CN111485493B - 一种悬索桥锚碇结构及其实施方法 - Google Patents

一种悬索桥锚碇结构及其实施方法 Download PDF

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Abstract

一种悬索桥锚碇结构,包括锚碇主体、主缆锚固体系、预应力锚索,所述锚碇主体包括锚碇锚块、锚碇基础、锚碇围护结构、锚索锚室,所述锚碇锚块的一端固定连接所述锚碇基础,另一端固定连接所述锚碇围护结构;所述锚碇锚块、锚碇基础、锚碇围护结构共同围成中间为所述锚索锚室空间的封闭结构;所述主缆锚固体系位于所述锚索锚室内,并锚固于所述锚碇锚块的内侧,所述锚碇锚块的外侧反向锚固有所述预应力锚索。本发明提供了一种与主缆锚固段方向相同的预应力锚索构造,通过预应力锚索直接抵抗主缆锚固体系的拉力,改变了重力式锚索通过基底摩擦力来抵抗主缆拉力水平分力、通过重力来抵抗主缆拉力竖向分力的受力机理,提高了锚碇工作效率。

Description

一种悬索桥锚碇结构及其实施方法
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域,具体涉及一种悬索桥锚碇结构及其实施方法。
背景技术
锚碇是地锚式悬索桥锚固主缆的最为重要的结构之一,其功能是将主缆拉力传给锚碇锚块,再通过锚碇锚块将力传递给锚碇基础,最后传到地基中,从而起到平衡主缆拉力、为主缆提供锚固力的作用。常见的锚碇形式有重力锚、隧道锚和岩锚。从适应性来说,考虑不同的基础形式,重力式锚碇几乎适用于所有场合,完全的重力式锚碇通过锚体与地基之间的摩擦力来平衡主缆水平分力,效率较低且对地基承载力要求较高。隧道锚适用于地质条件良好,地形条件有利于在山体开挖隧洞的场合,它是将混凝土锚板或锚块设置于隧洞底部、锚块嵌固在隧洞中与岩体形成整体来抵抗主缆拉力的。岩锚适用于地质条件极好,且地形条件有利于总体布置的条件,其适用面较窄,具体运用需结合地形地质条件并考虑施工条件综合确定。
悬索桥尤其是小型人行悬索桥以其跨度大、基础数量少、造型美观、施工简便以及经济性好等特点,被广泛地应用于山区峡谷及景区观光类项目。该类地区由于地基覆盖层较深,地基条件较差,不便于采用隧道锚和岩锚。而重力式锚碇往往体量较大,需要进行大开挖且地基承载力和地基沉降要求较高,一般采用岩石作为持力层,地基条件较差时需要进行深基坑开挖和制作沉井、地下连续墙或大直径桩基础等复杂的基础形式,有施工难度大、经济性差的缺点,不利于小型悬索桥在复杂地形地质条件下的应用和推广。因此,有必要研究一种适用于覆盖层软土地基、施工简便且经济性好的锚碇形式,来解决软土地基的悬索桥锚碇的构造和施工问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明旨在提供一种悬索桥锚碇结构及其实施方法,该悬索桥锚碇结构及其实施方法可实现在软土地基及场地狭小地段不进行大开挖就可设置缆索锚碇,从而使桥位处采用悬索桥桥型方案变得经济可行,扩大了悬索桥的应用范围。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种悬索桥锚碇结构,包括锚碇主体、主缆锚固体系,其结构特点是,还包括预应力锚索,所述锚碇主体包括锚碇锚块、锚碇基础、锚碇围护结构、锚索锚室,所述锚碇锚块的一端固定连接所述锚碇基础,另一端固定连接所述锚碇围护结构;所述锚碇锚块、锚碇基础、锚碇围护结构共同围成中间为所述锚索锚室空间的封闭结构;所述主缆锚固体系位于所述锚索锚室内,并锚固于所述锚碇锚块的内侧,所述锚碇锚块的外侧反向锚固有所述预应力锚索。
本发明提供了一种与主缆锚固段方向相同的预应力锚索构造,通过预应力锚索直接抵抗主缆锚固体系的拉力,改变了重力式锚索通过基底摩擦力来抵抗主缆拉力水平分力、通过重力来抵抗主缆拉力竖向分力的受力机理,提高了锚碇工作效率。应用高强抗拉材料提高了材料利用效率,大大降低了工程材料的用量,节约了工程造价。通过锚碇锚块的转换作用将主缆锚固体系的拉力传递给预应力锚索,锚碇锚块的体积满足局部受力要求即可,锚碇锚室只需满足预应力锚索的张拉空间即可,整个锚碇主体的尺寸很小。
进一步的,还包括地基处理体系,所述地基处理体系包括复合地基处理、锚碇基础地基换填、锚碇锚块地基换填、土石回填。
所述复合地基处理包括深层搅拌桩、高压旋喷桩、挤密桩、置换桩、长短桩、桩网复合、灌浆、夯实、挤密和/或置换。
通过对地基进行预处理的方法,改善地基承载力。将锚碇主体直接置于经过处理后的地基上,避免了深基础开挖和复杂基础的制作,降低了基础施工难度,避免了大开挖施工,提高了悬索桥在不良地质段的适用性和经济性。
进一步的,所述预应力锚索包括锚索张拉端、锚索自由段、锚索锚固段,所述锚索张拉端锚固于所述锚碇锚块上,所述锚索自由段位于软土地基中,所述锚索锚固段位于基岩中。所述预应力锚索沿主缆同方向倾斜延伸至基岩并锚固,要求有足够的锚固长度以抵抗张拉力,待锚索锚固段注浆且强度达到张拉要求后进行预应力锚索的张拉。
所述预应力锚索包括第一批张拉锚索、第二批张拉锚索、第三批张拉锚索、第四批张拉锚索,所述预应力锚索在张拉时分批次对称进行张拉。按理论恒载计算确定,施工过程中应监测锚碇背面的土压力,必要时可依据实测土压力值适当调整张拉工序和张拉力,以保证土压应力在地基允许范围内。
进一步的,所述主缆锚固体系包括主缆、散索点、连接器、锚固拉杆、锚固型钢,所述散索点位于所述锚索锚室内,所述主缆在所述散索点的位置分散并通过所述连接器与所述锚固拉杆连接,所述锚固拉杆通过所述锚固型钢锚固于所述锚碇锚块内。
基于同一种发明构思,本发明还提出了一种悬索桥锚碇结构的实施方法,对地基进行预处理,所述预处理包括锚碇基础处的地基换填、锚碇锚块处的地基换填、锚碇围护结构处的土石回填、锚碇底部进行复合地基处理。
进一步的,所述复合地基处理的方法包括:深层搅拌桩、高压旋喷桩、挤密桩、置换桩、长短桩、桩网复合、灌浆、夯实、挤密、置换。
通过对锚碇主体周围的地基进行预处理的方法,经过处理后,提高了与锚碇基础接触地基的承载力和刚度,保证锚索张拉时地基的强度和稳定性。
进一步的,还包括如下步骤:对预应力锚索的张拉分多个批次对称进行张拉,张拉时的步骤为:对称张拉第一批张拉锚索,施工主缆、吊索及钢主梁;对称张拉第二批张拉锚索,施工一半桥面二期恒载;对称张拉第三批张拉锚索,完成全部桥面二期恒载;对称张拉第四批张拉锚索。
根据施工阶段主缆的实际拉力大小,通过反向分批次张拉预应力锚索的实施方式,控制锚碇基底应力,控制的目标以施工期张拉锚索后,锚碇基础和背墙后的土体或复合地基不被破坏并保留可靠的安全系数为准;成桥后,预应力锚索的预应力总留有一定的锚固安全系数,并在主缆的内力包络范围内,锚碇基础不会遭到破坏。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1)本发明是利用预应力锚索抵抗主缆的拉力,并利用复合地基处理和地基换填抵抗锚索不平衡张拉力。区别于岩锚体系,本发明可应用锚碇置于软土地基上的情况,克服软弱地基不适宜设置锚碇的缺点,发挥钢绞线锚索的材料强度,同时克服大体积重力锚体量大,开挖方量大、地基承载力不易满足和造价高昂的缺点,大大改善了软土地基上锚碇的工程应用条件,可实现在软土地基、场地狭小地段上不进行大开挖便可设置缆索锚碇,从而使桥位处采用悬索桥桥型方案变得经济可行,扩大了悬索桥的应用范围。
2)本发明提供了一种与主缆锚固段方向相同的预应力锚索构造,通过预应力锚索直接抵抗主缆拉力,改变了重力式锚索通过基底摩擦力来抵抗主缆拉力水平分力、通过重力来抵抗主缆拉力竖向分力的受力机理,提高了锚碇工作效率。应用高强抗拉材料提高了材料利用效率,大大降低了工程材料的用量,节约了工程造价。
3)本发明通过锚碇锚块的转换作用将主缆锚固体系的拉力传递给预应力锚索,锚碇锚块的体积满足局部受力要求即可,锚碇锚室只需满足预应力锚索的张拉空间即可,整个锚碇主体的尺寸很小。
4)本发明通过对地基进行预处理的方法,改善地基承载力。将锚碇主体直接置于经过处理后的地基上,避免了深基础开挖和复杂基础的制作,降低了基础施工难度,避免了大开挖施工,提高了悬索桥在不良地质段的适用性和经济性。
5)本发明提供了锚碇主体周围地基处理的方法,经过处理后,提高了与锚碇基础接触地基的承载力和刚度,保证锚索张拉时地基的强度和稳定性。
6)本发明根据主缆在不同施工和成桥工况下的拉力确定总锚索数量和张拉力,确保成桥运营后地基不至破坏,主缆拉力作用下锚索预拉力仍有余度。
7)本发明根据处理后的地基承载能力确定施工阶段的主缆拉力大小可确定锚索张拉的批次和张拉力,保证实施过程中锚索张拉时地基不被破坏。
附图说明
图1是本发明的悬索桥锚碇结构的立面示意图;
图2是本发明的悬索桥锚碇结构的分批张拉平面示意图。
在图中
10-锚碇锚块;11-锚碇基础;12-锚碇围护结构;13-锚索锚室;
20-锚索张拉端;21-第一批张拉锚索;22-第二批张拉锚索;23-第三批张拉锚索;24-第四批张拉锚索;25-锚索自由段;26-锚索锚固段;
30-主缆;31-散索点;32-连接器;33-锚固拉杆;34-锚固型钢;
40-复合地基处理;41-锚碇基础地基换填;42-锚块地基换填;43-土石回填;
50-岩土分界面;51-软土地基;52-基岩;
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便,下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样,仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致,并不对结构起限定作用。
一种悬索桥锚碇结构,如图1所示,包括锚碇主体、主缆锚固体系,其结构特点是,还包括预应力锚索,所述锚碇主体包括锚碇锚块10、锚碇基础11、锚碇围护结构12、锚索锚室13,所述锚碇锚块10的一端固定连接所述锚碇基础11,另一端固定连接所述锚碇围护结构12;所述锚碇锚块10、锚碇基础11、锚碇围护结构12共同围成中间为所述锚索锚室13空间的封闭结构;所述主缆锚固体系位于所述锚索锚室13内,并锚固于所述锚碇锚块10的内侧,所述锚碇锚块10的外侧反向锚固有所述预应力锚索。
所述预应力锚索包括锚索张拉端20、锚索自由段25、锚索锚固段26,所述锚索张拉端20锚固于所述锚碇锚块10上,所述锚索自由段25位于软土地基51中,所述锚索锚固段26位于基岩52中。所述预应力锚索沿主缆同方向倾斜延伸至基岩52并锚固,要求有足够的锚固长度以抵抗张拉力,待锚索锚固段26注浆且强度达到张拉要求后进行预应力锚索的张拉。
还包括地基处理体系,所述地基处理体系包括复合地基处理40、锚碇基础地基换填41、锚碇锚块地基换填42、土石回填43。所述复合地基处理40包括深层搅拌桩、高压旋喷桩、挤密桩、置换桩、长短桩、桩网复合、灌浆、夯实、挤密和/或置换。通过对地基进行预处理的方法,改善地基承载力。将锚碇主体直接置于经过处理后的地基上,避免了深基础开挖和复杂基础的制作,降低了基础施工难度,避免了大开挖施工,提高了悬索桥在不良地质段的适用性和经济性。
进一步的,所述主缆锚固体系包括主缆30、散索点31、连接器32、锚固拉杆33、锚固型钢34,所述散索点31位于所述锚索锚室13内,所述主缆30在所述散索点31的位置分散并通过所述连接器32与所述锚固拉杆33连接,所述锚固拉杆33通过所述锚固型钢34锚固于所述锚碇锚块10内。
该悬索桥锚碇结构的实施方法在于:对地基进行预处理,所述预处理包括锚碇基础处的地基换填、锚碇锚块处的地基换填、锚碇围护结构处的土石回填、锚碇底部进行复合地基处理。
进一步的,所述复合地基处理的方法包括:深层搅拌桩、高压旋喷桩、挤密桩、置换桩、长短桩、桩网复合、灌浆、夯实、挤密、置换。通过对锚碇主体周围的地基进行预处理的方法,经过处理后,提高了与锚碇基础接触地基的承载力和刚度,保证锚索张拉时地基的强度和稳定性。
对预应力锚索的张拉分多个批次对称进行张拉,张拉时的步骤为:对称张拉第一批张拉锚索21,施工主缆、吊索及钢主梁;对称张拉第二批张拉锚索22,施工一半桥面二期恒载;对称张拉第三批张拉锚索23,完成全部桥面二期恒载;对称张拉第四批张拉锚索24。根据施工阶段主缆的实际拉力大小,通过反向分批次张拉预应力锚索的实施方式,控制锚碇基底应力,控制的目标以施工期张拉锚索后,锚碇基础和背墙后的土体或复合地基不被破坏并保留可靠的安全系数为准;成桥后,预应力锚索的预应力总留有一定的锚固安全系数,并在主缆的内力包络范围内,锚碇基础不会遭到破坏。
本发明是利用预应力锚索抵抗主缆的拉力,并利用复合地基处理和地基换填抵抗锚索不平衡张拉力。区别于岩锚体系,本发明可应用锚碇置于软土地基上的情况,克服软弱地基不适宜设置锚碇的缺点,发挥钢绞线锚索的材料强度,同时克服大体积重力锚体量大,开挖方量大、地基承载力不易满足和造价高昂的缺点,大大改善了软土地基上锚碇的工程应用条件,可实现在软土地基、场地狭小地段上不进行大开挖便可设置缆索锚碇,从而使桥位处采用悬索桥桥型方案变得经济可行,扩大了悬索桥的应用范围。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明,而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.一种悬索桥锚碇结构,包括锚碇主体、主缆锚固体系,其特征在于,还包括预应力锚索,所述锚碇主体包括锚碇锚块(10)、锚碇基础(11)、锚碇围护结构(12)、锚索锚室(13),所述锚碇锚块(10)的一端固定连接所述锚碇基础(11),另一端固定连接所述锚碇围护结构(12);所述锚碇锚块(10)、锚碇基础(11)、锚碇围护结构(12)共同围成中间为所述锚索锚室(13)空间的封闭结构;
所述主缆锚固体系位于所述锚索锚室(13)内,并锚固于所述锚碇锚块(10)的内侧,所述锚碇锚块(10)的外侧反向锚固有所述预应力锚索,所述预应力锚索与所述主缆锚固体系的锚固段的方向相同;
所述预应力锚索包括锚索张拉端(20)、锚索自由段(25)、锚索锚固段(26),所述锚索张拉端(20)锚固于所述锚碇锚块(10)上,所述锚索自由段(25)位于软土地基中,所述锚索锚固段(26)位于基岩中;所述预应力锚索包括第一批张拉锚索(21)、第二批张拉锚索(22)、第三批张拉锚索(23)、第四批张拉锚索(24),所述预应力锚索在张拉时分批次对称进行张拉。
2.根据权利要求1所述的悬索桥锚碇结构,其特征在于,还包括地基处理体系,所述地基处理体系包括复合地基处理(40)、锚碇基础地基换填(41)、锚碇锚块地基换填(42)、土石回填(43)。
3.根据权利要求2所述的悬索桥锚碇结构,其特征在于,所述复合地基处理(40)包括深层搅拌桩、高压旋喷桩、挤密桩、置换桩、长短桩、桩网复合、灌浆、夯实、挤密和/或置换。
4.根据权利要求1所述的悬索桥锚碇结构,其特征在于,所述主缆锚固体系包括主缆(30)、散索点(31)、连接器(32)、锚固拉杆(33)、锚固型钢(34),所述散索点(31)位于所述锚索锚室(13)内,所述主缆(30)在所述散索点(31)的位置分散并通过所述连接器(32)与所述锚固拉杆(33)连接,所述锚固拉杆(33)通过所述锚固型钢(34)锚固于所述锚碇锚块(10)内。
5.一种悬索桥锚碇结构的实施方法,包括根据权利要求1~4任一所述的悬索桥锚碇结构,其特征在于,包括如下步骤:对地基进行预处理,所述预处理包括锚碇基础处的地基换填、锚碇锚块处的地基换填、锚碇围护结构处的土石回填、锚碇底部进行复合地基处理(40);对预应力锚索的张拉分多个批次对称进行,所述预应力锚索张拉时的步骤为:对称张拉第一批张拉锚索(21),施工主缆、吊索及钢主梁;对称张拉第二批张拉锚索(22),施工一半桥面二期恒载;对称张拉第三批张拉锚索(23),完成全部桥面二期恒载;对称张拉第四批张拉锚索(24)。
6.根据权利要求5所述的悬索桥锚碇结构的实施方法,其特征在于,所述复合地基处理(40)的方法包括:深层搅拌桩、高压旋喷桩、挤密桩、置换桩、长短桩、桩网复合、灌浆、夯实、挤密、置换。
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