中国市政工程
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重庆长江鹅公岩大桥东隧道式锚碇
卢永成
$上海市政工程设计研究院"上海+’’’1+%
摘要&重庆长江鹅公岩大桥东锚碇采用隧道式锚碇"是我国第一座建造在泥质砂岩和砂质泥岩互层分布的软质岩地质条件下的大跨径悬索桥隧道式锚碇!该文介绍隧道式锚碇的设计与施工!
关键词!悬索桥锚碇隧道式
!工程概况
重庆长江鹅公岩大桥工程是重庆城市道路快速系统中的东西干道!大桥正桥全长!"#$%"正桥采用悬索桥桥型"主跨径&’’%!悬索桥东侧锚碇位于鹰嘴岩斜坡上"地质条件为砂岩#泥岩互层!具有建造隧道式锚碇$受力性能好#投资省%的地形#地质条件!
大桥东岸岸坡上部为上陡下缓的阶状山脊地貌"砂岩多呈陡崖或陡坎"泥岩形成缓坡!上段平均坡角(’!)&’!"中段平均坡角#’!)*’!"下段平均坡角!(!)+’!!坡顶为巨厚层砂岩形成的陡崖"平均形态颇似一巨鹰嘴部!西北侧为高+’)*’%的绝壁"南西侧为高$)!’%的悬岩!岩层倾向!,’!"倾角,!!
隧道围岩类别&中风化粉砂质泥岩及泥质粉砂岩!类’中风化长石石英砂岩"类!围岩坚固系数&中风化粉砂质泥岩及泥质粉砂岩-./*)"’中风化长石石英砂岩-./()&!岩体主要力学参数见表
岩体种类泥岩砂岩
表!岩体主要力学参数
泊桑比#
2
34567
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抗压强度
34567&)0#*9
9:*"9:#(
悬索桥的锚碇常采用重力式锚碇和隧道式锚碇
"种形式!
重力式锚碇适应在各种地质条件下建造"因此应用最为广泛!国内#外大多数悬索桥"如&日本的明石海峡大桥#香港的青马大桥#我国的江阴长江大桥及虎门大桥等均采用重力式锚碇!
当锚碇处的地形#地质等自然条件较好时"隧道式锚碇结构应是首选方案!如&美国的乔治(华盛顿大桥#旧金山奥克兰海湾大桥#英国的福斯大桥和日本的下津井濑户大桥等悬索桥及我国的丰都长江大桥的全部或一侧锚碇均采用隧道式锚碇!从表+可见"悬索桥的隧道式锚碇基础大多建造在良好的基岩中!重庆长江鹅公岩大桥是我国第一座在软质岩上建造隧道式锚碇的大跨径悬索桥!
表"国内外部分悬索桥隧道式锚碇资料
重庆长江
鹅公岩大桥
跨径
英国福斯桥
美国华盛顿桥
#!$
0!
"国内外悬索桥锚碇资料
广东虎门大桥$初设方案%
重庆丰都长江大桥
日本下津井濑户
大桥
3%7
主缆拉力3.=7水平夹角$!%地质条件
#00;&’’;+
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泥质砂岩与砂质泥岩互层前断面&1:(#09:(尾断面&0+:(#0*:(
长&"+
"’$:(;
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南岸&页岩与砂岩互层"
北岸&粗玄岩南岸前断面&圆形直径,:&+尾断面&09:&,#0*:,+长&,&:$
北岸前断面&&:0#0+:+尾断面&0+:$#0+:+长&(*:$
南岸&&$:1北岸&&9:0南岸&*$:"北岸&+&:1锚体带槽"槽长&%
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长石石英砂岩
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闪绿岩"花岗岩
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"’"’
玄武岩
石英砂岩和
砂质泥岩前断面&1:9#09:9尾断面&0*:9#0":9
长&(*
锚体尺寸
3%7
周边围岩平均剪应力
$.=?%+%锚体最大埋深3%7
备注
断面&0":+#0,:0
长&"(:,断面&,:9#$:9长&09:9
前断面&&:,#09:1(尾断面&0":,#0*:1(
长&,,:+
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尾部带锥体>另设锚桩
01**&:(
锚体处岩面极为粗糙
,&:,"*:*
未实施
+((
山体下
10
山体下
锚体为橄榄式大齿尾部带橄榄式锥体
!隧道式锚碇的设计
设计根据长江东岸鹰嘴岩的地形!地貌特征及地质条件"对大桥东锚碇进行重力式锚碇与隧道式锚碇两种方案的技术可行性!经济性及工期的分析比较#隧道式锚碇以工程量小!造价低$约省!"##万
元%&工期能满足工程进度要求等特点"被推荐采用#
!"#结构设计
大桥东隧道式锚碇分长江上&下游两个独立结构"锚碇结构全长$%&"主要由散索鞍墩&锚室&锚体等三部分组成$图!%#
!"$%$锚体
锚体是锚碇与山体的连接体"是悬索桥重要的锚固结构"为确保锚碇结构的可靠与安全"必须将锚体埋置在比较完整的山体中#大量的地质勘探结果表明"鹰嘴岩近山坡处岩体风化严重"由于长期临空产生较多卸荷裂隙"部分断裂处岩体风化严重"强度很低#从山体表面至岩体深处依次为强风化带&中风化带&中微风化带#设计避开了强风化岩及存在卸荷裂隙的山体部位#将锚体设置在岩体稳定&强度高&完整性好的中微风化带#
锚体总长’%&"采用矩形截面"截面尺寸$("&!
设计时"曾考虑在锚体周围设置许多齿槽以提高锚体与围岩间的抗剪切能力#但由于岩体中存在裂隙"虽经人工修凿"仍不能形成规则齿槽#因此"改成在每个锚体底面设*根!!%("&&桩长为"&的挖孔桩’在锚洞开挖时"清除岩面松散体"保持岩面粗糙"以增加锚体抗剪能力#
锚体中设预应力锚固系统#本桥每根主缆缆力约为!)####+,#主缆经过散索鞍后分成!!#根索股在锚室中呈放射形散开"在前锚面"主缆索股与锚体中的预应力锚固系统连接起来#为检验锚固系统的可靠性"施工前对其进行静力及动力疲劳试验#
锚体尾段设置一个竖井"是预应力锚固系统操作通道"同时也增加了锚洞开挖作业面#预应力锚固系统施工结束"在竖井内回填素混凝土#
锚体围岩采用锚杆"喷射混凝土支护#为使锚体混凝土与围岩密贴"预埋压浆管进行压注水泥浆$水灰比!!#()"%处理#施工后统计(上游锚体用水泥
!#("&"顶部为圆弧形$图%%#锚体尾部长!%&"截面呈楔形放大至!%("&!!)("&"每侧锚体体积"###&)#
%#-"下游锚体用水泥!*-#!"$"&锚室
锚室的主要作用是给主缆索分散锚固提供足够的构造布置与施工操作空间#
锚室尺寸为.&!’("&#$("&!!#("&"长"#&"
为
钢筋混凝土结构!
锚室采用复合衬砌结构!第!层为初期支护"其作用是#保护进洞施工人员安全和避免局部产生过大的下沉"防止围岩松动!初期支护结构采用锚杆!喷射混凝土与围岩紧密结合"使锚室周边围岩形成一个复合承载结构以控制围岩变形!喷射混凝土厚
浆砌块石排水沟"将地面水引出锚碇区!
3&为阻止锚碇区东%北侧地势较高区地下水沿
裂隙流入锚碇区"采用钻孔%注浆%设置阻水隔离帷幕等措施"封闭岩体中的裂隙"防止岩体分化!
&隧道式锚碇的施工
隧道式锚洞开挖采取上下台阶两次爆破分段开挖!上台阶先行"待分段掘进初次支护’锚杆4喷射混凝土&完成"进行下台阶的开挖!锚体尾部上下游两个竖井同时开挖"以加快锚洞开挖的速度!由于锚洞周壁有裂隙水渗出"为防止底部积水造成岩体浸水软化"除及时排水外"另预留’#+$岩体保护层"在浇筑底部封闭混凝土前突击开挖!
鹅公岩大桥东隧道式锚碇采用新奥法施工方法!即在锚洞被开挖后"立即用锚杆与喷射混凝土及围岩结合"形成一个受力合理的支撑结构!新奥法的特点是不需满堂支撑"施工障碍少"空间大"功效快!具体要求做到#早封闭"及时对开挖围岩进行锚喷封闭$勤排水"及时排除积水防止围岩分化$少搅动"设置爆破保护层"控制爆破振动速度$勤检测"对施工全过程进行监测"及时掌握动态"并采取相应对策!
东锚碇主要施工流程为#
锚洞%竖井开挖(安装锚杆%挂钢筋网%喷射混凝土(锚室衬砌施工(安装锚体劲性钢支架(安装锚体预应力管道%钢筋等(分层%分块浇筑锚体大体积混凝土(锚体四周注浆加固(张拉锚体预应力(准备安装主缆索股!
东隧道锚洞采用爆破方式开挖!为了防止爆破振动导致锚洞围岩松动"确保围岩的稳定性"施工监测工作尤为必要!通过/个阶段的爆破监测与分析研究"得到了爆破振动速度与围岩松动区范围的经验关系"从而确定爆破施工参数!在施工中采取光面爆破方式"增加减振孔%放炮分段数%控制总药量与最大用药量等有效措施"降低爆破作用的累积效应对围岩的搅动!实验段第’阶段与后期施工监测阶段测得爆破振动速度均小于/(#+$56"保证了锚碇与围岩的牢靠锚固!
锚体为大体积混凝土结构!采用分段浇筑"混凝土中设置冷却水管散热!施工缝中设齿槽"并对混凝土表面凿毛处理"以确保水平缝的抗剪能力!锚体内设劲性钢结构骨架以利锚体中锚固系统的定位并可加强锚体结构!
锚室混凝土衬砌的施工缝%沉降缝等是很容易发生渗漏水的薄弱部位"采取在施工缝中设!#$$厚钢板止水"沉降缝设双层止水带等构造措施"并要
!"#$$"挂!!%&!"#$$钢筋网!锚杆直径!!’’"一般长度’("$"间距#(%)!(’$!个别围岩裂隙发育区
段"采用钢拱架支撑!
初期支护完成后进行第’层钢筋混凝土衬砌施工"衬砌厚度*#+$!其作用一是维持一个永久和稳定的结构"防止结构变形造成的围岩松动$二是既承受围岩中的水压力"又封闭防水"防止主缆索受潮腐蚀!
锚室衬砌每隔,(")!!$左右设断缝"断缝中设金属止水板或双层橡胶止水带!锚室中设除湿系统"控制空气湿度"防止主缆与锚固连接系统腐蚀!
!"#"!散索鞍墩
散索鞍墩为钢筋混凝土结构"主要承受散索鞍的反力!由于上%下游墩位处地形%岩面变化大"因此"上游墩采用桩基础$下游墩采用天然直接基础"基础嵌入新鲜基岩!
!"$设计计算与专题研究
东锚碇建造在砂岩与泥岩中"且泥岩的分布范围较大"在国内是第一次"国外也极少见"可供借鉴的设计与施工经验很少!锚碇是悬索桥的重要部位"为确保结构的安全可靠与经济性"并为隧道式锚碇的建造积累经验"通过对实桥锚碇进行了多方案的三维有限元塑性数值模拟分析及现场缩尺模拟等科学试验与专题研究分析"取得了锚碇设计与施工的重要分析数据!
计算分析结果#设计荷载下总体稳定安全度-.
/$设计满足基本烈度*"的抗震设防要求$边坡稳定安全度-0!(11!!%!山体保护措施
为防止东隧道锚碇区山体与路面来水长期下渗"造成锚碇区岩体遇水风化"物理力学性能下降"影响锚碇结构的可靠锚固与安全"对锚碇区山体与路面结构作如下处理#
!&对锚碇区引道路基开挖后"及时用%+$厚2’#素混凝土封闭基底!
’&对锚碇区山体表面采用锚杆喷射混凝土封
闭!有裂隙水渗出部位设置导管"将水引入排水沟!
/&在道路两侧及山体坡面等过’积&水部位设置
求加强止水钢板与止水带的安装质量及混凝土的施工质量$
锚室衬砌混凝土分!次浇筑#先浇筑侧墙#再浇筑拱顶#最后浇筑底板$所有接缝都按止水施工缝要求处理#防止渗水$施工完成后#对部分墙面与接缝处的局部渗水现象#采用渗透型涂料处理#取得了较好的止水效果$
#结语
鹅公岩大桥于,"""年初建成通车$因地制宜建造的鹅公岩大桥东隧道式锚碇#经济效益远好于重力式锚碇$
经定期监测#东锚碇位移量小于(==$各测点位移值无明显变化#锚体的上下洞周围围岩呈稳定态势$参考文献
’钱冬生#陈仁福7大跨悬索桥的设计与施工7成都’西南交通大学出版社#’&&&
"主要材料数量
东锚碇主要材料数量见表!$
表!主要材料数量表
混凝土!=!"
钢筋>?@
钢绞线>?A
钢材>?A
(B.55&.5’,B’&5
!收到修改稿日期"!""##"##$$$
!上接第!"页"
价#并对总造价起到了一定的控制作用$计算机
路中电流%电压损失$与此相配套的613+%3734285*-42埋地式变压器的运用#使原先需.座有碍观瞻的常规变压器#改设一座中压变电站#减少了用地#开阔了视野#起到了通透的景观效果$
#$%绘图辅助软件的开发运用#达到了部分设计绘
图功能自动化技术要求#提高了设计质量和准确率#设计周期缩短$使高架路外形线条流畅%内在质量安全%可靠$
’!"上海展览中心前的高架路段#开发研制了卧
式箱形侧面照明灯具#布置在道路中央分隔带上#安装高度正好位于驾驶员视野范围内#灯具配光合理%眩光较小#竣工后实测道路最低照度&*,9:#道路纵向照度均匀度几乎为($小车行驶诱导性%舒适度极好$高架桥两侧结构底边线内镶嵌特别研制的蓝色光带型泛光照明#给城市中心地带夜色增添了美景$
&"别具匠心的桥面平%侧向组合排水口和大管
径排水管设计#经受住了特大暴雨考验&集吸声%隔声%观景%保洁为一体的新颖声屏障&防结构混凝土碳化%增加城市美观的新型外墙涂料&简洁%安全的高架绿化带&不易损坏的防眩板&轻盈%别致的高架灯杆%灯光设计等#均为首创设计和运用#给桥梁结构%城市之景增添了光彩$
(-"卧式箱形侧面灯具和蓝光带泛光照明灯源#均选用国际先进节能型;.灯管#配置专用电子镇流
器#灯源寿命理论值达(""""
’""按照城市规划#结合工程建设#对全线雨水
管!合流管"进行了改造#将地区排水标准提高至
()频率及"*+径流系数$填补了市区环线内最后一
个排水系统空白区&调整%优化原规划设计#将(根
!结语
延安路高架中段工程对改善中心城区交通路况起到了积极的作用$另外#作为城市标志性建筑#在完成其必要功能之外#注重道路线形%桥梁线形%结构造型%附属设备配置的设计#对体现国际大都市形象和环境建设具有重大意义$
!收到修改稿日期"!""##!"##$$
!!"""雨水管改为,根!!,-""%!!(./"管#同时
对施工工艺进行改进#既满足了排水需求#又使工程得以实施$
(("首次在大型市政工程建设中应用012#加
筋管新材料#取得了良好效果#并积累了经验$
(,"首次引进法国3*342中压输电系统新技术#替代国内常用的交流!+52配电系统#减小了输电线
M(NOPQRRS"T#.23+-"M(NUROV
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