錨樁在較大不平衡土壓力圍堰施工中的應用

摘要：鸚鵡洲長江大橋為3塔4跨懸索橋結構，主跨跨徑為225m+850m+850m+225m。大橋跨漢陽江灘進入長江，于武昌造船廠鲇魚套附近上武昌岸。3#塔位于武昌江岸坡腳，河床不平整，靠上游側覆蓋層淺，由于河床高差較大，在上游側河床高差達7m。因此圍堰采用截面抵抗能力較強的鎖口鋼管樁圍堰進行施工。同時在圍堰上游設置兩根錨樁，錨樁樁徑2.8m，入巖10m，以便確保整個圍堰的穩定性。錨樁的設置通過理論的計算與現場的實際達到了預期的目的，為今后圍堰施工在遇到較大不平衡土壓力的情況下設置錨樁能夠提供一些具有可借鑒價值的經驗。

關鍵詞：橋梁 圍堰 錨樁

1 工程概況

鸚鵡洲長江大橋位于武漢市中心城區，是《武漢市城市總體規劃（2010～2020年）》中明確的過長江通道。橋址距下游長江大橋約2.0km，距上游規劃楊泗港過江通道約3.2Km，距白沙洲大橋6.3km。本橋北接漢陽的鸚鵡大道，南連武昌的復興路。鸚鵡洲長江大橋為3塔4跨懸索橋結構，主跨跨徑為225m+850m+850m+

225m。大橋跨漢陽江灘進入長江，于武昌造船廠鲇魚套附近上武昌岸。其中在3塔4跨懸索橋此類橋型中本橋跨度為世界首創。3#主塔設計采用啞鈴形承臺，承臺平面外形尺寸為59m×21m，承臺頂標高+12m，承臺底標高+6m，承臺厚6.0m。由于本橋3#塔位于武昌江岸坡腳，河床不平整，靠上游側覆蓋層淺，由于河床高差較大，在上游側河床高差達7m。故在圍堰上游設置兩根錨樁，錨樁樁徑2.8m，入巖10m，以便確保圍堰的穩定性。

2 主要施工方案介紹

2.1 錨樁施工

錨樁采用直徑為φ2.8m鉆孔樁，樁長30m，樁頂標高為19m、樁底標高為-11m，其中入巖10m。錨樁鋼筋籠主筋直徑為φ36mm共56根均勻布置，保護層為80mm，錨樁強度等級為C30。其具體的施工方法為插打φ3.0m長度為20m的鋼護筒，使鋼護筒插打至巖面；鉆孔采用沖擊鉆進行成孔，混凝土澆筑采用垂直導管法進行水下混凝土澆筑。

2.2 圍堰施工

圍堰設置三層圈梁及內支撐：底層圈梁采用2H700×300型鋼，內支撐采用Φ820*14mm鋼管，斜向支撐采用Φ630*8mm鋼管，共重約191t，第一次下放中心標高+12.0m，最終下放至中心標高+6.5m；中層圈梁采用2H900×300型鋼，內支撐采用Φ820*14mm鋼管，斜向支撐采用Φ630*8mm鋼管，共重約222t，中心標高+13m；頂層圈梁采用2H588×300型鋼，內支撐采用Φ630*8mm鋼管，共重約124.9t，中心標高+20m；中層與頂層圈梁之間設置Φ325*6mm鋼管連接系，共重約25.4t。圍堰管樁采用鎖口鋼管樁，主管采用Φ820*14mm鋼管，管樁間采用陰陽鎖口形式。

2.3 圍堰體系轉換

圍堰上游武昌側設置兩根錨樁，錨樁間距7m，下游側錨樁距墩中心線16m，兩錨樁連線距墩中心線20.2m。在錨樁上設置拉桿，將圍堰內設置錨梁，錨樁和錨鏈通過拉桿連接，拉桿兩端采用銷軸連接。在圍堰合攏后進行圍堰內抽水，通過拉桿把圍堰的不平衡土壓力傳遞至錨樁上，使得整個圍堰處于平衡狀態。從而完成了整個圍堰的體系轉換。

3 錨樁結構分析

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圍堰與錨樁整體模型圖

通過MIDAS對整個圍堰進行的建模分析得出錨樁需承受最大彎矩為14299.3KN·m，承受最大剪力為1402kN。

3.1 錨樁配筋計算

根據上述計算結果，錨樁最大受力為：14299.3kN.m，水平力1402.8kN，按此荷載檢算樁基受力是否滿足要求。

錨樁直徑φ2800mm，主筋采用HRB335，混凝土采用C30。主筋采用56φ36mm，保護層80mm。

樁的抗彎強度檢算，由前面計算得到在最大彎矩處不考慮樁與土的摩擦情況下，受壓區高度系數為：

μ=■=0.0093，b=μ■=0.0093×■=0.189

將b代入α=■（1.25b+■）

解得α=0.252<0.625，取αt=1.25-2α=0.746

M≤■α1fcAr■+fyAsrs■

=18657kN·m>1.2×14299.3=17159.2kN·m

滿足要求。

3.2 錨樁入巖深度計算

近似考慮巖面處水平剪力Q作用所引起的彎矩的影響（樁底不考慮抵抗彎矩），對于圓形樁，

h≥■

式中：

K——根據巖層構造的水平方向巖石容許壓力換算系數，一般采用K=0.5~1.0；

R——巖石試塊單軸抗壓極限強度kPa；

d、h——樁底嵌入部分的直徑和樁或管柱底嵌入深度，均以m計。

h≥■=■

可以得出，當h≥1.8m時，嵌固深度滿足要求。

3.3 樁側土壓力計算

根據計算結果，土彈簧最大反力為292.3KN，如下圖所示：

樁側土所承受壓力：σ=■=■

a——每根土彈簧作用范圍內土體高度(m)；

b——樁的作用范圍(m)。

b=0.9×（2.8+1）=3.42m

σ=292.3/（3.42×1）=85.5kPa，滿足要求

4 結束語

武漢鸚鵡洲長江大橋3塔4跨懸索橋結構是一座不同尋常的懸索橋在此類橋型中本橋跨度為世界首創，同時3#塔承臺圍堰在河床上高差達7m在國內已建成的橋梁中實屬罕見。施工中沒有成功經驗可借鑒，施工難度大。本套施工方案是完全根據本橋的具體結構特點，結合理論計算，并通過現場的實踐與結果檢查達到了預期的目的，為今后圍堰施工在遇到較大不平衡土壓力的情況下設置錨樁能夠提供一些具有可借鑒價值的經驗。