新建南廣鐵路西江特大橋臨時錨碇設計與施工

摘 要：新建南廣鐵路西江特大橋為主跨450m的中承式鋼箱提籃拱橋，采用“纜索吊機+扣掛法”懸臂施工。一岸需要設置總荷載達128000kN的施工臨時錨碇。錨碇所在區域地形復雜、地質條件差，經比選采用了分散式布置方式和預應力巖錨結構方案。針對地質破碎的情況，采用高壓注漿加固輔佐成孔工藝等順利完成了預應力錨索的施工。建成的臨時錨碇系統在本橋懸臂施工過程中錨固效果良好。

關鍵詞：橋梁施工；拱橋；錨碇；預應力錨索

1 工程概況

西江特大橋是新建南廣鐵路的標志性和控制性工程。大橋承載客貨共線、雙線鐵路，設計行車速度250km/h；全長618.3m，主跨為450m的中承式鋼箱提籃拱橋。其中拱肋為鋼箱結構，總重量達180000kN。西江特大橋橋式布置見圖1。

主橋拱肋經比選采用“纜索吊機+扣掛法”懸臂拼裝，跨中合龍的總體施工方案。在兩岸拱座上各設一座扣塔輔助拱肋的懸臂拼裝，每拼裝一個拱肋節段即掛設并張拉相應的扣索、錨索以平衡拱肋的懸臂力矩。跨兩岸設一臺主跨476m，額定吊重3200kN的橫移式纜索吊機作為拱肋節段的吊裝設備。總體施工方案示意見圖2。在拱肋懸臂拼裝及纜索吊機工作過程中，需要在兩岸山坡設置臨時錨碇以錨固扣塔的錨索及纜索吊機的纜索。計算表明，一岸扣塔需要的錨固力為102000kN，纜索吊機需要的錨固力為2600kN，一岸錨碇承受的拉力總和達128000kN。

地質勘察顯示大橋地處四個褶皺五條斷裂區域，錨碇選址圍繞大橋所在區域，處于地形陡峭（山體坡度35°～55°）、錨碇區域正好位于三條斷層的相交地帶，巖層破碎、裂隙發育；覆蓋層很厚，全風化層厚度大約為2～5m，強風化層厚度約10m，強風化和中風化界限深度大致在8～10m，中風化和微風化界限大致在45～60m。兩岸地質剖面如圖3、圖4所示。

2 錨碇總體布置

針對本橋地形陡、地質差、錨碇荷載大等特點，錨碇布置需遵循以下原則：（1）使錨索上、下游角度基本對稱，使扣塔以受壓為主，盡可能避免受彎扭。（2）順應山勢、確定合適的位置，盡可能減少開挖并注意與新建上山便道的互相影響（見圖7）。（3）錨碇既不能布置得太集中，以降低風險；也不宜太分散，以免管理難度過大。

根據上述原則，錨碇總體布置確定如下：全橋共設置錨碇12個，一岸設扣塔錨碇4個，主要承受錨索力和扣塔后風纜索力，單個受力為25500kN；設纜塔錨碇2個，主要承受纜索吊機主索索力和纜塔后風纜索力，單個錨碇受力為13000kN。錨碇布置如圖2及圖8所示。

3 錨碇結構方案比選

參考國內、國際上拱橋施工臨時錨碇以及懸索橋錨碇的經驗，針對本橋錨碇的荷載規模和地質地形條件，有重力式錨碇、隧道式錨碇和預應力巖錨三種可能的錨碇方案，如圖5所示。

（1）重力式錨碇：利用錨碇的自重及與地基的摩擦力來平衡斜向拔力。錨碇需滿足抗滑移、抗傾覆、抗上拔穩定要求。錨碇基礎位于邊坡開挖后的強風化巖層上。

（2）隧道式錨碇：在山體內開挖一條進入微風化巖層的隧道，然后在隧道末端澆筑一個混凝土錨塞體，利用錨塞體前側的山體提供抗力。扣塔錨索或纜索吊機纜索錨固于錨塞體中并從隧道引出，經散索鞍轉向后接至扣塔。

（3）預應力巖錨：利用多束預應力錨索將錨碇體預壓在坡面上，扣塔錨索或纜索吊機的纜索連接在錨碇體上。預應力錨索分錨固段和自由段，其中錨固段進入微風化巖層。

三種方案的優缺點如表1所示。通過對安全、技術、工期、環保等方面進行綜合比選，決定采用預應力巖錨方案。

4 錨碇結構設計

根據受力計算，每個扣塔（纜索吊機）錨碇的錨碇體采用28（21）束斜向預應力錨索及12束豎向預應力錨索錨固在山體中。斜向預應力錨索采用壓力分散型，單束配15根Φs15.2鋼絞線，預張拉力1350kN。豎向預應力錨索采用拉力型，單束配6根Φs15.2鋼絞線，預張拉力900kN。錨索錨固段長度為10～12m，嵌入微風化巖層，自由段長度為20～60m。如圖5所示。

錨碇體采用實體鋼筋混凝土結構，預應力錨索和固定錨固梁的精軋螺紋鋼筋在錨碇體內交錯錨固，可充分利用混凝土的受壓能力來傳遞荷載。錨索或纜索吊機的纜索固定于錨固梁上。錨碇體構造如圖6所示。

5 邊坡整體穩定分析

由于錨碇區邊坡陡峭，地質條件差，在承受如此大外荷載情況，需要對邊坡的整體穩定進行分析和評價，以確保施工安全。采用畢肖普法對錨碇處邊坡整體穩定性進行分析。巖體參數采用表2的節理面強度參數。外荷載通過預應力錨索作用于山體內部，在錨固段處用線力荷載模擬。結果表明在拱橋施工過程產生的拔拉力作用下，邊坡穩定安全系數為1.359，滿足規范要求。滑動面見圖7。

6 不良地質條件下預應力巖錨施工

錨碇施工順序為：施工準備→錨碇基坑開挖→邊坡支護→修坡找平→錨索施工（鉆孔、錨索制安及注漿）→地基加固→混凝土錨碇體施工→錨索施工（張拉）→驗收。

本橋錨碇區地質條件復雜，錨索按常規方法施工時成孔相當困難。錨碇處于斷裂帶之間、巖體破碎、風化深程度深，鉆進過程常出現中坍孔、埋鉆、卡鉆等現象。鉆進過程中還出現透水現象，加上巖石中的夾泥，形成泥漿，造成糊鉆，無法成孔。

后針對上述情況，采取先高壓注水泥漿加固破碎地層的方法，增強地層整體性。每相鄰兩個錨索孔中間上方設置一個注漿孔，孔徑為120mm，孔深比錨索孔深4m，注漿水灰比為1：1，持壓時水灰比采用0.7：1。注漿壓力達到20MPa～30MPa，保證巖層裂隙被水泥漿填滿。經注漿加固后鉆進比較順利，未再出現卡鉆、塌孔等現象。孔底滲水情況也得到很大改善，鉆進時吹出的都是粉塵而不是原先的泥漿。

7 應用效果

本橋臨時錨碇按上述方案于2010年建造完成，實施照片如圖8所示。2011年11月，新建南廣鐵路西江特大橋主拱順利合龍。主拱懸臂拼裝及纜索吊機吊裝施工期間，兩岸錨碇及周圍巖體穩定，達到了設計目的。監測量結果表明：預應力錨索受力基本均勻，最大索力波動不超過5%。

8 結束語

本橋施工中，在復雜地形、不良地質條件成功設計和施工了單側總荷載達128000kN的臨時錨碇。采用的分散式布置方式、預應力巖錨結構方案以及高壓注漿加固輔佐成孔的預應力錨索施工工藝可為今后類似山區大跨度拱橋梁施工參考。

參考文獻

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[3]李寧，張鵬，于沖.邊坡預應力錨索加固的數值模擬方法研究[J].巖石力學與工程學報，2007，26（2）：254-261.

作者簡介：王令俠（1983，5-），男，漢族，籍貫：四川廣漢，職稱：工程師，學歷：大學本科，研究方向：道路與橋梁工程。