[發明專利]超大直徑空心群樁錨碇的施工方法碇

在審

• 申請號: 201710705945.7
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107642040A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 胡文韜;上官興;石柱;徐立成;周杜;劉武;吉普;彭文軒;李東
• 申請（專利權）人: 華東交通大學;衡水益通管業股份有限公司;湖南路橋建設集團有限責任公司
• 主分類號: E01D19/14
• 分類號: E01D19/14;E01D21/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 鄒飛艷,張苗

技術領域

本發明涉及懸索橋錨碇，具體地，涉及一種超大直徑空心群樁錨碇的施工方法。

背景技術

懸索橋的承重構件主要由主纜、橋塔和錨碇三部分組成。其中橋體結構的自重和主要荷載通過主纜傳導至橋塔，而主纜兩端僅由錨碇結構錨固，其內力通過錨碇傳遞到地基中，因此錨碇結構的承載能力是決定懸索橋的整體穩定性的關鍵構件。

中國公路懸索橋重力式錨碇基礎現狀：國內最常用的錨碇承載方案是重力式錨碇，其承載原理是通過錨碇結構的自重來平衡錨索的豎向拉向，通過錨碇底部與地基之間摩擦力來平衡錨索的水平拉力。懸索橋錨碇的施工方案包括地下連續墻、沉井等方案，其特點包括：

(1)地下連續墻錨碇施工方案

這種方案最為常用，適用于多種地質條件。該方案首先進行地下連續墻圍堰施工，在圍堰施工完畢后在基坑中下放鋼筋網，分層澆注混凝土，最后形成鋼筋混凝土錨碇結構。其中地下連續墻的外包范圍遠大于錨碇結構的受力范圍，與其他支護體系一樣，其功能僅僅是擋土止水，并不參與分擔主纜的荷載，造成了材料的極大浪費。同時地下連續墻施工需要采用銑槽機等專用機械，在地下水較豐富的地層施工時，還需要注意墻幅之間的咬合止水，對施工要求較高，因此造價比較昂貴。

(2)沉井錨碇施工方案

該方案是通過在大體積井筒內取土，井筒結構在自重作用下同步下沉形成基礎結構。這種井筒結構體積巨大，整體性好，其承載能力可達數萬噸級。然而受施工方法制約，井筒下沉過程中不可避免地切削了筒周土體，造成過大的相對位移，破壞了筒周土摩阻力，導致沉井基礎豎向承載能力損失嚴重。且在施工過程，沉井下沉所需自重常超出結構強度限值，在地質不均勻土層中施工容易傾斜，極難糾正。因此近來年沉井方案在懸索橋錨碇施工中的應用不多。

從上述兩種方案可以看到，重力式錨碇的普遍體積巨大，決定了其開挖量大，混凝土用量多，工期長，造價高的特點。以湖南在建某大型懸索橋為例(圖10)，其主纜拉力高達8.75×10⁵kN，一側錨碇地處于粘性土風化巖地層，采用傳統的地下連續墻重力式錨碇基礎。該重力式錨碇混凝土用量高達 16萬方，占全橋混凝土總用量的90％，造價1.37億，兩岸錨碇總造價為全橋總造價的15％，可見其重要性。

盡管重力式錨碇結構承載方案應用最廣，然而其根本缺陷在于全面拋棄的土抗力和過大的自重。重力式錨碇承載原理是依靠其自身的巨大配重來平衡主纜的豎向分力，通過錨碇基礎與基底面產生的摩阻力(f＝0.2G)或嵌固力來平衡主纜的水平分力，其中水平分力是主纜荷載的主要部分。在重力式錨碇方案設計中另一個非常重要的水平承載因素——錨碇受拉面土體的被動抗力被完全忽略了，因此為達到增大基底摩擦力的目的，錨碇體積必須要設計得非常大，不僅材料上造成過大浪費，而且過大的自重對基底持力層土體的承載能力要求非常高，這一缺陷是導致重力式錨碇結構造價居高不下的最主要原因，阻礙了懸索橋的大范圍推廣。

(3)群樁錨碇方案

群樁基礎由樁和承臺兩部分組成，適用于抗剪強度較高的地質條件，可充分發揮樁側土抗力來抵抗水平荷載，是常用的水平承載方案。其荷載傳遞路線是上部荷載通過承臺分配給各樁，基樁再把荷載傳遞到深層地基中，這一過程中樁身強度和樁周土抗力是決定水平承載能力的關鍵因素，樁身直徑越大，則樁身強度越強。目前國內大直徑樁鉆機成孔直徑極限為3～5m，不足以抵抗錨碇所受的數萬噸主纜水平拉力，因此錨碇采用群樁基礎承載方案需要樁徑達10米以上的超大直徑樁。

根據結構力學原理，當承受均布荷載的基樁結構兩端采用一端固支一端鉸支方案時，樁身最大彎矩約為兩端采用固支方案的1.5倍，因此水平承載的群樁基礎必須盡量達到兩端固支，以減小樁身內力。一般樁底通過嵌入基巖中可達到固支條件，而樁頂只有增大承臺剛度才能滿足固支條件，然而對于直徑達10米以上的超大直徑樁而言，滿足樁頂固支連接要求的承臺高度將達到數十米，這將大大增大承臺體積，不利于結構優化。如采用空心樁構造，則滿足固支條件的承臺厚度可大大減小，空心樁方案不但減小了基礎自重，節約了造價，而且相比實心樁而言其抗彎性能并未有較大降低。由此可見，基樁空心構造是錨碇基礎超大直徑群樁方案的必由之路。