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榻B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(chǎng)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(zhǎng)726m。主橋?yàn)樯铣惺戒摻罨炷凉皹?，主橋拱圈中心跨度?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(zhǎng)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(zhǎng)度。

參考文獻(xiàn)

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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(chǎng)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(chǎng)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