悬索桥浅水区崁岩锚碇基础方案选择

朱明权

(中铁大桥局集团有限公司　武汉　430050)

悬索桥浅水区崁岩锚碇基础方案选择

朱明权

(中铁大桥局集团有限公司武汉430050)

摘要依据对国内外悬索桥锚碇基础的充分分析，结合锚碇区的工程地质和水文条件，提出设置沉箱基础、筑岛地下连续墙基础、沉井钻孔桩复合桩基础等3种方案，并对3种方案进行综合比较，选择了沉井钻孔桩复合锚碇基础形式。

关键词浅水区崁岩锚碇基础方案比选

伶仃航道桥拟采用主跨为500 m+1 620 m+500 m=2 620 m双塔3跨连续钢箱梁悬索桥。索塔为混凝土塔，高266 m，设3道横梁；加劲梁采用钢箱梁，主缆边中跨比为0.42，矢跨比为1/9.5，2主缆间距42.5 m；锚碇采用重力式地锚结构。

1自然条件

1.1　地形地貌

伶仃洋是珠江喇叭口形的河口湾，场区海面宽约22 km。桥轴线经过处河口三角洲，为珠江入海口，海底表层为河流堆积形成的巨厚淤泥层。锚碇区河床高程一般为-1.7～-6.9 m，伶仃洋主航道河床高程为-7.3～-20.1 m。

1.2　水文

伶仃洋航道桥项目区域常水位水深4～9 m，航道位置处水深约为19 m。东锚碇区域水深约5 m，西锚碇区域水深约3.5 m。

主桥海域潮汐类型属于不规则半日潮，平均潮差在0.85～1.70 m，最大潮差在2.30～3.20 m之间，最小潮差在0.04～0.13 m之间，平均潮差和潮差变化均由南向北逐渐增大。工程区域以潮为主工况下水位远较以洪为主的高，具体结果见表1。

表1　伶仃航道主桥水文条件

1.3　工程地质

锚碇区域覆盖层上部主要由海积的淤泥质土夹砂土，下部为冲积的砂土、局部圆砾土，基岩为燕山期花岗闪长岩及花岗岩,地质钻孔资料见表2。

表2　锚碇地质钻孔资料

地质呈现如下特点：①基岩面起伏较大，锚碇附近基岩顶面在100 m长度范围内高差达到10～15 m;②基岩埋深浅，强风化花岗岩顶面高程约为-40 m。

2国内外大跨悬索桥水中锚碇基础形式

悬索桥是目前跨越能力最大的一种桥型，跨度在1 000 m以上的已建桥梁大多是采用悬索桥形式。作为悬索桥的一个关键部分，锚碇的设计与施工非常重要，锚碇基础方案选择将直接影响大跨悬索桥方案的竞争力。

国内已建成的1 000 m级悬索桥有阳逻大桥、润扬大桥、西堠门大桥、南京长江四桥等锚碇基础，均为陆地上的沉井或地连墙基础，而伶仃航道桥为水深约5 m的水中锚碇，施工条件有较大差异。国外除了美国的文森特大桥、新卡圭尼兹大桥，以及日本明石海峡大桥、丹麦的大贝尔桥有水中锚碇工程实践外，国内乃至其他地区和国家还未有工程应用[1]。

新卡圭尼兹大桥( New Carquinez Bridge) 位于旧金山海湾，水深为27 m，覆盖层15～24 m。风化岩层的覆盖层是软土、松沙。其南锚碇采用桩基础形式，设计采用380 根直径0.76 m 管桩，为抵抗缆索拉力，其中 1∶3 斜桩占55% ，桩中心间距为 2.63 倍桩距。

丹麦大贝尔特大桥水中锚碇处粘土层厚20 m，其下为厚层泥灰岩，水深约 10 m。锚碇基础采用基底碎石床+沉井基础。楔形碎石垫层使得主缆拉力和锚碇恒载的合力垂直于倾斜的开挖面，然后将碎石垫层灌浆，使得其与沉井底板的接触面安全可靠。

日本明石海峡大桥水中锚碇基础采用地连墙基础。锚碇基础持力层为沙质岩层，但覆盖层厚，其地连墙基础埋深达70余m，该锚碇基础采用先填海形成人工岛，然后采用地连墙基础修筑锚碇结构。

3伶仃洋航道桥锚碇基础方案比较

3.1　锚碇基础选型

锚碇位置处覆盖层主要为淤泥质土和粉细砂层，承载力低，下覆基岩为强度高的花岗岩。为平衡主缆巨大的水平力，经结构受力计算，锚碇基础需崁入基岩。结合国内外类似锚碇基础形式和本桥水文地质，提出了沉箱设置基础、筑岛地连墙基础、沉井钻孔桩复合基础3种方案。

(1) 沉箱设置基础。沉箱总高度为45 m。外形轮廓尺寸为81.2 m×70 m。沉箱内分为42个小隔舱，单个隔舱的大小为10 m×10 m。沉箱外壁厚2.0 m，各舱壁厚1.2 m，底板厚4 m，沉箱放置在整平的中风化花岗岩层上。为减小沉箱拖运时的吃水深度，沉箱侧壁和隔舱壁采用钢壳混凝土，锚碇基础见图1。

图1　沉箱锚碇基础平、立面示意图(单位：cm)

基岩采用水下爆破的方法进行初步整平，清理碎石后，在基岩面上铺设碎石垫层形成平整的面层。

沉箱在工厂制造完成后，用拖船拖至设计位置，下沉到已整平的岩面上。沉箱部分隔舱填片石并压浆，后整体浇筑顶板形成锚碇基础，再施工锚体结构。

(2) 筑岛地下连续墙基础。地连墙基础为外径90 m、内径86 m、墙厚2.0 m的圆形地连墙，地连墙深约50 m，墙脚进入中风化基岩不小于4 m。顶、底板厚度均为5 m，顶板与锚体合为一体，底板持力层为中风化泥岩。锚碇基础见图2。

图2　地连墙锚碇基础平、立面示意图(单位：cm)

总体施工流程：插打锁口钢管桩→吹砂筑岛→陆域地基处理→封底施工导墙施工→地下连续墙成墙→基坑施工→封底施工→填心施工→顶板施工。

采用打桩船插打锁口钢管桩形成直径120 m筑岛支护，吹砂形成人工岛，堆载预压形成陆域作业环境[2]。筑岛完成后，采用冲击钻配合铣槽机施工地连墙槽段，完成后逆筑法施工，分层开挖土层，分层施工内衬。基坑开挖完成后，施工底板，在坑内填注填心，然后施做顶板。锚碇基础施工完毕后将筑岛材料清理至指定区域，并拔出外围钢管桩。

(3) 沉井钻孔桩复合基础。充分利用基岩强度高的特点，并结合强风化层厚度不大的特点，在常规沉井方案的基础上提出了沉井钻孔桩复合基础，即在沉井井壁预设钢管[3-4]，沉井下沉就位后，在预设钢管位置实施钻孔灌注桩，沉井总高度为35 m，外形轮廓尺寸为83.1 m×72.6 m。沉箱内分为56个小隔舱，单个隔舱的大小为10 m×10 m。沉井外壁厚2.0 m，各舱壁厚1.2 m，沉箱侧壁和隔舱壁采用钢壳混凝土,在沉井隔墙处布置直径4.5 m桩基，锚碇基础见图3。

图3　沉井钻孔桩复合基础平立面示意图(单位：cm)

钢沉井在工厂制造完成后，整体浮运至墩位处定位着床，进行隔仓取土下沉至设计标高[5-6]，进行沉井封底施工(封底施工仅对方形井孔进行，隔墙处预留圆孔不封)。随后在预留圆孔内进行钻孔桩施工，浇注钻孔桩水下混凝土，完成后在井孔内进行填心施工，随后进行沉井盖板施工，完成沉井基础。

3.2　3种锚碇基础综合比较

3种锚碇基础综合比较见表3。

表3　锚碇基础综合比较

设置沉箱基础可工厂化制造，整体性好，工期短，施工风险低，但开挖量大，造价高；筑岛地连墙基础工艺成熟，施工风险较小，但基本为现场作业，施工周期长。沉井钻孔桩复合基础工艺成熟，施工风险较小，造价与地连墙基础相当，但工期较短，环境影响小。综合比较推荐采用沉井钻孔桩复合基础方案。

4结语

悬索桥锚碇基础的选型不仅要考虑桥位处水文地质情况，而且与采用的施工工艺、大型施工装备选择、施工水域通航及环保等要求有紧密关系，同时选择何种锚碇基础结构形式，还决定着大桥的建设成本。本文通过研究，提出3种新锚碇基础形式，为类似工程设计提供了可借鉴的研究方向。

参考文献

[1]张志恒,梁铎.深水锚碇基础概念设计[J].内蒙古科技与经济,2013(11):101-103.

[2]王彦林，闫禹.港珠澳大桥外海人工岛快速成岛技术[J].施工技术,2012(4):47-51.

[3]张立超，陈崇林.宜万铁路宜昌长江大桥主桥承台施工围堰方案[R].第十七届全国桥梁学术会议论文集:上册,2006:467-472.

[4]刘洋.桥梁嵌岩桩受力机理及最佳嵌岩深度研究[J].交通科技,2015(1):10-12.

[5]邱琼海.铜陵公铁两用桥深水特大型沉井基础施工技术[J].铁道标准设计,2013(4):51-55.

[6]常大宝.沉井下沉施工过程中的关键技术[J].交通科技,2011(4):41-43.

Comparison of Rock-socketed Pile Anchorage Foundation

Scheme of Suspension Bridge in Shallow Water Area

ZhuMingquan

(China Railway Major Bridge Engineering Group Co., Ltd., Wuhan 430050, China)

Abstract：On the basis of full analysis for anchorage foundation of suspension bridges at home and abroad, and by combining engineering hydrogeological conditions of rock-socketed area, this thesis presents three schemes: installing caisson foundation, building island underground diaphragm wall foundation, and sunk well bored composite piles foundation, and by comparison of three kinds of schemes, sunk well bored piles composite anchorage foundation was selected.

Key words:shallow water area; rock-socketed pile anchorage foundation; scheme comparison and selection

收稿日期：2015-09-16

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.006