CN106087742A - 一种悬索桥墩台式预应力锚碇 - Google Patents

一种悬索桥墩台式预应力锚碇 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种悬索桥墩台式预应力锚碇，它由钢结构混凝土承台、钢管桩群、预应力锚索群、主缆、主缆锚固体系组成，其特征在于：钢管桩群由竖桩和斜桩构成，竖桩和斜桩的一端伸入基岩，另一端与钢结构混凝土承台刚性连接；预应力锚索群内锚头端固定于基岩，外锚头端与钢结构混凝土承台固定连接，预应力锚索群的方向与主缆方向的夹角为0‑5°，且预应力锚索群的倾角大于主缆倾角；主缆锚固体系固定于钢结构混凝土承台的顶部。本发明通过预应力锚索群传递主缆巨大拉力至基岩，改变了锚碇结构的传统受力方式，极大的提高了锚碇结构的承力范围，为特大跨悬索桥建设提供了一种全新的方式。

Description

一种悬索桥墩台式预应力锚碇
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域，更具体涉及一种悬索桥墩台式预应力锚碇，适用于大江大湖等悬索桥锚碇的建设，尤其适用于近海平原或海中特大跨悬索桥锚碇建设。
背景技术
悬索桥为目前世界上跨越能力最大的桥梁形式，根据主缆锚固方式分为自锚式悬索桥和地锚式悬索桥两种形式。地锚式悬索桥主要由锚碇、索塔、缆索系统、加劲梁等构成，其中的锚碇作为将缆力传递给地基的重要构件，一般分为重力式锚碇和隧道式锚碇两类。
隧道式锚碇依赖锚塞体调动周围岩体共同承担主缆巨大拉力，虽然造价较低，且有着不需要对地表大开挖、保护环境的独特优势，然而由于受地形地质条件限制，只有在合适的条件下才能应用。
重力式锚碇依靠锚碇自重平衡主缆竖直方向分力，依靠基础与地基间的摩阻力f平衡主缆水平分力，而摩阻力依赖锚碇自重G与主缆竖直分力Nv的差值(即图1,f=G-Nv)产生,存在地下水或水中修建时为锚碇自重G与主缆竖直分力Nv及浮托力F的差值（即图1,f=G-Nv-F），因此重力式锚碇体积庞大，该种锚碇发挥效力的效率低。随着桥梁建设从内陆江河走向海湾、外海，从中大跨径走向特大跨径，对悬索桥锚碇结构的承载能力的要求越来越高，建设锚碇基础面临的施工难度也越来越大。在大的江河湖海修建特大跨悬索桥锚碇基础，重力式锚碇存在需要大开挖、发挥效力的效率低下导致锚碇体积庞大、浇筑混凝土量巨大、对环境干扰大的问题且造价较高。除此之外，水中修建重力式锚碇需要设置围堰，陆上修建时也多需设置地下连续墙，施工难度大。因此，亟需改进现有锚碇结构形式。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种悬索桥墩台式预应力锚碇，结构简单，使用方便，解决了重力锚开挖量大、对环境干扰大以及水中修建重力锚碇施工难度大、发挥效力效率低的问题。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：
一种悬索桥墩台式预应力锚碇，它由钢结构混凝土承台、钢管桩群、预应力锚索群、主缆、主缆锚固体系组成。其特征在于：钢管桩群由钢管桩群竖桩和钢管桩群斜桩构成，所述的钢管桩群竖桩由8-18根直径为2m的钢管组成，所述的钢管桩群斜桩由4-8根直径为2m、倾角5-15°的钢管组成；所述的钢管桩群竖桩和钢管桩群斜桩的一端伸入基岩，另一端与钢结构混凝土承台刚性连接；预应力锚索群由10-14根预应力锚索组成，所述锚索的内锚头端固定于基岩，外锚头端与钢结构混凝土承台固定连接，预应力锚索群的方向与主缆的方向的夹角为0-5°，且预应力锚索群方向倾角略大于主缆倾角（0-5°），从而保证预应力锚索群总体受力方向与主缆方向接近一致，使得成桥状态下钢管桩群不受力或仅承受小部分压力作用；主缆锚固体系固定于钢结构混凝土承台的顶部。
所述的预应力锚索群由10-14根直径为0.6-0.8m的预应力锚索组成。
作为优选，所述的钢管柱群竖桩和钢管柱群斜桩之间通过交叉的竖桩支撑刚性连接。
作为优选，所述的钢结构混凝土承台的劲性骨架为型钢，以提高承台的可靠性。
作为优选，所述的预应力锚索群的锚索为注浆压力分散型锚索，也可以是专利03142214.4提出的岩土工程密实体型预应力锚索。
本发明的设计思路是：预应力锚索群总体受力方向与主缆缆力方向近似一致，悬索桥主缆拉力通过主缆锚固体系转化为多股预应力锚索力传至基岩，使得成桥状态下钢管桩群不受力或仅承受小部分压力作用；钢结构混凝土承台与钢管桩群构成墩台式基础，承台为主缆及预应力锚索群提供锚固平台，使主缆缆力通过预应力锚索群有效传至基岩，钢管桩群顶端为钢结构混凝土承台，通过承台将钢管桩群连为一体，以此增强钢管桩群的整体性和抗变形能力。
与已有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1、通过大吨位预应力锚索群传递主缆巨大拉力至基岩，不依赖锚碇结构自身的重量及基础与地基摩阻力承力，不仅能有效降低混凝土用量，降低工程造价，又扩大了锚碇结构的承力范围，不管什么吨位的主缆缆力均可采用本发明所述锚碇结构；
2、借用墩台的结构形式，墩台施工技术成熟，与修建重力式锚碇相比，不仅施工难度大幅度降低而且施工速度快；
3、采用本发明所述新型锚碇不需大开挖，对周围环境干扰小，达到人与自然和谐相处的目的；
4、钢管桩群中，竖桩支撑连接在竖桩之间起到支撑的作用，外围斜桩直接打至基岩，从而有效提高结构的安全和整体稳定性。
5、采用本发明可可靠传递20万t以下的主缆拉力，混凝土用量较大跨径悬索桥重力锚降低至少30万立方米，有效降低锚碇工程造价和缩短锚碇施工周期。
附图说明
图1为一种重力式锚碇发挥效力示意图。
其中N为主缆拉力，Nv为主缆竖直方向分力，Nh为主缆水平方向分力，F为重力锚碇所受浮托力，G为重力锚自重，f为重力锚碇基础与基岩间的摩阻力。
图2为一种墩台式预应力锚碇的三维结构示意图。
图3为一种墩台式预应力锚碇二维受力示意图。
向上箭头表示主缆拉力，向下箭头表示预应力锚索索力。
图4-a为一种墩台式预应力锚碇的俯视图。
图4-b为一种墩台式预应力锚碇的正视图。
图4-c为一种墩台式预应力锚碇的侧视图。
图2至4中：1-钢结构混凝土承台；2A-钢管桩群竖桩，2B－钢管桩群斜桩，2C－钢管桩群竖桩支撑，钢管桩群2由2A、2B组成；3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、3H、3I、3J-预应力锚索群的锚索，预应力锚索群3由3A-3J组成；4-主缆；5-主缆锚固体系。
具体实施方式
实施例1：
以下结合附图对本发明作进一步详细说明：
一种悬索桥墩台式预应力锚碇，它由钢结构混凝土承台1、钢管桩群2、预应力锚索群3、主缆4、主缆锚固体系5组成。其特征在于：钢管桩群2由钢管桩群竖桩2A和钢管桩群斜桩2B构成，所述钢管桩群竖桩2A由8或13或18根直径为2m的钢管组成；所述的钢管桩群斜桩2B由4或6或8根直径为2m倾角在5°或10°或15°钢管组成；钢管桩群竖桩2A和钢管桩群斜桩2B的一端伸入基岩，钢管桩群竖桩2A和钢管桩群斜桩2B的另一端与钢结构混凝土承台1刚性连接。预应力锚索群3由10或12或14根直径为0.6m或0.7m或0.8m的预应力锚索组成；预应力锚索群3中的各单根预应力锚索的内锚头端固定于基岩，外锚头端与钢结构混凝土承台1固定连接，预应力锚索群3的方向与主缆4的方向的夹角为0°或2°或4°或5°，且预应力锚索群方向倾角略大于主缆4倾角（0°或2°或4°或5°），从而保证预应力锚索群总体受力方向与主缆方向接近一致，使得成桥状态下钢管桩不受力或仅承受小部分压力作用；主缆锚固体系5固定于钢结构混凝土承台1的顶部。
在实施例中，为了提高钢结构混凝土承台1的可靠性，选用型钢作为承台的劲性骨架。
预应力锚索群3的单根预应力锚索为注浆压力分散型锚索，也可以是专利03142214.4提出的岩土工程密实型预应力锚索。
为了提高悬索桥墩台式预应力锚碇结构的安全和整体稳定性，可以在钢管桩群竖桩2A之间通过交叉的钢管桩群竖桩支撑2C刚性连接。
一种悬索桥墩台式预应力锚碇的施工方法，其步骤是：
1、钢管桩群的施工：根据工程地质条件，采用静力压桩、锤击等方式使竖桩和外围斜桩按照桩机移动到位→吊桩→插桩→锤击下沉→接桩→锤击至设计深度→内切钢管桩→压力灌浆的施工顺序伸入基岩一定深度，钢管桩群竖桩支撑则以焊接形式连接于竖桩之间，采取881-X环氧富锌底漆的防腐措施；
2、钢结构混凝土承台的施工：首先吊放型钢劲性骨架，而后分层分块浇筑混凝土；
3、主缆锚固体系施工及主缆散索；
4、水中采用本发明时，预应力锚索安装需先将直径大于1.5倍预应力锚索直径的钢管打入水中，而后穿束完成预应力锚索安装，并采取PE波纹管内注树脂浆的防腐措施；
5、预应力锚索张拉锚固及主缆索股锚固：为保证施工过程中承台及钢管桩的合理受力，预应力锚索群张拉和主缆锚固间隔进行，张拉预应力锚索设计荷载的25%→锚固主缆散股的20%→张拉预应力锚索设计荷载的50%→锚固主缆散股的40%→张拉预应力锚索设计荷载的75%→锚固主缆散股的60%→张拉预应力锚索设计荷载的100%→锚固主缆散股的80%→锚固主缆散股的100%。

Claims (3)

1.一种悬索桥墩台式预应力锚碇，它由钢结构混凝土承台（1）、钢管桩群（2）、预应力锚索群（3）、主缆（4）、主缆锚固体系（5）组成，其特征在于：钢管桩群（2）由钢管桩群竖桩（2A）和钢管桩群斜桩（2B）构成，所述的钢管桩群竖桩（2A）由8- 18根直径为2m的钢管组成，所述的钢管桩群斜桩（2B）由4-8根直径为2m、倾角为5-15°的钢管组成，钢管桩群竖桩（2A）和钢管桩群斜桩（2B）的一端伸入基岩，另一端与钢结构混凝土承台（1）刚性连接；预应力锚索群（3）由10-14根直径为0.6-0.8m的预应力锚索组成，所述锚索的内锚头端固定于基岩，外锚头端与钢结构混凝土承台（1）固定连接，预应力锚索群（3）的方向与主缆（4）方向的夹角为0-5°，预应力锚索群（3）的倾角大于主缆（4）倾角；主缆锚固体系（5）固定于钢结构混凝土承台（1）的顶部。
2.根据权利要求1所述的一种悬索桥墩台式预应力锚碇，其特征在于: 所述的钢结构混凝土承台（1）的劲性骨架为型钢。
3.根据权利要求1所述的一种悬索桥墩台式预应力锚碇，其特征在于: 所述的钢管桩群竖桩（2A）之间通过交叉的竖桩支撑（2C）刚性连接。
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