一种锚碇设计及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种锚碇设计及施工方法，利用桥梁原有永久结构桩基进行设计，通过在桥梁两侧锚碇位置增设桩基，然后在新增结构桩基与永久结构桩基顶部浇筑混凝土承台，桩基嵌入承台之中，并通过系梁将前后两个承台相连，主缆使用临时拉锁通过预埋导管穿过锚碇并锚固于后锚面，锚碇用来抵抗主缆的拉力。本发明专利技术采用永临结合群桩基础与承台的方式设置锚碇，代替常规的重力式锚碇，受力明确，施工方便、造价低廉，能够推动桥梁事业发展。能够推动桥梁事业发展。能够推动桥梁事业发展。

【技术实现步骤摘要】
一种锚碇设计及施工方法


[0001]本专利技术涉及桥梁施工
更具体地说，本专利技术涉及一种锚碇设计及施工方法。

技术介绍

[0002]悬索桥锚碇常用的有隧道式锚碇和重力式锚碇，当桥头的岸边有坚固的岩层时，主缆可通过隧道式锚碇或岩锚的方式锚固在岩石中；如果岸边没有合适的锚固岩层，则可采用重力式锚碇，重力式锚碇基础一般采用沉井或沉箱式、地下连续墙、浅埋扩大式等方式。
[0003]与前述基础相比，桩基是锚碇基础很少采用的形式，这主要是因为桩基结构相对较轻，而作用机理比较复杂，设计者对其在运营期间能否有效控制位移并无很大把握。目前，锚碇桩基的应用在国内尚无先例，不过在国外则有成功的应用，如1997年建于美国洛杉矶的文森特桥(Vincent Thomas Bridg欧2007年在加利福利亚建成的新卡圭尼兹大桥(New Carquinez Bridge)。
[0004]新卡圭尼兹大桥位于旧金山海湾，其跨度为147m+728m+181m，相应的地层为：上部为厚度15～24m的软土、松砂，下部为基岩。此外，地下水位高，地震时砂土可能会发生液化。该桥的南锚碇采用了桩基形式，如图1和图2所示。所采用的桩为直径760mm的现场灌注钢管管桩(Cast
‑
in
‑
Situ
‑
Steel Pipe Pile)共计380根，桩距为2.63倍桩径，为抵抗缆索的拉力，其中有占总数55％的桩为斜桩，斜率达1:3。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的是提供一种锚碇设计及施工方法，采用永临结合群桩基础与承台的方式设置锚碇，代替常规的重力式锚碇，受力明确，施工方便、造价低廉，能够推动桥梁事业发展。
[0006]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种锚碇设计及施工方法，利用桥梁原有永久结构桩基进行设计，通过在桥梁两侧锚碇位置增设桩基，然后在新增结构桩基与永久结构桩基顶部浇筑混凝土承台，桩基嵌入承台之中，并通过系梁将前后两个承台相连，主缆使用临时拉锁通过预埋导管穿过锚碇并锚固于后锚面，锚碇用来抵抗主缆的拉力。
[0007]优选的是，具体施工步骤包括：
[0008]步骤一：平整场地，施沉钢护筒，架设钻机，采用冲击钻、旋挖钻、回旋钻至少一种施工工艺，施工桥梁两侧新增结构锚碇桩基；
[0009]步骤二：施沉钢板桩围堰，绑扎钢筋，安装模板，安装预埋导管，浇筑系梁和承台混凝土，完成锚碇施工。
[0010]优选的是，全桥共设计4个锚碇，东岸和西岸在左右幅各设置一个，锚碇设置在桥梁投影范围内。
[0011]优选的是，新增结构桩基与永久结构桩基直径及桩长一致。
[0012]优选的是，锚碇总体受力计算如下：
[0013]一、土体侧向约束计算；
[0014]1)根据锚碇处地质情况，进行土体的水平抗力系数的比例系数m值的选取，第一种，对于一般土体，按《港口工程桩基规范》进行计算，并参考规范推荐值，m值按下式进行计算：
[0015][0016]其中，v
b
为钢桩顶水平位移量，大于10mm时，取10mm；C、为土体的粘聚力(kPa)、内摩擦角(
°
)，按照规范及地勘报告确定，对多层土，按不同土层分别取值；
[0017]第二种，对于岩石类土体，根据《建筑基坑支护技术规程》进行计算选取；
[0018]2)根据岩石强度，采用直线内插法计算岩石地基抗力系数，岩石地基抗力系数选取，为5000000kN/m4；
[0019]3)水平反力折减系数选取，根据规范中对于群桩基础水平地基反力折减系数的说明表进行选取，依据本申请锚碇的情况，承台桩受力方向间距为3.75m<3
×
1.8m＝5.4m，则其折减系数k0＝0.25；对于系梁中间两根钻孔桩由于其桩间距为11m＞6
×
1.8m＝10.8m，k0＝1.0；
[0020]4)桩基宽度计算，桩基直径为1.8m，计算宽度按如下公式：
[0021]d≧1.0m，b0＝k
f
(d+1)；d<1.0m，b0＝k
f
(1.5d+0.5)；
[0022]式中，d为桩径或垂直于水平外力作用方向桩的宽度(m)；
[0023]b0为桩的换算宽度(m)；
[0024]k
f
为桩形状换算系数，圆桩或管桩取0.9，方桩或矩形桩取1.0；
[0025]b0＝k
f
(b+1)＝0.9
×
(1.8+1)＝2.52m；
[0026]5)桩基水平抗力系数，对桩长范围内桩基础施加桩侧岩层弹性约束，桩侧弹性系数按下式计算：K＝mzb1Δ
h
；
[0027]式中，m为土体的水平抗力系数随深度增长的比例系数；
[0028]z为计算点距地面深度；
[0029]b1为同b0桩的计算宽度；
[0030]Δ
h
为计算步距，取1m；
[0031]二、计算模型，根据上述得到的具体参数，采用通用有限元midas civil 2017建立计算模型；承台混凝土采用实体单元进行模拟，钻孔桩采用杆系单元进模拟；根据上述得到的各参数，在桩底设置竖向约束，桩周按照每米深度设置一处弹性约束；荷载采用实体单元面荷载；模型共计25199个节点，20350个实体单元，420个杆系单元；
[0032]三、计算结果，施加假定的临时拉索拉力2500t，得到各钻孔桩反力、弯矩、剪力、竖向位移和桩顶水平位移。
[0033]优选的是，计算前对荷载及边界进行假定，采用有限元程序Midas Civil建立实体模型，桩长假定为20m，临时拉锁拉力2500t；荷载及模型简化如下：1)不考虑承台钢筋作用，不考虑承台基底承载和摩阻力及桩周摩阻力，仅考虑周围土对桩水平约束；2)考虑临时拉
索引起的竖向和水平荷载；3)考虑承台及桩基自重荷载。
[0034]优选的是，m值选取以《建筑基坑支护技术规程》中相关公式计算为主，并综合《港口工程桩基规范》中的参考限值；其中淤泥、粉砂、粗砂级砾砂的相关参数取值为地勘报告推荐值，其它均为规范推荐值。
[0035]优选的是，上述为实体单元计算模型，承台结构内力计算，采用杆系单元建立承台结构，桩基模拟方式与实体单元计算模型一致，计算得到桩基反力、弯矩、剪力、竖向位移和桩顶水平位移。
[0036]本专利技术至少包括以下有益效果：
[0037]1、本专利技术的锚碇设计及施工方法主要适用于悬索桥施工，是一种为自锚式悬索桥进行体系转换而设置的临时锚碇结构，亦可适用于地锚式悬索桥锚碇设计及施工。
[0038]2、本专利技术采用永临结合群桩基础与承台的方式设置锚碇，代替常规的重力式锚碇，受力明确，施工方便、造价低廉，能够推动桥梁事业发展。
[0039]3、本专利技术采用永临结构相结合的方式设置锚碇本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锚碇设计及施工方法，其特征在于，利用桥梁原有永久结构桩基进行设计，通过在桥梁两侧锚碇位置增设桩基，然后在新增结构桩基与永久结构桩基顶部浇筑混凝土承台，桩基嵌入承台之中，并通过系梁将前后两个承台相连，主缆使用临时拉锁通过预埋导管穿过锚碇并锚固于后锚面，锚碇用来抵抗主缆的拉力。2.如权利要求1所述的锚碇设计及施工方法，其特征在于，具体施工步骤包括：步骤一：平整场地，施沉钢护筒，架设钻机，采用冲击钻、旋挖钻、回旋钻至少一种施工工艺，施工桥梁两侧新增结构锚碇桩基；步骤二：施沉钢板桩围堰，绑扎钢筋，安装模板，安装预埋导管，浇筑系梁和承台混凝土，完成锚碇施工。3.如权利要求1所述的锚碇设计及施工方法，其特征在于，全桥共设计4个锚碇，东岸和西岸在左右幅各设置一个，锚碇设置在桥梁投影范围内。4.如权利要求1所述的锚碇设计及施工方法，其特征在于，新增结构桩基与永久结构桩基直径及桩长一致。5.如权利要求1所述的锚碇设计及施工方法，其特征在于，锚碇总体受力计算如下：一、土体侧向约束计算；1)根据锚碇处地质情况，进行土体的水平抗力系数的比例系数m值的选取，第一种，对于一般土体，按《港口工程桩基规范》进行计算，并参考规范推荐值，m值按下式进行计算：其中，v
b
为钢桩顶水平位移量，大于10mm时，取10mm；C、为土体的粘聚力(kPa)、内摩擦角(
°
)，按照规范及地勘报告确定，对多层土，按不同土层分别取值；第二种，对于岩石类土体，根据《建筑基坑支护技术规程》进行计算选取；2)根据岩石强度，采用直线内插法计算岩石地基抗力系数，岩石地基抗力系数选取，为5000000kN/m4；3)水平反力折减系数选取，根据规范中对于群桩基础水平地基反力折减系数的说明表进行选取，依据本申请锚碇的情况，承台桩受力方向间距为3.75m<3
×
1.8m＝5.4m，则其折减系数k0＝0.25；对于系梁中间两根钻孔桩由于其桩间距为11m＞6
×
1.8m＝10.8m，k0＝1.0；4)桩基宽度计算，桩基直径为1.8m，计算宽度按如下公式：d≧1.0m，b0＝k
f
(d+1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓峰，郭万中，陈鸣，游川，肖洒，枚龙，沈俊成，黄剑锋，
申请(专利权)人：中交第二航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：