特殊地形條件下人行景觀懸索橋的設計與實踐

杜樹偉，鄭 潔，劉 濤

（1.北京中聯(lián)環(huán)工程股份有限公司，北京市 100037；2.北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京市 100037）

特殊地形條件下人行景觀懸索橋的設計與實踐

杜樹偉1，鄭 潔2，劉 濤1

（1.北京中聯(lián)環(huán)工程股份有限公司，北京市 100037；2.北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京市 100037）

某景觀橋改建工程采用一孔75m柔性懸索橋。因橋址地形及道路條件限制，大型施工機械無法進場。采用CPS巖錨體系及小直徑鋼管樁等創(chuàng)新技術措施克服困難，保證了工程的順利建成，可供類似橋梁參考借鑒。

柔性懸索橋；巖錨；小直徑鋼管樁；錨碇

1 概述

某景觀懸索橋位于一水庫旅游景區(qū)內，為跨越水面、滿足游人通行而建，橋位兩岸環(huán)境優(yōu)美、風景迷人。橋址處舊橋為一3跨鋼斜拉人行橋，舊橋跨越76 m寬水面，連接盤山路和水庫中心島。舊橋因年久失修，鋼結構銹蝕嚴重，一橋墩斷開，導致不能正常使用，存在嚴重的安全隱患。舊橋經鑒定為危橋，需封閉拆除，原址新建一景觀橋梁滿足景區(qū)的通行需要。

結合橋址現(xiàn)狀和景區(qū)風貌，經方案比選后，選定一孔75 m柔性懸索橋為實施方案。因橋址地形限制及景區(qū)山路彎窄陡峭，大型施工機械無法進入景區(qū)施工，因此在景觀橋設計過程中，采用了CPS巖錨體系及小直徑鋼管樁等技術措施克服了上述困難，保證了工程的順利建成。

2 設計特點

2.1 技術標準

景觀橋主要考慮人員通行及小型農用車通行。人行道凈寬3.5 m，人群荷載整體計算按全橋共重35 t均布荷載計算，局部構件仍按規(guī)范規(guī)定的5 kPa面荷載計算。汽車荷載考慮單輛4 t重農用車通過，前軸重1 t，后軸重3 t，不與人群荷載同時加載。

抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15 g，設計地震分組為第一組。船舶通行凈空為跨中1.5 m。風荷載取為基本風壓500 Pa。

2.2 地形地貌

擬建橋位位于水庫庫區(qū)中，東南橋塔處屬于低山山腰地段，基巖裸露，山勢在擬建橋位附近約為南北走向，地形西高東低；西北橋塔處為山間坡洪積階地，地形較為平坦。

西北橋塔擬建橋位基巖為強風化—弱風化花崗巖，4組節(jié)理面傾角均大于地形坡度，傾角最小的節(jié)理面與地形坡向基本相反，故西北橋塔底部基巖邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定；東南橋塔底部屬于碎石土邊坡，地形坡度為28°～30°，底部邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定，基礎一部分落在弱風化巖上，一部分落在坡洪積層上。

東南主纜錨固處位于中低山山腰地段，后緣為陡峭的中低山，山頂距橋臺高差約為60 m，地形坡度大于45°，根據附近工程地質調查，東南橋位存在孤石崩塌現(xiàn)象，其巖性單一，風化程度輕微，崩塌為個別孤石。

2.3 結構設計

橋梁結構形式為單跨75 m柔性懸索橋。主纜計算矢跨比為1/10.14，f=7.4 m，吊桿間距3 m，布置為4.5 m+22 m×3+4.5 m=75 m。橋面系兩端支承于橋塔。橋型總布置圖如圖1所示。

主纜橫向間距3.96m，采用雙層HDPE低應力全防腐索體，熱鍍鋅平行鋼絲，型號為PES(FD) 5-127，標準強度σb＝1 670 MPa。錨具采用成品冷鑄墩頭錨具。吊桿采用GJ15-3鋼絞線整束擠壓式拉索體系，上部采用錨具通過耳板和索夾相連，下部錨具穿過橫梁錨固于橫梁底部。

橋面系采用縱橫梁體系，吊桿連接橫梁，縱梁置于橫梁上方，主要材料采用Q345D。縱橫梁之間采用螺栓連接。橋面鋪裝為60 mm厚防腐落葉松木板，通過壓木和螺栓與縱梁連接在一起。

圖1 橋型布置圖（單位：cm）

橋面系下設置有抗風索。風纜采用成品無黏結鋼絞線。兩條風纜反向交叉形成2個斜平面內的拋物線，穿過橋塔錨固于橋塔背面。此種抗風索布置既保證了抗風穩(wěn)定性，又取得了良好的美觀效果。

橋塔采用門形框架，橫橋向全寬5.3 m，塔柱寬0.9 m，塔頂橫梁高1 m，縱橋向寬1.3 m。橋塔在橋面以上高8.85 m，在橋面以下為實心墩柱，伸出臺階支承橋面系，材料為C40混凝土。

由于大型樁基礎施工設備無法進場，橋塔基礎采用明挖擴大基礎，混凝土采用C30。西側橋塔基礎坐落于①層第四紀坡洪積層卵石—漂石上，分布厚度較均勻，本層容許承載力為300 kPa，遠大于基底應力，滿足設計要求。基底設置直徑25 mm鋼筋錨桿以增強抗滑移性能。同時通過壓漿處理基底到②層強風化—弱風化花崗巖層，以減輕基底①層泡水軟化可能引起的坍塌變形。東側橋塔基礎一部分落在弱風化巖上，一部分落在坡洪積層上，因此采用擴大基礎加復合基礎。

主纜西側錨固體系采用重力式錨碇，為一平面13 m×10 m，高4.7 m的結構，部分做成階梯形。混凝土采用C30。錨碇基礎落在①層洪積層卵石—漂石上，根據地勘報告，摩擦系數取為0.3。錨碇底部設置間距400 mm直徑25mm HRB335鋼筋錨桿。東側錨固體系采用新型壓剪式巖錨體系，型號為CPS15B-10。山體開挖一部分放置主纜與錨索連接體，外設防護罩。

3 巖錨和小直徑鋼管樁的應用

3.1 錨索體系介紹

CPS壓剪式錨索體系是基于Kelvin解答、非連續(xù)介質界面元法、整束擠壓、剪力分散等先進的分析方法和技術開發(fā)的新一代巖土錨索系統(tǒng)，在錨索的安全性、耐久性、適應性方面均有很大改進。

錨壓套、剪力棒、錨墊板與工作錨板是錨索體系的主要部分。其中，錨壓套、剪力棒是內錨固段的主要受力構件，鋼絞線的拉力通過錨壓套、剪力棒傳遞給周圍的漿體，與外錨固端的錨墊板、工作錨板一起共同作用，從而達到使被加固體穩(wěn)定和限制其變形的目的。

3.2 小直徑鋼管樁介紹

鋼管樁是鋼樁的一種，具有材料強度高、植入土層能力強、沉樁擠土影響小、接截方便等優(yōu)點，廣泛應用于碼頭、防波堤、護岸、船臺等港口基礎工程或者在橋梁工程中作為搭設輔助便橋的基礎施工。

小直徑鋼管樁一般指直徑小于250 mm的鋼管樁，目前也開始應用于采空區(qū)、城市管線密集區(qū)、受環(huán)境地形限制施工空間受限區(qū)等區(qū)域的小型橋梁的基礎設計。

3.3 東側巖錨體系

東南側主纜錨固處位于山腰地段，后緣為陡峭的中低山，地形坡度大于45°，山體巖性單一，風化程度輕微，崩塌為個別孤石。結合地形情況、施工空間和難度，決定采用新型CPS壓剪式錨索體系來錨固主纜。

主纜采用冷鑄墩頭錨具錨固于主索錨板，主索錨板通過拉桿連接錨固連接器平板，錨索錨固于錨固連接器平板。錨索錨頭設置防護罩，內充油脂，之后后澆混凝土封閉。

東側錨固系統(tǒng)施工工藝流程為:鉆孔安裝錨索→安裝錨固連接器平板→張拉錨索→安裝拉桿及主索錨板→張拉主索。巖錨構造示意如圖2所示。

圖2 巖錨構造示意圖

3.4 東側橋塔復合基礎

東側橋塔基礎一部分落在弱風化巖上，一部分落在坡洪積層上。因大型樁基施工機械無法進場，結合現(xiàn)場情況采用兩層擴大基礎加復合基礎，落在弱風化巖部分采用間距400 m直徑25 mm HRB335鋼筋錨桿加固，落在坡洪積層部分由于鉆機的限制，采用小直徑鋼管樁，樁徑130 mm，鋼管規(guī)格為130×5 mm，樁距600 mm，布置為橫橋向15排，順橋向6排，共90根。樁端嵌入弱風化巖層至少1 m，樁頂進入擴大基礎0.5 m。鋼管內灌注C30細石混凝土，鋼管底部采取鋼板封口。在第一層擴大基礎中部設置2根錨索打入山體側巖石。計算時考慮小直徑鋼管樁僅承受豎向力，水平力和彎矩由2根水平錨索承擔。東側橋塔復合基礎構造如圖3所示。

圖3 東橋塔復合基礎構造（單位：cm）

對于小直徑鋼管樁，壓桿穩(wěn)定問題較為突出。經檢算，單樁最大豎向力58.77 kN小于屈曲臨界力198.78 kN，穩(wěn)定安全系數3.4，宜小于按柱樁計算的單樁容許承載力238.92 kN，由此可見，壓桿穩(wěn)定計算不容忽視。

對于水平力和彎矩，考慮由巖錨承擔，用巖錨的抗拔水平力乘以距基底高度作為抵抗力矩。經計算需要1.75根巖錨，最終采用2根巖錨。

4 結語

（1）對于小型懸索橋，若纜索錨固處為山體地形，可以采用巖錨體系作為錨固系統(tǒng)，該方法施工簡單，受力可靠。

（2）對于施工受限的東側橋塔基礎采用擴大基礎附加巖錨和小直徑鋼管樁的復合基礎，利用鋼管樁承受豎向力，利用巖錨承受水平力和彎矩，但要注意鋼管樁的壓桿穩(wěn)定問題。

本橋因地形及施工條件限制采用巖錨和小直徑鋼管樁等措施保證了工程的順利建設，可供類似橋梁參考借鑒。橋梁建成后，充分體現(xiàn)了設計的思路，與周圍環(huán)境融為一體，已成為景區(qū)一景（見圖4）。

U442.5

B

1009-7716（2016）12-0053-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.016

2016-09-01

杜樹偉（1970-），男，山西忻州人，高級工程師，從事設計工作。