典型山區條件下大跨度拱橋錨索錨固結構設計與施工

梁　偉　陳治任

(中鐵大橋局股份有限公司設計分公司　武漢　430050)

典型山區條件下大跨度拱橋錨索錨固結構設計與施工

梁偉陳治任

(中鐵大橋局股份有限公司設計分公司武漢430050)

摘要典型山區條件下進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致錨索錨固系統設置困難的問題。文中以滬昆客專北盤江特大橋為例，介紹了典型山區條件下的錨索錨固結構設計施工思路，并對幾種常見的山區錨索錨固結構的設計施工進行說明。尤其針對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濟、安全、適用、高效的錨索錨固結構形式。

關鍵詞典型山區大跨度拱橋錨索錨固結構設計施工

大跨度拱橋常采用斜拉扣掛法[1]進行主拱施工。主拱施工依靠由扣、錨索及其錨固系統和扣塔組成的斜拉扣掛體系輔助傳力。扣索前端通過扣點與主拱節段連接，后端錨固于扣塔；錨索前段錨于扣塔，后端通過單獨設置的錨固結構將錨固力傳給地基。常見的錨固結構一般分為以下幾種：樁錨、重力錨、巖錨[2]、隧洞錨等，需根據現場具體情況確定錨碇形式。

滬昆客運專線北盤江特大橋位于貴州西南部，橋梁正線全長726m。主橋為上承式鋼筋混凝土拱橋，主橋拱圈中心跨度為445m，矢高為100m，矢跨比為1/4.45，拱軸線為懸鏈線，拱軸系數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階段進行：第1階段是勁性骨架鋼拱肋架設；第2階段是勁性骨架架設完成后，進行拱肋外包混凝土施工。主拱施工過程中，扣、錨索均參與結構受力。

4結語

(1) 本橋在懸臂澆筑過程中，永久性支座會受一定的豎向荷載，而在計算過程中，未考慮其受力，故有利于減少臨時支座的受力。

(2) 在此計算荷載的過程中，是按最不利工況計算的，能夠滿足最大懸臂節段的抗傾覆要求，但在實際的澆筑過程中，不對稱澆筑應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的錨固長度不能小于1.5m，所以在施工過程中應該嚴格控制錨固筋的下料長度。

參考文獻

[1]李國平.預應力混凝土結構設計原理[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]JT60-2004公路橋涵設計通用規范[S].北京：人民交通出版社,2004.

[3]周水興.向中富橋梁工程：上[M].重慶:重慶大學出版社，2001.

[4]楊紀,張琪.連續梁臨時方案錨固比選[J].中國水運，2013(2):241-243.

本橋主拱施工具有以下特點。

(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) 兩岸邊坡巖體強度高，開挖難度大。

(4) 沿線環境保護、水土保持要求嚴格，設計施工應盡量減少對環境的影響。

(5) 橋位處河谷深切，山高路險，交通不便，機械設備進場困難。

1施工設計總體思路

在山區條件下，橋址兩岸一般均具有陡巖邊坡的典型地形特征，橋梁主體結構各橋墩基礎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構，或盡可能采用挖方量少的錨碇形式。

針對本橋主拱施工的實際情況，主拱在混凝土外包階段，斜拉扣掛體系的錨索錨固結構布置見圖2。

圖2　錨索錨固結構布置圖(單位：m)

2錨索錨固結構設計

2.1錨碇結構形式選取

根據本橋兩岸橋墩基礎落差大，墩間邊坡陡峭的特點，錨索錨固結構的選取按以下原則進行：①盡量利用主體結構，減少臨時結構用量；②錨碇獨立設置時，盡量采用開挖量小的錨碇結構形式；③錨固結構形式盡量考慮方便施工，對施工機械要求低。

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°，且邊坡巖體強度較高，開挖施工異常困難。其余錨碇位置相對平緩，坡面水平傾角在40°～55°之間。

經過比較，本橋錨索錨固構造共選用3種結構形式：①主體墩臺+預應力巖錨結構形式，見圖3；②混凝土錨塊+預應力巖錨結構形式，見圖4；③型鋼組合體系+預應力巖錨結構形式[4]，見圖5。

圖3　主體墩臺+預應力巖錨結構布置圖

圖4　混凝土錨塊+預應力巖錨結構布置圖

圖5　型鋼組合體系+預應力巖錨結構布置圖

2.2主體墩臺+預應力巖錨結構

錨索錨固構造利用主體結構墩臺，在墩臺中留孔，預應力巖錨從中穿過，后端錨固于山體，張拉后前端在墩臺表面鎖定。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，再經由錨座預埋件傳遞給墩臺，由主體墩臺和預應力巖錨共同提供錨固力。

2.3混凝土錨塊+預應力巖錨結構

混凝土錨塊+預應力巖錨結構由預應力巖錨、預埋錨筋、錨座等組成，錨座由預埋錨筋固定。錨索錨固在錨箱上，通過銷軸與錨座相連，將錨索力經錨座傳遞給預埋錨筋，再由預埋錨筋傳遞給混凝土錨塊，最終由預應力巖錨傳遞到山體。

2.4型鋼組合體系+預應力巖錨結構

對于邊坡巖體強度較高且水平傾角較大的錨碇，采用型鋼組合體系+預應力巖錨的結構形式。錨碇結構主要包括縱向、豎向預應力巖錨和橫向、縱向鋼結構錨固分配梁，以及鋼或混凝土抄墊等結構。預應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，必要時做墊層找平，確保墊垛密實，且滿足承壓要求。鋼結構錨固分配梁通過其上設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應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錨索錨固結構施工

3.1主體墩臺+預應力巖錨結構

主體墩臺+預應力巖錨結構的一般施工流程是：在主體墩臺樁基施工完成后，承臺混凝土澆筑前，預埋預應力巖錨孔道和錨索錨固預埋件等。待承臺混凝土澆筑完成后，對預應力巖錨進行鉆孔、放索、灌漿等工序操作，然后按照設計索力對預應力巖錨進行張拉。張拉完成后，再將錨索與錨固預埋件等錨固構造相連。

3.2混凝土錨塊+預應力巖錨結構

當錨索錨固采用混凝土錨塊+預應力巖錨結構時，首先在錨碇設計位置施工混凝土錨塊，在混凝土錨塊混凝土澆筑之前，應先預埋預應力巖錨孔道和錨索錨固預埋件等。其后順序與主體墩臺+預應力巖錨結構施工順序相同。

3.3型鋼組合體系+預應力巖錨結構

型鋼組合體系+預應力巖錨結構的主要施工步驟如下：巖面找平，進行預應力巖錨錨孔施工；安裝多對墊垛，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墊垛上；在錨孔內安裝預應力錨索并灌漿，張拉到設計索力后鎖定，然后將背索的錨固端與錨座連接。該種錨碇結構施工完成后實景見圖6。

圖6　型鋼組合體系+預應力巖錨結構實景圖

4幾種錨碇結構的設計施工特點

本文所述的幾種適用于典型山區條件下拱橋施工的錨碇結構形式分別具有如下特點。

(1) 主體墩臺+預應力巖錨結構。永臨結合、充分利用主體結構參與受力，可有效降低材料用量，節省造價。使用前需經仔細檢算，并征得主體結構設計單位同意。

(2) 混凝土錨塊+預應力巖錨結構。邊坡開挖量小，施工不需要大型施工設備輔助，施工方便，造價較低。

(3) 型鋼組合體系+預應力巖錨。專門針對在陡峭邊坡條件下的堅硬巖石邊坡上的錨固結構進行設計，施工前只需對錨碇所在邊坡表面進行整平，即可進行錨碇安裝。安拆方便快捷，鋼結構部分可回收重復利用，對原始邊坡影響小，具有較強的經濟性和適用性。

5結語

在山區條件下進行大跨度拱橋施工，錨索錨固結構形式的選取應綜合考慮交通運輸、不良地形地質及施工成本風險等多方面因素，在滿足施工要求的前提下，盡可能利用主體結構進行受力，以降低開挖成本和施工風險。對于需獨立設置的錨索錨固結構宜遵循施工便捷、安全可靠、經濟合理的原則，盡量減少現場開挖爆破及圬工工程量，以達到降低施工風險和加快施工進度的目的。

實踐證明，本文所述的錨索錨固結構形式對于在典型山區條件下進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。尤其對于在陡巖邊坡條件下進行錨索錨固施工的情形提出了一種新型的經濟、安全、適用、高效的錨索錨固結構形式，可供今后類似工程借鑒。

[1]JTGTF50-2011公路橋涵施工技術規范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]閻漠明，徐禎詳，蘇自約.巖土錨固技術手冊[M].北京：人民交通出版社，2000.

[3]董傳洲，馮仲仁.重慶巫山大寧河橋165t纜索吊機設計[J].交通科技，2013(1)：42-45.

[4]中鐵大橋局股份有限公司.一種適用于陡巖邊坡的大噸位組合錨固體系及方法：中國，201310355108[P].2013-08-14.

收稿日期：2014-10-22

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.012