新建南廣鐵路西江特大橋臨時錨碇設(shè)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(jī)+扣掛法”懸臂施工。一岸需要設(shè)置總荷載達(dá)128000kN的施工臨時錨碇。錨碇所在區(qū)域地形復(fù)雜、地質(zhì)條件差，經(jīng)比選采用了分散式布置方式和預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)方案。針對地質(zhì)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(yù)應(yīng)力錨索的施工。建成的臨時錨碇系統(tǒng)在本橋懸臂施工過程中錨固效果良好。

關(guān)鍵詞：橋梁施工；拱橋；錨碇；預(yù)應(yīng)力錨索

1 工程概況

西江特大橋是新建南廣鐵路的標(biāo)志性和控制性工程。大橋承載客貨共線、雙線鐵路，設(shè)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(jié)構(gòu)，總重量達(dá)180000kN。西江特大橋橋式布置見圖1。

主橋拱肋經(jīng)比選采用“纜索吊機(jī)+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(shè)一座扣塔輔助拱肋的懸臂拼裝，每拼裝一個拱肋節(jié)段即掛設(shè)并張拉相應(yīng)的扣索、錨索以平衡拱肋的懸臂力矩。跨兩岸設(shè)一臺主跨476m，額定吊重3200kN的橫移式纜索吊機(jī)作為拱肋節(jié)段的吊裝設(shè)備。總體施工方案示意見圖2。在拱肋懸臂拼裝及纜索吊機(jī)工作過程中，需要在兩岸山坡設(shè)置臨時錨碇以錨固扣塔的錨索及纜索吊機(jī)的纜索。計算表明，一岸扣塔需要的錨固力為102000kN，纜索吊機(jī)需要的錨固力為2600kN，一岸錨碇承受的拉力總和達(dá)128000kN。

地質(zhì)勘察顯示大橋地處四個褶皺五條斷裂區(qū)域，錨碇選址圍繞大橋所在區(qū)域，處于地形陡峭（山體坡度35°～55°）、錨碇區(qū)域正好位于三條斷層的相交地帶，巖層破碎、裂隙發(fā)育；覆蓋層很厚，全風(fēng)化層厚度大約為2～5m，強風(fēng)化層厚度約10m，強風(fēng)化和中風(fēng)化界限深度大致在8～10m，中風(fēng)化和微風(fēng)化界限大致在45～60m。兩岸地質(zhì)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(zhì)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(yīng)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(fēng)險；也不宜太分散，以免管理難度過大。

根據(jù)上述原則，錨碇總體布置確定如下：全橋共設(shè)置錨碇12個，一岸設(shè)扣塔錨碇4個，主要承受錨索力和扣塔后風(fēng)纜索力，單個受力為25500kN；設(shè)纜塔錨碇2個，主要承受纜索吊機(jī)主索索力和纜塔后風(fēng)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(jié)構(gòu)方案比選

參考國內(nèi)、國際上拱橋施工臨時錨碇以及懸索橋錨碇的經(jīng)驗，針對本橋錨碇的荷載規(guī)模和地質(zhì)地形條件，有重力式錨碇、隧道式錨碇和預(yù)應(yīng)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(wěn)定要求。錨碇基礎(chǔ)位于邊坡開挖后的強風(fēng)化巖層上。

（2）隧道式錨碇：在山體內(nèi)開挖一條進(jìn)入微風(fēng)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(cè)的山體提供抗力。扣塔錨索或纜索吊機(jī)纜索錨固于錨塞體中并從隧道引出，經(jīng)散索鞍轉(zhuǎn)向后接至扣塔。

（3）預(yù)應(yīng)力巖錨：利用多束預(yù)應(yīng)力錨索將錨碇體預(yù)壓在坡面上，扣塔錨索或纜索吊機(jī)的纜索連接在錨碇體上。預(yù)應(yīng)力錨索分錨固段和自由段，其中錨固段進(jìn)入微風(fēng)化巖層。

三種方案的優(yōu)缺點如表1所示。通過對安全、技術(shù)、工期、環(huán)保等方面進(jìn)行綜合比選，決定采用預(yù)應(yīng)力巖錨方案。

4 錨碇結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)受力計算，每個扣塔（纜索吊機(jī)）錨碇的錨碇體采用28（21）束斜向預(yù)應(yīng)力錨索及12束豎向預(yù)應(yīng)力錨索錨固在山體中。斜向預(yù)應(yīng)力錨索采用壓力分散型，單束配15根Φs15.2鋼絞線，預(yù)張拉力1350kN。豎向預(yù)應(yīng)力錨索采用拉力型，單束配6根Φs15.2鋼絞線，預(yù)張拉力900kN。錨索錨固段長度為10～12m，嵌入微風(fēng)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(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力錨索和固定錨固梁的精軋螺紋鋼筋在錨碇體內(nèi)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(jī)的纜索固定于錨固梁上。錨碇體構(gòu)造如圖6所示。

5 邊坡整體穩(wěn)定分析

由于錨碇區(qū)邊坡陡峭，地質(zhì)條件差，在承受如此大外荷載情況，需要對邊坡的整體穩(wěn)定進(jìn)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(wěn)定性進(jìn)行分析。巖體參數(shù)采用表2的節(jié)理面強度參數(shù)。外荷載通過預(yù)應(yīng)力錨索作用于山體內(nèi)部，在錨固段處用線力荷載模擬。結(jié)果表明在拱橋施工過程產(chǎn)生的拔拉力作用下，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.359，滿足規(guī)范要求。滑動面見圖7。

6 不良地質(zhì)條件下預(yù)應(yīng)力巖錨施工

錨碇施工順序為：施工準(zhǔn)備→錨碇基坑開挖→邊坡支護(hù)→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(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，錨索按常規(guī)方法施工時成孔相當(dāng)困難。錨碇處于斷裂帶之間、巖體破碎、風(fēng)化深程度深，鉆進(jìn)過程常出現(xiàn)中坍孔、埋鉆、卡鉆等現(xiàn)象。鉆進(jìn)過程中還出現(xiàn)透水現(xiàn)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(shè)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(dá)到20MPa～30MPa，保證巖層裂隙被水泥漿填滿。經(jīng)注漿加固后鉆進(jìn)比較順利，未再出現(xiàn)卡鉆、塌孔等現(xiàn)象。孔底滲水情況也得到很大改善，鉆進(jìn)時吹出的都是粉塵而不是原先的泥漿。

7 應(yīng)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(jī)吊裝施工期間，兩岸錨碇及周圍巖體穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計目的。監(jiān)測量結(jié)果表明：預(yù)應(yīng)力錨索受力基本均勻，最大索力波動不超過5%。

8 結(jié)束語

本橋施工中，在復(fù)雜地形、不良地質(zhì)條件成功設(shè)計和施工了單側(cè)總荷載達(dá)128000kN的臨時錨碇。采用的分散式布置方式、預(yù)應(yīng)力巖錨結(jié)構(gòu)方案以及高壓注漿加固輔佐成孔的預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝可為今后類似山區(qū)大跨度拱橋梁施工參考。

參考文獻(xiàn)

[1]周外男.云南小灣大橋纜索吊機(jī)后錨碇設(shè)計[J].橋梁建設(shè)，2002，（6）：39-42.

[2]衛(wèi)軍，等.懸索橋隧道式錨碇設(shè)計及結(jié)構(gòu)性能分析[J].城市橋梁與防洪，2005，（6）：49-53.

[3]李寧，張鵬，于沖.邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固的數(shù)值模擬方法研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)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(xué)歷：大學(xué)本科，研究方向：道路與橋梁工程。