, 地下水水量较小南锚碇位于长江南岸的I 级阶地, 覆盖层为厚5014～ 5116 m 的第四纪冲积层下伏砾岩、砂岩 强 风化砾岩岩性破碎, 强度较低; 弱风化砾岩完整性较总体设计2211 构造形式21111 北锚碇 北锚碇以弱、微风化砂砾岩作为持力层, 基底地基容许承载力规定不不不小于 018 M P a 为增长锚碇的 抗滑动、抗倾覆稳定性, 减小使用阶段地基最大工作应力, 在基本底面设立 2 个台阶, 第 1 个台阶底面标高为-017 m , 第2 个台阶底面标高为913 m , 中间水平距离25 m 范畴设成斜坡锚碇总体轮廓尺寸长×宽×高为7015 m ×54 m ×4517 m 基底设立混凝土 垫层, 厚 30 cm 收稿日期: - 06- 16— 40 —公路 年 第 12 期锚体由锚块、散索鞍支墩、支墩基本、后浇段、前锚室、后锚室等部分构成对大体积混凝土构造规定 进行分层浇筑, 每层混凝土内设立冷却水管大体积 混凝土设计龄期为 60 d 采用前锚式预应力钢绞线 锚固系统, 主缆索股散索长度为 23 m , 锚固长度20 m , 散索点理论高程 421000 m , 折射角 48°。

21112 南锚碇 南锚碇的深埋扩大基本以卵石、圆砾层作为基底持力层基本直径为73 m 、深42 m , 采用圆形地连 墙加内衬的支护构造型式形成基坑 在基坑内浇筑钢筋混凝土底板, 回填填芯混凝土, 最后浇筑顶板形成基本锚体尾部设立16 根直径为112 m 的钻孔灌 注桩及 115 m 厚的承台, 以支撑锚块尾部混凝土自 重锚体总体轮廓尺寸长×宽×高为7014 m ×54 m×2615 m 锚体为空腹框架式, 由锚块、散索鞍支墩、鞍部、 后浇段、前锚室、后锚室等部分构成 基本顶板实际 也是锚体的一部分, 两者互相融为一体对大体积混凝土构造规定进行分层浇筑, 每层混凝土内设立冷 却水管采用前锚式预应力钢绞线锚固系统, 主缆索股散索长度为 23 m , 锚固长度 19 m , 散索点理论高 程 451500 m , 折射角 35°为满足桥梁运营期间检修需要, 两个锚碇锚体内外均设立了由检修楼梯、平台、检查门、通道构成 的通道系统及检修照明、空气除湿系统212 总体布置北、南锚碇总体构造见图 1、图 2 所示213 重要材料及用量混凝土: 锚体除散索鞍支墩顶部采用C 40 混凝土 外, 其他部位均采用C 30 混凝土; 南锚地连墙采用C 35水下混凝土, 帽梁及内衬采用C 30 混凝土, 内衬层间接缝处采用C 30 自密实混凝土, 导墙采用C 25 混凝土, 底 板采用C 30 号微膨胀混凝土, 顶板采用C 30 混凝土, 垫 层采用C 20 混凝土, 填芯采用C 15 混凝土。

预应力材料: 锚固系统梁预应力钢绞线直径为15124 mm , 原则强度为 1 860 M P a钢筋: 除地连墙竖向主筋采用ￋ 级钢筋外, 其他 采用I 、¦ 级钢筋 在锚体外露表面设立了 <5 间距为 10 cm ×10 cm 的带肋钢筋焊网1 750 t, 预应力钢绞线126 t, 钢材531 t (不计定位架) ;南锚碇基本混凝土数量为172 524 m 3 , 钢筋6 648 t, 钢 材79 t锚体混凝土数量为40 259 m 3 , 钢筋1 144 t, 预 应力钢绞线114 t, 钢材382 t (不计定位架)214 整体验算对锚碇整体进行了施工和运营阶段的基底应 力、抗滑动稳定性、抗倾覆稳定性、沉降及变位验算, 验算成果均满足规定锚碇整体验算重要成果为: 整体抗滑动稳定安全系数K a > 210, 整体抗倾覆稳定安全系数K c > 210, 成 桥后散索鞍散索转点水平位移不不小于20 cm 215 构造计算采用常规措施和平面有限元法对锚体各部和锚 固系统各部的内力、截面强度、变形及裂缝宽度和稳定性进行了计算分析, 对锚碇整体、散索鞍支墩顶部受压区和锚固系统联接器还用三维有限元法进行了 应力分析。

南锚碇基坑支护构造采用平面有限元杆系程序和基坑专用软件PA RO I2 进行了受力分析, 用an sy s软件对内衬进行了受力分析3 北锚碇基坑工程设计基坑边坡最小坡度为 1∶0175, 最大坡度为 1∶013, 基坑底面设计高程为- 110 m ( 后部)～ 910 m(前部) , 前、后部之间设立1∶215 的倒坡基坑底轮 廓尺寸长 65 m 、宽 60 m , 基底底表面积 4 016 m 2 , 边坡 面积 17 357 m 2; 基坑开挖占地面积14 435 m 2 , 基坑总开挖土石方约 300 000 m 3 基坑开挖施工全过 程应达到干作业规定边坡采用全面防护与重点防护相结合, 边开挖 边防护, 同步全面布点监控, 适时补偿 加强降水和 排水以保证基坑干开挖 由于坑顶建筑物和倾向坑 侧软弱构造面的存在, 对基坑后侧、右侧和左侧边坡 采用预应力锚索进行加固 锚索采用规格为 15- 4的岩锚, 长 20 m , 水平间距 5 m , 与水平线夹角 35° 在基坑顶设立截水沟和挡水墙, 截水沟沟底坡度不不不小于014% 边坡设立了排水管, 以利于边坡喷 射混凝土护面后坡体地下水的排除。

基坑底四周设 置汇水沟和集水井钢 材: 锚固系统拉杆采用 40 C rN iM oA钢, 螺母、垫圈采用 40 C r 钢, 联接器采用 45 号钢, 预应力管道采用 20 号无缝钢管数 量: 北锚碇混凝土数量为 87 440 m 3 , 钢筋4 南锚碇基坑工程设计411 支护构造设计 支护构造采用圆形地连墙加内衬的形式 地连© 1994- China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 年 第 12 期刘明虎等: 武汉阳逻长江大桥锚碇设计— 41 —墙 嵌 入 弱 风 化 砾 岩 1～ 215 m , 至 标 高 -33～应力分布的均匀性, 在基本前半部设立 26 个空隔仓 支护构造总体布置见图 3 所示41111 地连墙槽段划分、墙段连接形式及嵌岩深度 地连墙施工槽段分I 期、¦ 期两种, 每种槽段各25 个I 期槽段采用三铣成槽, 边孔轴线处长218 m ,中间孔轴线处长1108 m , 槽段轴线处长6168 m I 期 槽段由3 个槽段构成, 相邻槽段交角为17619°; ¦ 期槽段长218 m 。

两种槽段之间交角为17519°¦ 期与I 期 槽段在地连墙轴线处搭接长度为0125 m 40 m , 地连墙总深度为 5415～ 6115 m 地连墙施工完毕后, 采用逆筑法施工, 分层开挖土体, 分层施 工内衬内衬及土体分层厚度为3 m 采用岛式开挖法进行土体开挖, 一层沿圆周分区进行对称开挖及内衬施工 开挖至卵石 (圆砾) 层表面标高- ～- 24 m 后, 浇筑 013～ 4 m 厚的垫层混凝土, 然后浇 筑 6 m 厚的钢筋混凝土底板 填芯混凝土施工完毕 后浇筑 8～ 10 m 厚的钢筋混凝土顶板 为改善基底单位: cm图 1 北锚碇总体构造© 1994- China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. — 42 —公路 年第 12 期单位: cm图 2 南锚碇总体构造© 1994- China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 年第 12 期刘明虎等: 武汉阳逻长江大桥锚碇设计— 43 —单位: cm图 3 南锚碇支护构造总体布置本地连墙具有墙体深、厚度大、需嵌岩等技术特点, 为保证地连墙的施工质量和施工进度, 本工程采用2 台H F 1 液压铣槽机成槽。

通过对5 种接头措施进行综合经济技术比较, 拟定采用铣接法连接方式© 1994- China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. — 44 —公路 年 第 12 期地连墙嵌岩深度按如下 4 个原则拟定:(1) 当强风化岩层。