清云高速西江特大橋南側(cè)通道錨設(shè)計(jì)及施工

譚榮華

(保利長(zhǎng)大工程有限公司,廣東 廣州 510000)

1 概 況

清云高速西江特大橋采用懸索橋方案，全橋共7聯(lián)：3×(3×30 m)+2×(3×45 m)+(210 m+738 m)+(4×45 m)。主橋?yàn)檫吙?10 m(清遠(yuǎn)側(cè))+主跨738 m的雙塔雙跨吊懸索橋，矢跨比1/9。主塔采用大直徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、門框式索塔，錨碇為重力式錨碇基礎(chǔ)；主纜為預(yù)制平行鋼絲索股，平行鋼絲吊索，扁平流線型鋼箱加勁梁。西江特大橋位于西江干流，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，航道繁忙。本項(xiàng)目采用設(shè)計(jì)施工總承包模式。

主要工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

(1)公路等級(jí)：四車道高速公路(考慮交通量增長(zhǎng)、預(yù)留六車道功能)

(2)設(shè)計(jì)速度：100 km/h

(3)橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年

(4)橋面縱坡：<1.6%

(5)橋面橫坡：2%

(6)設(shè)計(jì)水位：根據(jù)廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院編制《汕(頭)湛(江)高速公路清遠(yuǎn)清新至云浮新興段工程西江大橋防洪評(píng)價(jià)報(bào)告》并經(jīng)省水利廳評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)，橋位區(qū)各頻率下的設(shè)計(jì)水位見表1。

表1 西江特大橋水位計(jì)算表

(7)主要荷載標(biāo)準(zhǔn)

①汽車荷載等級(jí)：公路-Ⅰ級(jí)；

②基本風(fēng)速：根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T D60-01-2004)附表中高要地區(qū)1/100的基本風(fēng)速為31.3 m/s；

③設(shè)計(jì)溫度：年平均溫度14～22 ℃之間，極端最高溫度45.2 ℃，極端最低溫度-9.8 ℃；

④抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：主橋E1概率50年10%，E2概率50年2.5%。抗震設(shè)防烈度為6°。

(8)通航水位：最高通航水位+17.63 m，最低通航水位0.730 m(國(guó)家85高程)；

(9)通航凈空尺度：?jiǎn)慰纂p向通航675 m×30 m(廣東省航道局批復(fù))。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)

南側(cè)錨碇位于西江南岸山上，根據(jù)鉆孔揭示的結(jié)果，覆蓋層為第四系上更新統(tǒng)沖積層粉質(zhì)粘土，下部為燕山期基巖(γ)。按其巖性及其工程特性，自上而下依次劃分為粉質(zhì)粘土、花崗巖。粉質(zhì)粘土為灰黃色，可塑，干強(qiáng)度及韌性中等，全部鉆孔揭露該層，層厚1.5～4.8 m，層頂標(biāo)高67.1～105 m。下部燕山期基巖為褐灰、深灰、淺青色，巖石質(zhì)硬，屬硬質(zhì)巖，巖石不易風(fēng)化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查和鉆孔揭露，巖性為花崗巖，巖石受風(fēng)化作用影響，發(fā)生不同程度的風(fēng)化，鉆探深度內(nèi)按巖石的風(fēng)化程度并參考現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)擊數(shù)劃分為全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化和微風(fēng)化巖四個(gè)巖帶。全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖分布厚度較厚，適宜作為錨碇基礎(chǔ)的持力層。中風(fēng)化花崗巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度在35.2～47 MPa，平均39.9 MPa，巖質(zhì)較硬，巖芯較完整，屬于硬巖。

2.2 水文地質(zhì)

場(chǎng)地地下水類型主要為第四系松散堆積層中的孔隙水和風(fēng)化巖體中的孔隙/裂隙水；下伏風(fēng)化基巖孔隙和裂隙發(fā)育，但裂面多閉合或被風(fēng)化物泥質(zhì)充填，富水性及透水性均較差，水量較貧乏。

3 南側(cè)通道錨設(shè)計(jì)

3.1 通道錨設(shè)計(jì)的提出

南側(cè)錨碇位于緩和曲線上，如按常規(guī)方案將錨碇置于橋面以下，主纜為避讓引橋，需設(shè)置約1.08°的偏角，需要將錨碇處主纜橫向外移6 m左右，對(duì)主塔受力及錨碇相關(guān)構(gòu)造產(chǎn)生不利影響，而且增加了土石方的開挖量，環(huán)保性差。為克服上述問(wèn)題，將錨碇上移至橋面以上，采用行車道從錨碇基礎(chǔ)中穿過(guò)的通道錨方案。

3.2 設(shè)計(jì)荷載

(1)最不利荷載組合下南錨碇單根主纜的最大纜力為122 589 KN。根據(jù)主纜索股的斷面布置，南錨錨固系統(tǒng)布置為28根雙股錨和14根單股錨；其中雙股錨采用5×15-7鋼絞線成品索，每根張拉力911.4 KN，單股錨采用6×15-3鋼絞線成品索，每根張拉力390.6 KN,設(shè)計(jì)考慮錨索滿足在運(yùn)營(yíng)時(shí)逐根更換的條件。

(2)錨碇基礎(chǔ)底面與基底摩擦系數(shù)μ=0.50。

3.3 通道錨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

錨碇由錨碇基礎(chǔ)、錨體和錨固系統(tǒng)三部分組成。

錨碇平面結(jié)構(gòu)尺寸為65.65 m×66.5 m，混凝土總方量為86 610.7 m3(含素混凝土換填區(qū)20 752 m3)。

錨碇基礎(chǔ)分為底板、側(cè)墻、頂板和后澆段，在滿足傳力需要的條件下，將基礎(chǔ)底板盡量做大以降低地基應(yīng)力。基礎(chǔ)頂板作為錨碇基礎(chǔ)的關(guān)鍵構(gòu)件，承擔(dān)上方錨體和支墩在各階段的荷載，受力復(fù)雜且較大，通過(guò)加強(qiáng)基礎(chǔ)頂板橫向受力主筋確保施工階段和運(yùn)營(yíng)期間的受力要求。

錨體從功能、受力、施工等方面可分為錨塊、散索鞍支墩、前錨室、后錨室等部分。散索鞍支墩主要承受由散索鞍傳遞的主纜壓力，錨塊主要承受預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)傳遞的主纜索股拉力，前錨室、散索鞍支墩與錨塊形成一個(gè)完整的空間受力結(jié)構(gòu)，前錨室由底板、側(cè)墻、頂板及前墻構(gòu)成封閉空間，對(duì)主纜索股起保護(hù)作用。

錨固系統(tǒng)采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨固系統(tǒng)；錨固方式為前錨式，錨固系統(tǒng)由索股錨固連接構(gòu)造和預(yù)應(yīng)力鋼束錨固構(gòu)造組成。索股錨固連接構(gòu)造由拉桿及其組件、連接器組成；預(yù)應(yīng)力鋼束錨固構(gòu)造由預(yù)應(yīng)力預(yù)埋管、預(yù)應(yīng)力成品索及錨具、防腐油膏、錨頭防護(hù)帽等組成。

4 南側(cè)通道錨施工

4.1 錨碇施工工藝簡(jiǎn)介

(1)南錨碇為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，C30混凝土，為防止大體積混凝土溫度裂紋的產(chǎn)生，采用分塊分層澆筑方案。

(2)基坑爆破總體開挖到位后，局部位置采用炮機(jī)鑿除、挖掘機(jī)挖除；對(duì)基坑底面進(jìn)行全面的清理，保證混凝土與基底的摩擦力。

(3)錨碇前趾需先進(jìn)行素混凝土換填施工，再施工錨碇基礎(chǔ)。

(4)依序施工錨碇每一層鋼筋(或預(yù)應(yīng)力管道、溫控元件)、模板安裝、混凝土澆注、拆模、養(yǎng)生鑿毛等，再施工下一層混凝土。

(5)主纜完成施工后，立模澆注散索室頂板混凝土。

4.2 模板工程

除倒角圓弧段采用鋼模板外，外模全部采用DP180式懸臂模板。

除前支墩外，外模模板總高2.35 m，支模一次澆注1次。模板下包混凝土0.1 m上挑至少0.15 m。模板采用木工字梁模板體系，面板為18 mm厚WISA板，豎背楞為H20木工字梁，橫背楞為雙14槽鋼。前支墩外模模板總高4.5 m，支模一次澆注4 m，模板下包混凝土0.1 m上挑至少0.15 m。

4.3 通道頂板施工

基礎(chǔ)頂板尺寸為54(59.5)×53.5×10 m，計(jì)劃分6層澆筑，中間2 m寬的后澆段，頂板后端第3～6層有部分屬于后錨室，后錨室采用鋼管腳手架施工，頂板采用盤扣式支架施工，外側(cè)采用DP180懸臂模板進(jìn)行施工。

頂板采用C30混凝土，方量共約29 029.8 m3。

頂板采用滿堂支架法施工，通道內(nèi)場(chǎng)地整平壓實(shí)后，澆筑10 cm厚C20混凝土墊層，按la∶lb∶h=60 cm∶90 cm∶100 cm間距搭設(shè)滿堂支架。鋼管支架立桿采用60×3.25 mm鋼管，材質(zhì)為Q345鋼，橫桿、斜桿采用48×3.0 mm鋼管，材質(zhì)為Q235鋼。支架底、頂分別設(shè)置底托和頂托，底托下面墊5 cm厚木板，頂托上按60 cm間距鋪12.6工字鋼，其上按30 cm間距滿鋪10 cm方木后，鋪設(shè)18 mm木膠板作為底模。

4.4 預(yù)應(yīng)力預(yù)埋管定位與安裝

預(yù)應(yīng)力預(yù)埋管隨錨塊分層澆筑，分層支撐定位、分段接長(zhǎng)的方案實(shí)施。

根據(jù)工地的起吊運(yùn)輸能力，為確保安裝精度、加快安裝速度，減少現(xiàn)場(chǎng)組拼、調(diào)正定位環(huán)節(jié)，預(yù)應(yīng)力預(yù)埋管定位架設(shè)計(jì)成可拆拼的單元件，在預(yù)制場(chǎng)制作、現(xiàn)場(chǎng)組拼吊裝。預(yù)應(yīng)力預(yù)埋管定位架分成基架、骨架和片架三個(gè)部分。

5 結(jié) 語(yǔ)

清云高速西江特大橋南側(cè)錨碇創(chuàng)新性地采用“通道錨方案”，不僅減少山體開挖，而且改善了索鞍和索塔受力。該方案打破傳統(tǒng)錨碇設(shè)計(jì)理念，將錨碇基礎(chǔ)置于路面以上，結(jié)構(gòu)形式新穎，土石方開挖量小，具有創(chuàng)新意義。