梁 偉 陳治任
(中鐵大橋局股份有限公司設(shè)計(jì)分公司 武漢 430050)
典型山區(qū)條件下大跨度拱橋錨索錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工
梁偉陳治任
(中鐵大橋局股份有限公司設(shè)計(jì)分公司武漢430050)
摘要典型山區(qū)條件下進(jìn)行大跨度拱橋無支架施工,一般均面臨由于兩岸巖壁陡峭導(dǎo)致錨索錨固系統(tǒng)設(shè)置困難的問題。文中以滬昆客專北盤江特大橋?yàn)槔?,介紹了典型山區(qū)條件下的錨索錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工思路,并對(duì)幾種常見的山區(qū)錨索錨固結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工進(jìn)行說明。尤其針對(duì)在陡巖邊坡條件下錨索后錨固布置困難的情況,提出了一種新型的經(jīng)濟(jì)、安全、適用、高效的錨索錨固結(jié)構(gòu)形式。
關(guān)鍵詞典型山區(qū)大跨度拱橋錨索錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工
大跨度拱橋常采用斜拉扣掛法[1]進(jìn)行主拱施工。主拱施工依靠由扣、錨索及其錨固系統(tǒng)和扣塔組成的斜拉扣掛體系輔助傳力??鬯髑岸送ㄟ^扣點(diǎn)與主拱節(jié)段連接,后端錨固于扣塔;錨索前段錨于扣塔,后端通過單獨(dú)設(shè)置的錨固結(jié)構(gòu)將錨固力傳給地基。常見的錨固結(jié)構(gòu)一般分為以下幾種:樁錨、重力錨、巖錨[2]、隧洞錨等,需根據(jù)現(xiàn)場具體情況確定錨碇形式。
滬昆客運(yùn)專線北盤江特大橋位于貴州西南部,橋梁正線全長726m。主橋?yàn)樯铣惺戒摻罨炷凉皹颍鳂蚬叭χ行目缍葹?45m,矢高為100m,矢跨比為1/4.45,拱軸線為懸鏈線,拱軸系數(shù)m=1.6,橋式布置見圖1。
圖1 橋式布置圖(單位:m)
本橋主拱采用斜拉扣掛法施工[3],主拱施工分2階段進(jìn)行:第1階段是勁性骨架鋼拱肋架設(shè);第2階段是勁性骨架架設(shè)完成后,進(jìn)行拱肋外包混凝土施工。主拱施工過程中,扣、錨索均參與結(jié)構(gòu)受力。
4結(jié)語
(1) 本橋在懸臂澆筑過程中,永久性支座會(huì)受一定的豎向荷載,而在計(jì)算過程中,未考慮其受力,故有利于減少臨時(shí)支座的受力。
(2) 在此計(jì)算荷載的過程中,是按最不利工況計(jì)算的,能夠滿足最大懸臂節(jié)段的抗傾覆要求,但在實(shí)際的澆筑過程中,不對(duì)稱澆筑應(yīng)不超過一罐車的混凝土重量。
(3) 精軋螺紋鋼筋在墩身和梁體內(nèi)的錨固長度不能小于1.5m,所以在施工過程中應(yīng)該嚴(yán)格控制錨固筋的下料長度。
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本橋主拱施工具有以下特點(diǎn)。
(1) 主拱施工過程中,扣、錨索索力大。
(2) 橋址兩岸地形陡峭,錨索錨碇布置受限。
(3) 兩岸邊坡巖體強(qiáng)度高,開挖難度大。
(4) 沿線環(huán)境保護(hù)、水土保持要求嚴(yán)格,設(shè)計(jì)施工應(yīng)盡量減少對(duì)環(huán)境的影響。
(5) 橋位處河谷深切,山高路險(xiǎn),交通不便,機(jī)械設(shè)備進(jìn)場困難。
1施工設(shè)計(jì)總體思路
在山區(qū)條件下,橋址兩岸一般均具有陡巖邊坡的典型地形特征,橋梁主體結(jié)構(gòu)各橋墩基礎(chǔ)之間一般具有較大落差,橋墩間邊坡一般均較為陡峭。因此,錨索錨固宜考慮盡量利用主體結(jié)構(gòu),或盡可能采用挖方量少的錨碇形式。
針對(duì)本橋主拱施工的實(shí)際情況,主拱在混凝土外包階段,斜拉扣掛體系的錨索錨固結(jié)構(gòu)布置見圖2。
圖2 錨索錨固結(jié)構(gòu)布置圖(單位:m)
2錨索錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1錨碇結(jié)構(gòu)形式選取
根據(jù)本橋兩岸橋墩基礎(chǔ)落差大,墩間邊坡陡峭的特點(diǎn),錨索錨固結(jié)構(gòu)的選取按以下原則進(jìn)行:①盡量利用主體結(jié)構(gòu),減少臨時(shí)結(jié)構(gòu)用量;②錨碇獨(dú)立設(shè)置時(shí),盡量采用開挖量小的錨碇結(jié)構(gòu)形式;③錨固結(jié)構(gòu)形式盡量考慮方便施工,對(duì)施工機(jī)械要求低。
錨碇1,9均位于陡巖邊坡上,其中錨碇1位置處坡面水平傾角約70°,錨碇9坡面水平傾角接近80°,且邊坡巖體強(qiáng)度較高,開挖施工異常困難。其余錨碇位置相對(duì)平緩,坡面水平傾角在40°~55°之間。
經(jīng)過比較,本橋錨索錨固構(gòu)造共選用3種結(jié)構(gòu)形式:①主體墩臺(tái)+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)形式,見圖3;②混凝土錨塊+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)形式,見圖4;③型鋼組合體系+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)形式[4],見圖5。
圖3 主體墩臺(tái)+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)布置圖
圖4 混凝土錨塊+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)布置圖
圖5 型鋼組合體系+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)布置圖
2.2主體墩臺(tái)+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)
錨索錨固構(gòu)造利用主體結(jié)構(gòu)墩臺(tái),在墩臺(tái)中留孔,預(yù)應(yīng)力巖錨從中穿過,后端錨固于山體,張拉后前端在墩臺(tái)表面鎖定。錨索后端錨于錨箱,通過錨箱和錨座之間的銷軸將索力傳遞給錨座,再經(jīng)由錨座預(yù)埋件傳遞給墩臺(tái),由主體墩臺(tái)和預(yù)應(yīng)力巖錨共同提供錨固力。
2.3混凝土錨塊+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)
混凝土錨塊+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)由預(yù)應(yīng)力巖錨、預(yù)埋錨筋、錨座等組成,錨座由預(yù)埋錨筋固定。錨索錨固在錨箱上,通過銷軸與錨座相連,將錨索力經(jīng)錨座傳遞給預(yù)埋錨筋,再由預(yù)埋錨筋傳遞給混凝土錨塊,最終由預(yù)應(yīng)力巖錨傳遞到山體。
2.4型鋼組合體系+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)
對(duì)于邊坡巖體強(qiáng)度較高且水平傾角較大的錨碇,采用型鋼組合體系+預(yù)應(yīng)力巖錨的結(jié)構(gòu)形式。錨碇結(jié)構(gòu)主要包括縱向、豎向預(yù)應(yīng)力巖錨和橫向、縱向鋼結(jié)構(gòu)錨固分配梁,以及鋼或混凝土抄墊等結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力巖錨與巖體持力層錨固連接,前端通過錨具與錨固分配梁錨固連接;錨固分配梁通過墊垛與巖體緊貼;墊垛接觸處巖面找平,必要時(shí)做墊層找平,確保墊垛密實(shí),且滿足承壓要求。鋼結(jié)構(gòu)錨固分配梁通過其上設(shè)置的錨座為錨索提供錨固端和傳遞錨固力,而與巖體持力層錨固連接的預(yù)應(yīng)力錨索則為錨固分配梁提供錨固反力以滿足錨索所需的錨固力。
3錨索錨固結(jié)構(gòu)施工
3.1主體墩臺(tái)+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)
主體墩臺(tái)+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)的一般施工流程是:在主體墩臺(tái)樁基施工完成后,承臺(tái)混凝土澆筑前,預(yù)埋預(yù)應(yīng)力巖錨孔道和錨索錨固預(yù)埋件等。待承臺(tái)混凝土澆筑完成后,對(duì)預(yù)應(yīng)力巖錨進(jìn)行鉆孔、放索、灌漿等工序操作,然后按照設(shè)計(jì)索力對(duì)預(yù)應(yīng)力巖錨進(jìn)行張拉。張拉完成后,再將錨索與錨固預(yù)埋件等錨固構(gòu)造相連。
3.2混凝土錨塊+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)
當(dāng)錨索錨固采用混凝土錨塊+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)時(shí),首先在錨碇設(shè)計(jì)位置施工混凝土錨塊,在混凝土錨塊混凝土澆筑之前,應(yīng)先預(yù)埋預(yù)應(yīng)力巖錨孔道和錨索錨固預(yù)埋件等。其后順序與主體墩臺(tái)+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)施工順序相同。
3.3型鋼組合體系+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)
型鋼組合體系+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)的主要施工步驟如下:巖面找平,進(jìn)行預(yù)應(yīng)力巖錨錨孔施工;安裝多對(duì)墊垛,將錨座焊接在豎向分配梁上,在墊垛間放置豎向分配梁;在每對(duì)墊垛上安裝橫向分配梁,將豎向分配梁與橫向分配梁焊接;或者將橫向分配梁與豎向分配梁焊接為整體,再將橫向分配梁焊接在每對(duì)墊垛上;在錨孔內(nèi)安裝預(yù)應(yīng)力錨索并灌漿,張拉到設(shè)計(jì)索力后鎖定,然后將背索的錨固端與錨座連接。該種錨碇結(jié)構(gòu)施工完成后實(shí)景見圖6。
圖6 型鋼組合體系+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)實(shí)景圖
4幾種錨碇結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工特點(diǎn)
本文所述的幾種適用于典型山區(qū)條件下拱橋施工的錨碇結(jié)構(gòu)形式分別具有如下特點(diǎn)。
(1) 主體墩臺(tái)+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)。永臨結(jié)合、充分利用主體結(jié)構(gòu)參與受力,可有效降低材料用量,節(jié)省造價(jià)。使用前需經(jīng)仔細(xì)檢算,并征得主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位同意。
(2) 混凝土錨塊+預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)。邊坡開挖量小,施工不需要大型施工設(shè)備輔助,施工方便,造價(jià)較低。
(3) 型鋼組合體系+預(yù)應(yīng)力巖錨。專門針對(duì)在陡峭邊坡條件下的堅(jiān)硬巖石邊坡上的錨固結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),施工前只需對(duì)錨碇所在邊坡表面進(jìn)行整平,即可進(jìn)行錨碇安裝。安拆方便快捷,鋼結(jié)構(gòu)部分可回收重復(fù)利用,對(duì)原始邊坡影響小,具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和適用性。
5結(jié)語
在山區(qū)條件下進(jìn)行大跨度拱橋施工,錨索錨固結(jié)構(gòu)形式的選取應(yīng)綜合考慮交通運(yùn)輸、不良地形地質(zhì)及施工成本風(fēng)險(xiǎn)等多方面因素,在滿足施工要求的前提下,盡可能利用主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力,以降低開挖成本和施工風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于需獨(dú)立設(shè)置的錨索錨固結(jié)構(gòu)宜遵循施工便捷、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則,盡量減少現(xiàn)場開挖爆破及圬工工程量,以達(dá)到降低施工風(fēng)險(xiǎn)和加快施工進(jìn)度的目的。
實(shí)踐證明,本文所述的錨索錨固結(jié)構(gòu)形式對(duì)于在典型山區(qū)條件下進(jìn)行大跨度拱橋主拱無支架施工具有廣泛的適用性和方便性。尤其對(duì)于在陡巖邊坡條件下進(jìn)行錨索錨固施工的情形提出了一種新型的經(jīng)濟(jì)、安全、適用、高效的錨索錨固結(jié)構(gòu)形式,可供今后類似工程借鑒。
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收稿日期:2014-10-22
DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.012