伶仃洋东航道悬索桥方案锚碇设计与施工技术探讨.docx

伶仃洋东航道悬索桥方案锚碇设计与施工技术探讨●王锋君浙江大学土木系道桥研究室(杭州,310000)【摘要】以伶仃洋东航道桥方案设计为工程背景,提出了一套适宜于伶仃洋东航道工程地质条件的锚碇设计方案,并进行了设计验算,对其施工技术与方法亦作了详尽的探讨。关键词伶仃洋东航道悬索桥锚碇设计施工技术1方案概况伶仃东航道桥地处内伶仃岛与香港屯门烂角嘴之间,在约2500m范围内,水深8m～28m,地质条件较好,基岩为花岗岩,上覆盖砂质淤泥或风化残积土,厚度3m～10m左右。设计要求通航净高65m,净宽至少1400m。就当前桥梁的发展来看,如此大跨度的桥型采用悬索桥几乎是公认的。在参加该桥“工可”方案比选的5个桥型设计方案中,除其中一个为三跨斜拉———悬索组合体系外,其余4个均为三跨连续钢箱梁悬索桥。除分跨有区别外,其上部结构体系基本相同,就连锚碇也不约而同地采用了丹麦大贝尔特桥的设计型式。但不同之处在于锚碇基础和尺寸差别较大。现将各设计方案中锚碇部分汇总如表1。表1伶仃东航道桥复选方案———锚碇部分汇总的竖向压应力不应超过地基土的容许压应力,即不会出现地基下沉和转动(倾倒);(3)局部应力计算(根据锚碇型式、主缆与锚块的联结形式不同而异)。由于悬索桥锚碇的重要性,50年代以前,大跨悬索桥锚碇一般都是设置在岩层或坚硬持力层上,其设计准则就是:锚碇在荷载作用下不会发生沉降、滑移及转动。60年代特别是有了美国维拉扎诺桥锚碇的设计经验后,人们对悬索桥锚碇的认识提高了。1997年,丹麦大贝尔特桥(大带桥,主跨1624m)建成通车,其锚碇新颖的设计型式引起了人们的注意。其将锚碇分解为几个单元,包含一个三角形构架(主缆锚固于其顶点)和一个竖直的墩柱身以支承引桥桥跨。整个结构看起来受力明确,并且是一种空实结合的形式,除可显著降低造价之外,也使得其与大跨悬索桥其余的柔细构件形成了一种比较适宜的对比,使整个悬索桥取得更加完美的和谐与协调。3锚碇设计计算通过对表1比较及结合伶仃东航道地质情况,作者认为,对于沉井基础,普遍都是结构庞大,有的又要求嵌入岩层,其在井孔中挖掘基岩,施工难度极大;而由于此处水深不过10m左右,采用双壁钢围堰基础,可以在到达岩面后堵填刃脚,将堰内的水抽干,扩大施工空间,并对基岩进行处理,然后在空气中灌注泵送(由专用船供应)混凝土,以保证质量。当基岩面不平时,让围堰刃脚采用单壁(加纵向肋条)嵌入岩层,也较易应付。为此,设计一套锚碇方案如图1所示。锚碇基础由一矩形钢围堰(后腿)和两个圆形钢围堰(前腿)组成,并通过两道纵向杆和一横向杆将其连成一个整体。分跨(m)锚碇尺寸(m)(长×宽×高)编号锚碇基础型式整体式沉井钢壳沉井双壁钢围堰半预制钢壳组合沉井沉井72×54×2714118×57×3236×54×251438+1436+4382420+1460+4203540+1440+5404435+1430+435319+1400+319(组合体系)90×60×30545×4612×312锚碇设计原则锚碇作为悬索桥主要承载结构之一,其主要作用是承受主缆的拉力,并将其传给地基。主缆作用于锚碇上的力可以分为水平分力和竖向分力。锚碇的设计计算主要考虑以下几个方面:(1)锚碇在主缆拉力的水平分力作用下,不应滑移;(2)在主缆拉力的竖向分力和锚碇自重力等的作用下,在其基底面任意一点3原稿收稿日期:1999209203华东公路2000年第2期——40图1伶仃东航道锚碇方案总体设计示意最大缆力水平分力H是用于锚碇设计的一个主V2=161250sin62125°=142700kN所受水平分力为H2=161250cos62125°=75100kN则每一后腿对锚块产生的拉力为T1/2=271850kN后腿每一锚块所受竖向上拔力为V1=271850sin45°=192200kN所受水平分力为要因素。在承受水平力这一点上,悬索桥的锚碇同拱桥的桥台的任务一样。即不使发生水平位移,因为一旦发生,全桥都将变形。应严加防止,这是很重要的。其与拱桥桥台不同之处,那就是拱的推力是向下压,而大缆力是向上拉;为抵抗缆力的上拔分力,锚碇需要有很大的重量。按缆在该处(如有散索鞍,那么则是在鞍处)的斜率,竖向上拔力H·tanα。式中α是大缆切线同水平线夹角。以分跨540+1440+540(m)为例,两缆索缆力水平分量经计算约为H=534600kN。311大缆力(水平分力H)作用下,锚碇人字形构造所受作用力计算在缆力作用下,锚碇结构计算图式见图2。其中,缆力f,缆力水平分量H,竖向分量V=Htanα;人字形构造的后腿所受拉力为T1,前腿所受压力为T2,各角度如图2所示。由鞍座前后水平力相等为原则,可得到T1=543700kN,T2=322500kN则每一前腿所受压力为T2/2=161250kN每一