CN117661439A - 一种锚体与地连墙基础嵌合的悬索桥锚碇结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锚体与基础相嵌合的悬索桥锚碇结构，包括地连墙、底板、锚体、缆索及锚固系统，地连墙顶部设有冠梁，锚体设于地连墙内部；底板为台阶型，底板设置于地连墙中部，底板与外部土体直接接触；锚体前侧设有前锚室，后侧设有后锚室，前锚室前端设有散索夹，后锚室内设有缆索锚固系统，缆索斜置于地连墙内部，缆索经散索夹分散后，贯穿锚体。本发明锚体与基础相嵌合的悬索桥锚碇结构，通过锚体下移使得缆索缆力作用于锚碇重心下方，锚碇具有逆时针转动趋势，配合台阶型底板，可充分发挥周边土体抗力作用，显著改善锚碇的受力特性，可大幅减小锚碇尺寸，节约建筑材料和施工工期，更加节能环保。

Description

一种锚体与地连墙基础嵌合的悬索桥锚碇结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种桥梁工程领域的悬索桥锚碇结构及施工方法，尤其涉及一种锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构及施工方法。

背景技术

目前基岩埋置较深的大跨悬索桥锚碇多采用重力式锚碇，将锚体与基础分开设计，悬索桥缆索固定于锚体上部。锚碇下部基础常采用地连墙、沉井等形式。锚碇上部锚体包括支墩、散索鞍、前锚室、后锚室等部分。这种传统设计便于施工，可先按照常规方法施工锚碇基础，然后在锚碇上施工锚体。

然而，传统锚碇受力并不合理，缆力延长线位于锚碇重心上方，在荷载作用下，锚碇有前倾和旋转的趋势，基础破坏模式为倾覆破坏，主要发挥抗力作用的是基础前侧浅层土。但是浅层土体由于围压较小，其承载力和刚度均较小，导致在保证锚碇工作性能的前提下，锚碇基础尺寸偏大，一定程度上浪费了建设材料、增加了建设周期、人力成本、占地面积和碳排放。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种显著改善锚碇的受力特性，可大幅减小锚碇尺寸的锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构；

本发明的第二个目的是提供上述的锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构的施工方法。

技术方案：本发明所述的锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构，包括地连墙、底板、锚体、缆索及锚固系统，所述地连墙顶部设有冠梁，冠梁下部地连墙内侧设有环形内衬，所述锚体设于地连墙内部；所述底板设置于地连墙中部，形状为台阶型，且位于锚体、缆索及锚固系统的下部，底板与外部土体直接接触；所述锚体前侧设有前锚室，后侧设有后锚室，所述前锚室前端设有用于使缆索散开后斜向上分散的散索夹，后锚室内设有用于固定缆索底端的缆索锚固系统，缆索斜置于地连墙内部，缆索经散索夹分散后，贯穿锚体。

其中，所述地连墙为钢筋混凝土结构，由20～40幅单片地连墙；地连墙厚度在0.8m至2.0m之间。

其中，所述底板嵌固于地连墙中部，与地连墙结构固定连接，所述底板包括水平部分和斜坡部分；底板厚度在1.0m～3.5m之间。

其中，所述散索夹的前端设有缆索通道，后端设有散索后钢绞线通道，所述散索夹倾斜角度与缆索一致。缆索的顶端固定于桥梁主塔上端。

其中，所述后锚室为板形空腔结构。

其中，所述锚固系统包括钢制锚固装置平面排布，锚固装置布置平面与缆索垂直。

上述的锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构的施工方法，包括如下步骤：

(A)沿地连墙轴线构筑导墙，进行单幅地连墙地槽施工，吊装下放钢筋笼，浇筑水下混凝土，循环以上环节，完成所有单幅地连墙浇筑，最后进行墙段接头连接；

(B)在地连墙上方浇筑钢筋混凝土冠梁，分层开挖地连墙内侧土体，开挖至内衬设计底部标高时，浇筑环形内衬，继续分层开挖至底板位置；

(C)开挖完成后，若底板斜坡位置稳定性不足，则先加固斜坡，再浇筑底板，将底板与地连墙结构固定连接；

(D)分层浇筑锚体，同时分层搭建后锚室，安装锚固系统；

(E)搭建前锚室浇筑模板，安装散索夹，固定缆索；

(F)在地连墙内部，分层浇筑素混凝土，浇至地连墙顶部，待混凝土强度形成后，铺设顶板钢筋和浇筑模板，浇筑顶板封顶。

有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：

(1)通过将锚体与锚碇基础嵌合，锚体下移至基础内、缆索延长线下移至锚碇结构重心下方，底板设置为台阶型，改变了锚碇重心与缆力延长线的空间位置关系，使得在悬索桥缆索作用下锚碇有后倾趋势，同时锚碇底部的水平位移相比于顶部有增大趋势，在这种变形模式下锚碇底部台阶状的底板不断挤压前侧土体，产生被动土压力，得益于深层土体较大的刚度锚碇底部水平位移发展得到很好抑制，在以上两种效应联合作用下，锚碇结构受力更加合理，顶部和底部位移发展均较小，水平抗力更大；(2)由于锚碇结构没有明显的转动位移，因此结构底部土体不会产生现有锚碇结构常见的应力集中现象，即前趾应力大，后趾应力小，整个地基应力分布更加均匀，结构对地基承载力的要求更小，使得锚碇结构可适应极端软土环境；(3)由于其更加合理的受力特性，在受到相同外荷载作用下，锚碇结构得以拥有更小几何外形、更少的建设材料，更短的建设周期、更少的人力投入和更小的施工风险，从而减少整个建设过程中的建设成本和碳排放，同时由于锚体下移至基础内部，节约了地表空间，锚碇与上部结构不会相互干涉，增大了桥梁路线设计的灵活性。

附图说明

图1为本发明正面结构示意图；

图2为本发明斜上方三维立体结构示意图；

图3为本发明斜下方三维透视结构示意图；

图4为本发明侧面结构示意图；

图5为本发明俯视结构示意图；

图6为本发明锚固系统在后锚室的布置示意图；

图7为本发明散索夹三维立体结构示意图；

图8为本发明结构受力及转动趋势示意图；

图9为本发明地连墙及冠梁钢筋笼正面布置示意图；

图10为本发明地连墙及冠梁钢筋笼侧面布置示意图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细描述。

请参阅图1～10，本发明提供了一种锚体与基础相嵌合的悬索桥锚碇结构，包括圆形地连墙5、底板13、设于地连墙内部的锚体6、缆索10及其锚固系统4。圆形地连墙5顶部设有冠梁2，冠梁2设有冠梁水平钢筋201和冠梁竖向钢筋202，冠梁2下部地连墙内侧设有圆环形内衬9，底板13为台阶型底板，设置于地连墙中部，底板与外部土体直接接触，且位于锚体6、缆索10及锚固系统4的下部。锚体6前侧设有前锚室12，后侧设有后锚室7，前锚室12前端设有散索夹11用以分散缆索10，缆索10为钢绞线，后锚室7为板形空腔结构，内置缆索锚固系统4可将分散后的钢绞线固定于锚体中，缆索10的底端固定于缆索锚固系统4，缆索10的顶端固定于桥梁主塔上端，缆索10与水平面呈一定夹角，斜置于地连墙基础内部，经散索夹11分散后，贯穿锚体，固定于锚固系统4。

圆形地连墙5为钢筋混凝土结构，由20～40幅单片地连墙组成，地连墙厚度在0.8m至2.0m之间，通过将单幅地连墙拼接组成整体圆形地连墙，以发挥地连墙的空间圆拱效应，增大地连墙作为支护结构的水平刚度；如图9、10所示，地连墙5设有地连墙水平钢筋501、地连墙竖向钢筋502和地连墙构造钢筋503。

台阶型底板13为钢筋混凝土结构，嵌固于地连墙5中部，与地连墙结构固定连接，包括水平部分和斜坡部分，底板厚度在1.0m～3.5m之间，由于斜坡的存在底板可通过挤压前侧土体获得较大的被动土压力，从而使得锚碇结构获得较大的水平抗力和刚度；

散索夹11为高强度耐腐蚀合金材料，前端设置缆索通道，后端设置散索后钢绞线通道，且散索夹11倾斜角度与缆索10一致，并固定于前锚室12的前端，可使得缆索10较均匀地分散为钢绞线，而不引起显著的应力集中，有利于缆索10及其包含的钢绞线长期保持工作特性；散索夹11使缆索散开后斜向上分散。

锚固系统4安装于后锚室7中，由200个平面排布的钢制锚固装置组成，具体数量可以为50～300个；锚固装置布置平面与缆索10垂直，且与钢绞线垂直的锚固装置布置数量最多，以便将缆索10携带的巨大缆力均匀的分散到后锚室中，再经锚体传递到锚碇边界，最后传达到地基中。

本发明还提供了锚体与基础相嵌合的悬索桥锚碇结构的施工方法，包括如下步骤：

A、沿地连墙5轴线构筑导墙，使用成槽机形成单幅地连墙地槽，吊装下放钢筋笼501、502、503，浇筑水下混凝土，循环以上环节，完成所有单幅地连墙浇筑，最后进行墙段接头连接，得到完整圆形地连墙结构；

B、在地连墙5上方浇筑钢筋混凝土冠梁2，用以强化地连墙顶部水平刚度，分层开挖地连墙内侧土体，开挖至内衬设计底部标高时，浇筑环形内衬9，利用其空间圆拱效应强化地连墙上部水平刚度，继续分层开挖至底板13位置；

C、开挖完成后，若底板斜坡位置稳定性不足，则先加固斜坡保证其稳定性，再浇筑底板，将台阶型底板与地连墙结构固定连接，形成固定连续的锚碇边界；

D、分层浇筑锚体6，可显著减少大体积混凝土的水化热及其引发的混凝土开裂问题，同时分层搭建后锚室7，无需使用高支模板，降低了搭建难度，随后安装锚固系统4；

E、搭建前锚室12浇筑模板，安装散索夹11，固定缆索10；

F、在地连墙内部，分层浇筑素混凝土，减少水化热及材料膨胀，浇至地连墙顶部，待混凝土强度形成后，铺设顶板钢筋和浇筑模板，浇筑顶板封顶，完成锚碇施工。

工作原理：在该锚体与基础相嵌合的悬索桥锚碇结构发挥功能时，如图1-10所示，该结构作为一种受力合理的重力式悬索桥锚碇，可用于固定悬索桥缆索，为其提供足够的水平及竖向抗力，并且拥有较高的变形刚度，在正常缆力作用下结构变形较小。为了达到以上功能，锚碇底板13设计为台阶型，其中的水平部分可通过静摩擦力为锚碇提供部分水平抗力，其中的斜坡部分除了可以提供摩擦力外还可以通过挤压土体产生远大于摩擦力的被动土压力，为锚碇提供大量水平抗力，同时为了保证底板正常发挥上述作用，悬索桥缆索设置于锚碇重心下方，使得在缆力和土压力联合作用下锚碇结构更倾向于水平移动而非转动，从而增大了锚碇在受力时带动周边土体共同受力的能力，换言之充分挖掘了周边土体的抗力潜力。图8中的101为缆力作用下锚碇结构转动趋势，102为土压力作用下锚碇结构转动趋势。

受益于该结构独特的受力特征，在确定的缆力荷载下，锚碇结构的设计尺寸可以更小，节省大量的建设材料，缩短了建设周期，减少了人力投入、施工风险和碳排放，同时由于减弱了锚碇结构倾覆的不利效应，使得地基应力分布更加均匀，减小了对地基承载力的要求，在特定情况下将节省大量的地基加固成本。

在上述实施过程中，圆形地连墙5作为主要围护结构和周边土体3直接接触，在内部开挖、底板13施工、锚体6施工和顶板8施工等过程中，支撑周边土体，保证土体及水体不会侵入施工空间，同时冠梁2和内衬9增加了支护强度和刚度，保证地连墙5正常工作。散索夹11将缆索分散后，由锚固系统4锁定于锚体6中，使得整个锚碇结构协同承担缆力荷载。

Claims (9)

1.一种锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构，包括地连墙(5)、底板(13)、锚体(6)、缆索(10)及锚固系统(4)，其特征在于，所述地连墙(5)顶部设有冠梁(2)，冠梁下部地连墙内侧设有环形内衬(9)，所述锚体(6)设于地连墙(5)内部；所述底板(13)设置于地连墙(5)中部，形状为台阶型，且位于锚体(6)、缆索(10)及锚固系统(4)的下部，底板(13)与外部土体直接接触；所述锚体(6)前侧设有前锚室(12)，后侧设有后锚室(7)，所述前锚室(12)前端设有用于使缆索散开后斜向上分散的散索夹(11)，后锚室(7)内设有用于固定缆索底端的缆索锚固系统(4)，缆索斜置于地连墙内部，缆索经散索夹(11)分散后，贯穿锚体。

2.根据权利要求1所述的锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构，其特征在于，所述底板(13)嵌固于地连墙(5)中部，与地连墙固定连接，所述底板(13)包括水平部分和斜坡部分。

3.根据权利要求1所述的锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构，其特征在于，所述底板(13)厚度为1.0～3.5m。

4.根据权利要求1所述的锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构，其特征在于，所述地连墙(5)为钢筋混凝土结构，由20～40幅单片地连墙。

5.根据权利要求1所述的锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构，其特征在于，所述地连墙(5)厚度为0.8～2.0m。

6.根据权利要求1所述的锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构，其特征在于，所述散索夹(11)的前端设有缆索通道，后端设有散索后钢绞线通道，所述散索夹(11)倾斜角度与缆索(10)一致。

7.根据权利要求1所述的锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构，其特征在于，所述后锚室(7)为板形空腔结构。

8.根据权利要求1所述的锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构，其特征在于，所述锚固系统(4)包括50～300个平面排布的钢制锚固装置，锚固装置布置平面与缆索(10)垂直。

9.一种权利要求1所述的锚体与基础嵌合的悬索桥锚碇结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(A)沿地连墙(5)轴线构筑导墙，进行单幅地连墙地槽施工，吊装下放钢筋笼，浇筑水下混凝土，循环以上环节，完成所有单幅地连墙浇筑，最后进行墙段接头连接；

(B)在地连墙(5)上方浇筑钢筋混凝土冠梁(2)，分层开挖地连墙内侧土体，开挖至内衬设计底部标高时，浇筑环形内衬(9)，继续分层开挖至底板(13)位置；

(C)开挖完成后，若底板斜坡位置稳定性不足，则先加固斜坡，再浇筑底板，将底板与地连墙结构固定连接；

(D)分层浇筑锚体(6)，同时分层搭建后锚室(7)，安装锚固系统(4)；

(E)搭建前锚室(12)浇筑模板，安装散索夹(11)，固定缆索(10)；

(F)在地连墙内部，分层浇筑素混凝土，浇至地连墙顶部，待混凝土强度形成后，铺设顶板钢筋和浇筑模板，浇筑顶板封顶。