CN110629671A - 一种悬索桥锚碇及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬索桥锚碇及其施工方法，涉及悬索桥锚碇设计施工技术领域。该装置包括倾斜设置的导洞、第一锚室和第二锚室，所述导洞的长度被配置为其终端下方一侧的岩层厚度不小于预定厚度，所述第一锚室设于所述导洞的下方并与所述导洞的终端连通，所述第一锚室内设有一转向件，且所述转向件位于厚度不小于预定厚度的所述岩层处，所述第二锚室竖直设于所述第一锚室的下方并与所述第一锚室连通，所述第二锚室内填设有锚块，所述锚块内埋设有固定组件。本发明提供的一种悬索桥锚碇及其施工方法，其同时结合了隧道锚和重力锚的结构优点，适用于陡峭坡地及岩体破碎的地段。

Description

一种悬索桥锚碇及其施工方法

技术领域

本发明涉及悬索桥锚碇设计施工技术领域，具体涉及一种悬索桥锚碇及其施工方法。

背景技术

悬索桥由于其卓越的跨越能力日益成为超大跨径桥梁的首选桥型，是跨越峡谷、江河及海峡的理想桥型，在我国多山的西部地区，具有十分广阔的应用前景。悬索桥是一种柔性结构，其主要包括主梁、塔墩、缆索及锚碇四大部分，其中，锚碇是悬索桥的主要承力结构，也是悬索桥锚固主缆的关键部分，其主要功能是将主缆的张力传递给地基，一般悬索桥锚碇分为自锚式和地锚式两种，地锚式又可以分为重力锚和隧道锚。

隧道锚能较好结合锚址区的工程地质条件，利用锚塞体与周边岩体共同作用，隧道锚的工程规模一般远小于承载力相同的重力锚，是一种体积小、避免大规模开挖、节约投资、对周边环境影响小的锚碇结构形式。但已有的隧道锚一般都只适合设置在围岩条件好的硬质岩体，少数位于软岩中，这些隧道锚所处的岩体整体性好，能充分利用围岩的“夹持效应”所提供的巨大抗拔力。而当岩体节理构造发育属于破碎岩，甚至为碎屑岩时，围岩难以为锚塞体提供有效的“夹持效应”；大面积、大角度、变截面锚室暗挖施工难度极大、施工安全难以保证，且施工效率极低，因此这种情况不宜采用隧道锚。

重力锚是利用摩擦力平衡主缆拉力的水平分量，因此重力锚体量巨大，在陆地上一般采用放坡、垂直围护、沉井等方式施工，需要很大的施工场地，而当桥址处山区，地面坡度陡峭时，就需要大规模开挖山体，设置高边坡防护，这种情况工程难度大，破坏环境，难以实施。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种悬索桥锚碇及其施工方法，其同时结合了隧道锚和重力锚的结构优点，适用于陡峭坡地及岩体破碎的地段。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

倾斜设置的导洞，所述导洞的长度被配置为其终端下方一侧的岩层厚度不小于预定厚度；

第一锚室，其设于所述导洞的下方并与所述导洞的终端连通，所述第一锚室内设有一转向件，且所述转向件位于厚度不小于预定厚度的所述岩层处；

第二锚室，其竖直设于所述第一锚室的下方并与所述第一锚室连通，所述第二锚室内填设有锚块，所述锚块内埋设有固定组件。

在上述技术方案的基础上，所述悬索桥锚碇还包括主缆，所述主缆的一端用于固定在悬索桥上，另一端依次穿过所述导洞和第一锚室，并在经过所述第一锚室时通过所述转向件转向，且在转向后分散成多根间隔并排设置的钢绞线，多根所述钢绞线远离所述转向件的一端分别依次与固定组件相连。

在上述技术方案的基础上，所述固定组件包括多个间隔设置的锚固件，每一所述锚固件均与对应的其中一根所述钢绞线相连，且多个所述锚固件沿一预定方向并排设置，以使多根所述钢绞线之间的长度变化范围尽可能小。

在上述技术方案的基础上，多根所述钢绞线与水平方向的夹角变化范围为60°～90°。

在上述技术方案的基础上，所述锚块的顶部与所述预定方向平行。

在上述技术方案的基础上，所述第一锚室的横截面为等截面或变截面的圆形或圆角矩形结构，所述第二锚室的横截面为等截面的圆形或圆角矩形结构。

在上述技术方案的基础上，所述导洞、第一锚室和第二锚室均包括初次衬砌，所述导洞和第一锚室还包括贴设于各自所述初次衬砌内壁上的二次衬砌，其中，所述第一锚室的二次衬砌的厚度大于所述导洞的二次衬砌的厚度。

另一方面，本发明还提供了一种悬索桥锚碇的施工方法，其同时结合了隧道锚和重力锚的结构优点，适用于陡峭坡地及岩体破碎的地段。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

在岩层上沿倾斜方向开挖导洞，当探测所述导洞终端下方一侧的岩层厚度不小于预定厚度时，停止开挖所述导洞；

在所述导洞的终端下方开挖第一锚室，并在所述第一锚室内设置转向件，并将所述转向件设于厚度不小于预定厚度的所述岩层处；

在所述第一锚室的下方竖直开挖第二锚室，并在所述第二锚室内设置固定组件，再往所述第二锚室内浇筑混凝土形成锚块，将所述固定组件埋设于所述锚块内。

在上述技术方案的基础上，采用矿山法开挖所述导洞，采用竖井法施工开挖所述第一锚室和第二锚室。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供了一种悬索桥锚碇，其包括倾斜设置的导洞、竖直设置的第二锚室和连接导洞与第二锚室的第一锚室，其中，导洞的长度根据其终端下方一侧的岩层厚度而定，当检测到其终端下方一侧的岩层达到预定厚度时即停止开挖，并使第一锚室内的转向件位于厚度不小于预定厚度的岩层处，由于第二锚室为竖直设置，因此转向件需要用于主缆的转向，在转向时，转向件处产生较大的水平力，此时转向件处足够的岩层厚度可以平衡水平力，保证整体结构的稳定。另外，竖直设置的第二锚室有利于施工开挖，相比于倾斜设置的开挖方式，竖直设置有利于出渣，从而利于加快施工效率，其中，竖直设置的第二锚室也有利于位于其内的锚块充分发挥其重力效应，利用其重量平衡主缆的拉力，起到对主缆的固定作用，为桥梁提供相应的拉力，保证整体结构的稳定性，且本悬索桥锚碇的锚块体积也小于重力锚，减少工程规模。

附图说明

图1为本发明实施例中的悬索桥锚碇的结构示意图；

图2为本发明实施例中的悬索桥锚碇的导洞的剖面图；

图3为本发明实施例中的悬索桥锚碇的第一锚室的竖向剖面图；

图4为本发明实施例中的悬索桥锚碇在应用时的示意图。

图中：1-导洞，2-第一锚室，20-转向件，21-转向件基础，3-第二锚室，30-锚块，31-固定组件，4-初次衬砌，40-锚杆，41-钢架，42-混凝土层，5-二次衬砌，6-主缆，60-钢绞线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

参见图1和图4所示，本发明实施例提供一种悬索桥锚碇，包括倾斜设置的导洞1、第一锚室2和第二锚室3，其中，导洞1的长度被配置为其终端下方一侧的岩层厚度不小于预定厚度，第一锚室2设于导洞1的下方并与导洞1的终端连通，第一锚室2内设有一转向件20，且转向件20位于厚度不小于预定厚度的岩层处，第二锚室3竖直设于第一锚室2的下方并与第一锚室2连通，第二锚室3内填设有锚块30，锚块30内埋设有固定组件31。悬索桥锚碇还包括主缆6，主缆6的一端用于固定在悬索桥上，另一端依次穿过导洞1和第一锚室2，并在经过第一锚室2时通过转向件20转向，且在转向后分散成多根间隔并排设置的钢绞线60，多根钢绞线60远离转向件20的一端分别依次与固定组件31相连。

具体的，悬索桥锚碇一般位于山体岩层内，具体位置根据悬索桥的实际位置而定，在开挖导洞1时，导洞1自身的长度根据终端下方一侧的岩层厚度而定，当其终端下方一侧的岩层厚度可以达到预定厚度时，导洞1的长度即可确定，由于导洞的截面尺寸小，因此增加导洞的长度对整体工程规模增加不大，且施工难度小。在导洞1的下方开挖第一锚室2，并在第一锚室2内设置转向件20，由于转向件20将用于主缆6的转向，我们知道，一般主缆6会承受较大的拉力，因此，当在经过转向件20转向时，转向件20会承受一个朝其后方岩层方向施加的较大的水平力，若转向件20后方的岩层厚度较薄，则可能会出现岩层破裂或破碎的情况，悬索桥失去拉力和支撑力，会给桥体本身带来很大的安全隐患。而这里保证了转向件20后方的岩层厚度，因此也保障了桥体结构的稳定和安全。

我们知道，隧道锚的锚室为倾斜设置，主要原因在于其应用的地域均为岩层较坚硬且地质条件较稳定的地区，因此其原理也相应是应用岩层间的夹持效应来提供抗拔力，而在岩层较碎的碎岩地区，隧道锚不适用。此锚碇设置竖直设置的第二锚室3，竖直设置的第二锚室3能在最大程度上发挥位于其内部的锚块30的重力效应，利用锚块的重量平衡主缆的拉力，使其能更好的固定主缆6的一端，不需要依靠岩层提供过大的抗拔力，因此在破碎地层中采用时也能保证桥体结构的稳定和安全。另外，也由于第二锚室3为竖直设置，因此，主缆6需要对应第二锚室3的方向实现方向的变换，因此需要在第一锚室2内设置转向件20，同时要求转向件20处的岩层厚度达到预定要求厚度，依次满足其承力要求，此外，由于竖直设置的方式使得锚块30能充分发挥重力效应，使锚体体积减少，从而减少工程规模和难度，且竖直开挖比倾斜开挖难度小很多。

参见图1所示，固定组件31包括多个间隔设置的锚固件，每一锚固件均与对应的其中一根钢绞线60相连，且多个锚固件沿一预定方向并排设置，以使多根钢绞线60之间的长度变化范围尽可能小，从而保证每一根钢绞线60之间的受力大小均等。另外，锚块30的顶部与预定方向平行，使得无论是整根钢绞线60还是露出于锚块30外的钢绞线60的长度变化范围都尽可能的小，有利于整体结构稳定。多根钢绞线60与水平方向的夹角变化范围为60°～90°。

进一步的，第一锚室2的横截面为等截面或变截面的圆形或圆角矩形结构，第二锚室3的横截面为等截面的圆形或圆角矩形结构。由于第一锚室2和第二锚室3两者相对来说体积较大，等截面的圆形或圆角矩形结构能更好的受力，在施工阶段可以更好抵抗围岩压力，使初期支护及二衬结构安全稳定。另外，第一锚室2和第二锚室3均采用竖井法施工，垂直向下的施工方式减少了在破碎岩层中的施工难度，提高了施工效率。

参见图2-图3所示，导洞1、第一锚室2和第二锚室3均包括初次衬砌4，导洞1和第一锚室2还包括贴设于各自初次衬砌4内壁上的二次衬砌5，其中，第一锚室2的二次衬砌5的厚度大于导洞1的二次衬砌5的厚度。具体的，初次衬砌4包括多根间隔并排设置的锚杆40、钢架41和混凝土层42，锚杆40嵌设于对应的岩层上，钢架41与锚杆40相连，混凝土层42铺设于钢架41远离锚杆40的一面上。

本悬索桥锚碇同时结合了隧道锚和重力锚的结构优点，采用加长导洞1和竖直设置的第二锚室3，通过位于第二锚室3底部的锚块30固定主缆6，并通过控制导洞1的长度保证转向件20处的岩层厚度不小于预定厚度，克服了隧道锚只能适用于地质条件较好地区的局限性，也克服了重力锚体量巨大，施工过程较难的特点，本悬索桥锚碇能适用于陡峭坡地及岩体破碎的地段，且结构稳定，受力良好，施工过程相对简单，施工效率快。

本发明还提供一种悬索桥锚碇的施工方法，步骤具体包括首先在山体岩层上沿倾斜方向开挖导洞1，当探测导洞1终端下方一侧的岩层厚度不小于预定厚度时，停止开挖导洞1；随后在导洞1的终端下方开挖第一锚室2，并在第一锚室2内设置转向件20，并将转向件20设于厚度不小于预定厚度的岩层处；最后在第一锚室2的下方竖直开挖第二锚室3，并在第二锚室3内设置固定组件31，再往第二锚室3内浇筑混凝土形成锚块30，将固定组件31埋设于锚块30内。悬索桥锚碇基本成形后，将主缆6的一端分散形成多根钢绞线60，并将钢绞线60依次并排与固定组件31连接，另一端则固定在悬索桥上，以此为桥体提供拉力，多根钢绞线60在转向件20处汇聚并实现转向。

具体的，在施工时，最开始需要根据悬索桥的实际位置，来确定导洞1的位置，并采用矿山法开挖导洞1。在开挖导洞1的过程中，需要根据围岩的情况施作超前预加固，如超前小导管预支护或超前隧道周边帷幕注浆等措施，并及时施作锚杆40、钢架41和混凝土层42等初期支护结构。随后采用竖井法垂直分层依次开挖第一锚室2和第二锚室3，同理，根据围岩情况施作超前预加固，由于第一锚室2和第二锚室3均具有一定的高度，因此，在施工过程中采用分层开挖的方式，即将第一锚室2和第二锚室3根据实际情况分成若干层，每开挖一层，施作锚杆40、钢架41和混凝土层42等初期支护结构，初次衬砌4能满足第一锚室2和第二锚室3的空间稳定、防止结构变形。其中，在整个开挖过程中，会根据地下水发育情况来决定是否采用径向注浆对围岩进行止水加固，以保障整个施工过程的顺利进行以及安全。

进一步的，由于锚块30主要由混凝土构成，且体量较大，为了保证其结构刚度，锚块30还包括埋设于混凝土内的锚块钢筋。在向第二锚室3内关注混凝土前，先在第二锚室3内设置锚块钢筋，锚块钢筋一般呈网状并通过连接件绑扎为一体。另外还布置了主缆定位支架、后锚梁、锚杆40及冷却管等部件，主缆定位支架则是用于辅助将钢绞线60固定于锚固件上的。各个部件设置完成后，分层浇筑锚块混凝土，完成锚块30的钢筋混凝土结构施工。

完成上面的步骤后，开始施作导洞1和第一锚室2内的二次衬砌5，二次衬砌5由混凝土和埋设于其内的钢筋构成。随后施作转向件基础21，并安装转向件20，最后根据实际情况架设主缆6，完成相关附属工程安装。

本施工方法充分利用锚块30的重量来平衡主缆6的拉力，克服了大部分锚碇在地质条件不好的碎岩地区难实施的问题，且大幅减少了施工难度，适用于山区不能采用隧道锚或大面积开挖重力锚的情况，相比于重力锚减少了山体开挖，有利于环境保护，降低工程造价。

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (9)

1.一种悬索桥锚碇，其设于山体岩层内，其特征在于，其包括：

倾斜设置的导洞(1)，所述导洞(1)的长度被配置为其终端下方一侧的岩层厚度不小于预定厚度；

第一锚室(2)，其设于所述导洞(1)的下方并与所述导洞(1)的终端连通，所述第一锚室(2)内设有一转向件(20)，且所述转向件(20)位于厚度不小于预定厚度的所述岩层处；

第二锚室(3)，其竖直设于所述第一锚室(2)的下方并与所述第一锚室(2)连通，所述第二锚室(3)内填设有锚块(30)，所述锚块(30)内埋设有固定组件(31)。

2.如权利要求1所述的一种悬索桥锚碇，其特征在于：所述悬索桥锚碇还包括主缆(6)，所述主缆(6)的一端用于固定在悬索桥上，另一端依次穿过所述导洞(1)和第一锚室(2)，并在经过所述第一锚室(2)时通过所述转向件(20)转向，且在转向后分散成多根间隔并排设置的钢绞线(60)，多根所述钢绞线(60)远离所述转向件(20)的一端分别依次与固定组件(31)相连。

3.如权利要求2所述的一种悬索桥锚碇，其特征在于：所述固定组件(31)包括多个间隔设置的锚固件，每一所述锚固件均与对应的其中一根所述钢绞线(60)相连，且多个所述锚固件沿一预定方向并排设置，以使多根所述钢绞线(60)之间的长度变化范围尽可能小。

4.如权利要求2所述的一种悬索桥锚碇，其特征在于：多根所述钢绞线(60)与水平方向的夹角变化范围为60°～90°。

5.如权利要求3所述的一种悬索桥锚碇，其特征在于：所述锚块(30)的顶部与所述预定方向平行。

6.如权利要求1所述的一种悬索桥锚碇，其特征在于：所述第一锚室(2)的横截面为等截面或变截面的圆形或圆角矩形结构，所述第二锚室(3)的横截面为等截面的圆形或圆角矩形结构。

7.如权利要求1所述的一种悬索桥锚碇，其特征在于：所述导洞(1)、第一锚室(2)和第二锚室(3)均包括初次衬砌(4)，所述导洞(1)和第一锚室(2)还包括贴设于各自所述初次衬砌(4)内壁上的二次衬砌(5)，其中，所述第一锚室(2)的二次衬砌(5)的厚度大于所述导洞(1)的二次衬砌(5)的厚度。

8.一种如权利要求1所述的悬索桥锚碇的施工方法，其特征在于：

在岩层上沿倾斜方向开挖导洞(1)，当探测所述导洞(1)终端下方一侧的岩层厚度不小于预定厚度时，停止开挖所述导洞(1)；

在所述导洞(1)的终端下方开挖第一锚室(2)，并在所述第一锚室(2)内设置转向件(20)，并将所述转向件(20)设于厚度不小于预定厚度的所述岩层处；

在所述第一锚室(2)的下方竖直开挖第二锚室(3)，并在所述第二锚室(3)内设置固定组件(31)，再往所述第二锚室(3)内浇筑混凝土形成锚块(30)，将所述固定组件(31)埋设于所述锚块(30)内。

9.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于：采用矿山法开挖所述导洞(1)，采用竖井法施工开挖所述第一锚室(2)和第二锚室(3)。