沉井崁巖樁復合錨碇基礎方案研究

朱明權 （中鐵大橋局集團有限公司，湖北 武漢 430050）

1 工程概況

某航道橋擬采用主跨為500m+1620m+500m=2620m雙塔三跨連續鋼箱梁懸索橋。索塔為混凝土塔，高266m，設3道橫梁；加勁梁采用鋼箱梁，主纜邊中跨比為0.42，矢跨比為1/9.5，兩主纜間距42.5m；錨碇采用重力式地錨結構。

2 錨碇區水文地質

橋位海面寬約22km，錨碇區域河床高程一般-1.7m～-6.9m，大部分區域水深約3m～5m，設計流速近1.5m/s。

錨碇位置覆蓋層上部主要由海積的淤泥質土夾砂土，下部為沖積的砂土、局部圓礫土，基巖為燕山期花崗閃長巖及花崗巖。錨碇地質鉆孔資料見表1。

錨碇地質鉆孔資料 表1

3 工程特點

①水中錨碇國內還沒有工程實踐，無可供借鑒經驗。

②錨碇位置處覆蓋層主要為淤泥質土和粉細砂層，承載力低，下覆基巖為強度高的花崗巖。

③橋位處離珠江口中華白海豚保護區較近，對環保要求高。

④工程規模大，主跨達1620m，主纜拉力大。

4 復合錨碇基礎設計

4.1 錨碇基礎形式的確定

國內已建成的千米級懸索橋有陽邏大橋、潤揚大橋、西堠門大橋、南京長江四橋等錨碇基礎，均為陸地上的沉井或地連墻基礎，無水中錨碇施工經驗。國外除了美國的文森特大橋、新卡圭尼茲大橋，以及日本明石海峽大橋、丹麥的大貝爾橋有水中錨碇工程實踐外，其它地區和國家還未有工程應用。

加利福尼亞新卡圭尼茲大橋采用打入管樁錨碇基礎，丹麥大貝爾特大橋采用沉井基礎，日本明石海峽大橋水中錨碇基礎采用筑島地連墻基礎。本橋位距中華白海豚保護區較近，對環保要求高，不易采用筑島地連墻方案；錨碇承受巨大水平力，單一樁基礎無法滿足受力；沉井基礎工藝成熟，應用較廣，但主要適用于覆蓋層施工，水中嵌巖施工難度大。

結合本橋地質條件，充分發揮沉井方案和樁基礎方案的優點，研究一種新型的沉井鉆孔嵌巖樁復合錨碇基礎。錨碇方案布置見圖1。

沉井總高度為35m，外形輪廓尺寸為83.1×72.6m。沉箱內分為56個小隔艙，單個隔艙的大小為10×10m。沉井外壁厚2.0m，各艙壁厚1.2m，沉箱側壁和隔艙壁采用鋼殼混凝土,在沉井隔墻處預留直徑4.5m孔，待沉井下沉到位后施工鉆孔樁嵌入基巖，大直徑樁基礎適應性強，適合各種土層。目前國內已具備特大直徑樁基施工能力，樁基直徑可達5m，承受水平力和豎向力的能力強。沉井作為傳力結構，傳遞錨體反力至樁基結構，減小樁基礎的自由長度。同時沉井基礎空腔內通過配重，降低樁基礎所承受的彎矩，使樁基主要承受水平力和豎向力。

4.2 錨碇基礎受力分析

因樁基礎方案受力較為復雜，建立了空間模型對基礎結構進行分析。模型中沉井部分的重量考慮由封底后的沉井自身承受。后續施工的頂蓋、錨碇及主纜力由樁基礎承受（見圖2）。

從計算結果可知，運營狀態下樁基最大應力為9.2MPa，常規水下C30混凝土可滿足強度要求。井壁最大主拉應力為1.6MPa，通過配筋可控制裂縫寬度在限值以內（見圖3～圖6）。

圖1 錨碇方案布置圖

圖2 錨碇基礎實體模型

圖3 運營階段樁基主拉應力值(MPa，正為拉，負為壓)

圖4 運營階段樁基主壓應力值(MPa，正為拉，負為壓)

5 錨碇基礎施工

5.1 總體施工方案

航道疏浚及墩位處河床清理，滿足沉井浮運吃水約7m要求，同時鋼沉井整體工廠內制造、浮運至墩位，利用重力錨定位系統進行定位。沉井精確定位后，井壁注水著床并吸泥下沉至設計深度，澆筑井壁隔艙混凝土。沉井下沉到位后，清基施工封底混凝土，使沉井形成穩定的狀態。

利用沉井作為鉆孔樁施工平臺，氣舉反循環施工沉井隔墻處鉆孔樁。沉井井孔填芯，與樁成為整體。施工沉井頂板，完成錨碇基礎施工。

圖5 運營階段沉井主拉應力值(MPa，正為拉，負為壓)

5.2 總體施工流程

鋼沉井制作→鋼沉井浮運、定位→鋼沉井著床、灌注井壁內混凝土→沉井吸泥下沉→沉井清基封底→鉆孔樁施工→沉井井孔填芯→沉井頂板施工。

5.3 主要施工步驟圖（見圖7～圖10）

5.4 投入主要大型機械設備

單個錨碇基礎施工主要大型機械設備如表2。

5.5 總工期及節點工期計劃（見表3）

圖6 運營階段沉井主壓應力值(MPa，正為拉，負為壓)

圖7 墩位處河床清理、航道疏浚圖

圖8 鋼沉井定位、吸泥下沉圖

表2

6 結 語

圖9 沉井封底，施工鉆孔樁

圖10 填芯、施工沉井頂板。

國內沉井和大直徑鉆孔樁在計算理論和施工方法均有較豐富的經驗，沉井樁基復合錨碇充分發揮沉井方案和樁基礎方案的優點，結構受力明確，施工工藝成熟，解決了淺水區嵌巖錨碇技術難題，為類似工程設計提供了一個可借鑒的研究方向。

表3

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