懸索橋淺水區崁巖錨碇基礎方案選擇

朱明權

(中鐵大橋局集團有限公司　武漢　430050)

懸索橋淺水區崁巖錨碇基礎方案選擇

朱明權

(中鐵大橋局集團有限公司武漢430050)

摘要依據對國內外懸索橋錨碇基礎的充分分析，結合錨碇區的工程地質和水文條件，提出設置沉箱基礎、筑島地下連續墻基礎、沉井鉆孔樁復合樁基礎等3種方案，并對3種方案進行綜合比較，選擇了沉井鉆孔樁復合錨碇基礎形式。

關鍵詞淺水區崁巖錨碇基礎方案比選

伶仃航道橋擬采用主跨為500 m+1 620 m+500 m=2 620 m雙塔3跨連續鋼箱梁懸索橋。索塔為混凝土塔，高266 m，設3道橫梁；加勁梁采用鋼箱梁，主纜邊中跨比為0.42，矢跨比為1/9.5，2主纜間距42.5 m；錨碇采用重力式地錨結構。

1自然條件

1.1　地形地貌

伶仃洋是珠江喇叭口形的河口灣，場區海面寬約22 km。橋軸線經過處河口三角洲，為珠江入海口，海底表層為河流堆積形成的巨厚淤泥層。錨碇區河床高程一般為-1.7～-6.9 m，伶仃洋主航道河床高程為-7.3～-20.1 m。

1.2　水文

伶仃洋航道橋項目區域常水位水深4～9 m，航道位置處水深約為19 m。東錨碇區域水深約5 m，西錨碇區域水深約3.5 m。

主橋海域潮汐類型屬于不規則半日潮，平均潮差在0.85～1.70 m，最大潮差在2.30～3.20 m之間，最小潮差在0.04～0.13 m之間，平均潮差和潮差變化均由南向北逐漸增大。工程區域以潮為主工況下水位遠較以洪為主的高，具體結果見表1。

表1　伶仃航道主橋水文條件

1.3　工程地質

錨碇區域覆蓋層上部主要由海積的淤泥質土夾砂土，下部為沖積的砂土、局部圓礫土，基巖為燕山期花崗閃長巖及花崗巖,地質鉆孔資料見表2。

表2　錨碇地質鉆孔資料

地質呈現如下特點：①基巖面起伏較大，錨碇附近基巖頂面在100 m長度范圍內高差達到10～15 m;②基巖埋深淺，強風化花崗巖頂面高程約為-40 m。

2國內外大跨懸索橋水中錨碇基礎形式

懸索橋是目前跨越能力最大的一種橋型，跨度在1 000 m以上的已建橋梁大多是采用懸索橋形式。作為懸索橋的一個關鍵部分，錨碇的設計與施工非常重要，錨碇基礎方案選擇將直接影響大跨懸索橋方案的競爭力。

國內已建成的1 000 m級懸索橋有陽邏大橋、潤揚大橋、西堠門大橋、南京長江四橋等錨碇基礎，均為陸地上的沉井或地連墻基礎，而伶仃航道橋為水深約5 m的水中錨碇，施工條件有較大差異。國外除了美國的文森特大橋、新卡圭尼茲大橋，以及日本明石海峽大橋、丹麥的大貝爾橋有水中錨碇工程實踐外，國內乃至其他地區和國家還未有工程應用[1]。

新卡圭尼茲大橋( New Carquinez Bridge) 位于舊金山海灣，水深為27 m，覆蓋層15～24 m。風化巖層的覆蓋層是軟土、松沙。其南錨碇采用樁基礎形式，設計采用380 根直徑0.76 m 管樁，為抵抗纜索拉力，其中 1∶3 斜樁占55% ，樁中心間距為 2.63 倍樁距。

丹麥大貝爾特大橋水中錨碇處粘土層厚20 m，其下為厚層泥灰巖，水深約 10 m。錨碇基礎采用基底碎石床+沉井基礎。楔形碎石墊層使得主纜拉力和錨碇恒載的合力垂直于傾斜的開挖面，然后將碎石墊層灌漿，使得其與沉井底板的接觸面安全可靠。

日本明石海峽大橋水中錨碇基礎采用地連墻基礎。錨碇基礎持力層為沙質巖層，但覆蓋層厚，其地連墻基礎埋深達70余m，該錨碇基礎采用先填海形成人工島，然后采用地連墻基礎修筑錨碇結構。

3伶仃洋航道橋錨碇基礎方案比較

3.1　錨碇基礎選型

錨碇位置處覆蓋層主要為淤泥質土和粉細砂層，承載力低，下覆基巖為強度高的花崗巖。為平衡主纜巨大的水平力，經結構受力計算，錨碇基礎需崁入基巖。結合國內外類似錨碇基礎形式和本橋水文地質，提出了沉箱設置基礎、筑島地連墻基礎、沉井鉆孔樁復合基礎3種方案。

(1) 沉箱設置基礎。沉箱總高度為45 m。外形輪廓尺寸為81.2 m×70 m。沉箱內分為42個小隔艙，單個隔艙的大小為10 m×10 m。沉箱外壁厚2.0 m，各艙壁厚1.2 m，底板厚4 m，沉箱放置在整平的中風化花崗巖層上。為減小沉箱拖運時的吃水深度，沉箱側壁和隔艙壁采用鋼殼混凝土，錨碇基礎見圖1。

圖1　沉箱錨碇基礎平、立面示意圖(單位：cm)

基巖采用水下爆破的方法進行初步整平，清理碎石后，在基巖面上鋪設碎石墊層形成平整的面層。

沉箱在工廠制造完成后，用拖船拖至設計位置，下沉到已整平的巖面上。沉箱部分隔艙填片石并壓漿，后整體澆筑頂板形成錨碇基礎，再施工錨體結構。

(2) 筑島地下連續墻基礎。地連墻基礎為外徑90 m、內徑86 m、墻厚2.0 m的圓形地連墻，地連墻深約50 m，墻腳進入中風化基巖不小于4 m。頂、底板厚度均為5 m，頂板與錨體合為一體，底板持力層為中風化泥巖。錨碇基礎見圖2。

圖2　地連墻錨碇基礎平、立面示意圖(單位：cm)

總體施工流程：插打鎖口鋼管樁→吹砂筑島→陸域地基處理→封底施工導墻施工→地下連續墻成墻→基坑施工→封底施工→填心施工→頂板施工。

采用打樁船插打鎖口鋼管樁形成直徑120 m筑島支護，吹砂形成人工島，堆載預壓形成陸域作業環境[2]。筑島完成后，采用沖擊鉆配合銑槽機施工地連墻槽段，完成后逆筑法施工，分層開挖土層，分層施工內襯。基坑開挖完成后，施工底板，在坑內填注填心，然后施做頂板。錨碇基礎施工完畢后將筑島材料清理至指定區域，并拔出外圍鋼管樁。

(3) 沉井鉆孔樁復合基礎。充分利用基巖強度高的特點，并結合強風化層厚度不大的特點，在常規沉井方案的基礎上提出了沉井鉆孔樁復合基礎，即在沉井井壁預設鋼管[3-4]，沉井下沉就位后，在預設鋼管位置實施鉆孔灌注樁，沉井總高度為35 m，外形輪廓尺寸為83.1 m×72.6 m。沉箱內分為56個小隔艙，單個隔艙的大小為10 m×10 m。沉井外壁厚2.0 m，各艙壁厚1.2 m，沉箱側壁和隔艙壁采用鋼殼混凝土,在沉井隔墻處布置直徑4.5 m樁基，錨碇基礎見圖3。

圖3　沉井鉆孔樁復合基礎平立面示意圖(單位：cm)

鋼沉井在工廠制造完成后，整體浮運至墩位處定位著床，進行隔倉取土下沉至設計標高[5-6]，進行沉井封底施工(封底施工僅對方形井孔進行，隔墻處預留圓孔不封)。隨后在預留圓孔內進行鉆孔樁施工，澆注鉆孔樁水下混凝土，完成后在井孔內進行填心施工，隨后進行沉井蓋板施工，完成沉井基礎。

3.2　3種錨碇基礎綜合比較

3種錨碇基礎綜合比較見表3。

表3　錨碇基礎綜合比較

設置沉箱基礎可工廠化制造，整體性好，工期短，施工風險低，但開挖量大，造價高；筑島地連墻基礎工藝成熟，施工風險較小，但基本為現場作業，施工周期長。沉井鉆孔樁復合基礎工藝成熟，施工風險較小，造價與地連墻基礎相當，但工期較短，環境影響小。綜合比較推薦采用沉井鉆孔樁復合基礎方案。

4結語

懸索橋錨碇基礎的選型不僅要考慮橋位處水文地質情況，而且與采用的施工工藝、大型施工裝備選擇、施工水域通航及環保等要求有緊密關系，同時選擇何種錨碇基礎結構形式，還決定著大橋的建設成本。本文通過研究，提出3種新錨碇基礎形式，為類似工程設計提供了可借鑒的研究方向。

參考文獻

[1]張志恒,梁鐸.深水錨碇基礎概念設計[J].內蒙古科技與經濟,2013(11):101-103.

[2]王彥林，閆禹.港珠澳大橋外海人工島快速成島技術[J].施工技術,2012(4):47-51.

[3]張立超，陳崇林.宜萬鐵路宜昌長江大橋主橋承臺施工圍堰方案[R].第十七屆全國橋梁學術會議論文集:上冊,2006:467-472.

[4]劉洋.橋梁嵌巖樁受力機理及最佳嵌巖深度研究[J].交通科技,2015(1):10-12.

[5]邱瓊海.銅陵公鐵兩用橋深水特大型沉井基礎施工技術[J].鐵道標準設計,2013(4):51-55.

[6]常大寶.沉井下沉施工過程中的關鍵技術[J].交通科技,2011(4):41-43.

Comparison of Rock-socketed Pile Anchorage Foundation

Scheme of Suspension Bridge in Shallow Water Area

ZhuMingquan

(China Railway Major Bridge Engineering Group Co., Ltd., Wuhan 430050, China)

Abstract：On the basis of full analysis for anchorage foundation of suspension bridges at home and abroad, and by combining engineering hydrogeological conditions of rock-socketed area, this thesis presents three schemes: installing caisson foundation, building island underground diaphragm wall foundation, and sunk well bored composite piles foundation, and by comparison of three kinds of schemes, sunk well bored piles composite anchorage foundation was selected.

Key words:shallow water area; rock-socketed pile anchorage foundation; scheme comparison and selection

收稿日期：2015-09-16

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.006