典型山区条件下大跨度拱桥锚索锚固结构设计与施工

梁　伟　陈治任

(中铁大桥局股份有限公司设计分公司　武汉　430050)

典型山区条件下大跨度拱桥锚索锚固结构设计与施工

梁伟陈治任

(中铁大桥局股份有限公司设计分公司武汉430050)

摘要典型山区条件下进行大跨度拱桥无支架施工，一般均面临由于两岸岩壁陡峭导致锚索锚固系统设置困难的问题。文中以沪昆客专北盘江特大桥为例，介绍了典型山区条件下的锚索锚固结构设计施工思路，并对几种常见的山区锚索锚固结构的设计施工进行说明。尤其针对在陡岩边坡条件下锚索后锚固布置困难的情况，提出了一种新型的经济、安全、适用、高效的锚索锚固结构形式。

关键词典型山区大跨度拱桥锚索锚固结构设计施工

大跨度拱桥常采用斜拉扣挂法[1]进行主拱施工。主拱施工依靠由扣、锚索及其锚固系统和扣塔组成的斜拉扣挂体系辅助传力。扣索前端通过扣点与主拱节段连接，后端锚固于扣塔；锚索前段锚于扣塔，后端通过单独设置的锚固结构将锚固力传给地基。常见的锚固结构一般分为以下几种：桩锚、重力锚、岩锚[2]、隧洞锚等，需根据现场具体情况确定锚碇形式。

沪昆客运专线北盘江特大桥位于贵州西南部，桥梁正线全长726m。主桥为上承式钢筋混凝土拱桥，主桥拱圈中心跨度为445m，矢高为100m，矢跨比为1/4.45，拱轴线为悬链线，拱轴系数m=1.6，桥式布置见图1。

图1　桥式布置图(单位：m)

本桥主拱采用斜拉扣挂法施工[3]，主拱施工分2阶段进行：第1阶段是劲性骨架钢拱肋架设；第2阶段是劲性骨架架设完成后，进行拱肋外包混凝土施工。主拱施工过程中，扣、锚索均参与结构受力。

4结语

(1) 本桥在悬臂浇筑过程中，永久性支座会受一定的竖向荷载，而在计算过程中，未考虑其受力，故有利于减少临时支座的受力。

(2) 在此计算荷载的过程中，是按最不利工况计算的，能够满足最大悬臂节段的抗倾覆要求，但在实际的浇筑过程中，不对称浇筑应不超过一罐车的混凝土重量。

(3) 精轧螺纹钢筋在墩身和梁体内的锚固长度不能小于1.5m，所以在施工过程中应该严格控制锚固筋的下料长度。

参考文献

[1]李国平.预应力混凝土结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]JT60-2004公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社,2004.

[3]周水兴.向中富桥梁工程：上[M].重庆:重庆大学出版社，2001.

[4]杨纪,张琪.连续梁临时方案锚固比选[J].中国水运，2013(2):241-243.

本桥主拱施工具有以下特点。

(1) 主拱施工过程中，扣、锚索索力大。

(2) 桥址两岸地形陡峭,锚索锚碇布置受限。

(3) 两岸边坡岩体强度高，开挖难度大。

(4) 沿线环境保护、水土保持要求严格，设计施工应尽量减少对环境的影响。

(5) 桥位处河谷深切，山高路险，交通不便，机械设备进场困难。

1施工设计总体思路

在山区条件下，桥址两岸一般均具有陡岩边坡的典型地形特征，桥梁主体结构各桥墩基础之间一般具有较大落差，桥墩间边坡一般均较为陡峭。因此，锚索锚固宜考虑尽量利用主体结构，或尽可能采用挖方量少的锚碇形式。

针对本桥主拱施工的实际情况，主拱在混凝土外包阶段，斜拉扣挂体系的锚索锚固结构布置见图2。

图2　锚索锚固结构布置图(单位：m)

2锚索锚固结构设计

2.1锚碇结构形式选取

根据本桥两岸桥墩基础落差大，墩间边坡陡峭的特点，锚索锚固结构的选取按以下原则进行：①尽量利用主体结构，减少临时结构用量；②锚碇独立设置时，尽量采用开挖量小的锚碇结构形式；③锚固结构形式尽量考虑方便施工，对施工机械要求低。

锚碇1，9均位于陡岩边坡上，其中锚碇1位置处坡面水平倾角约70°，锚碇9坡面水平倾角接近80°，且边坡岩体强度较高，开挖施工异常困难。其余锚碇位置相对平缓，坡面水平倾角在40°～55°之间。

经过比较，本桥锚索锚固构造共选用3种结构形式：①主体墩台+预应力岩锚结构形式，见图3；②混凝土锚块+预应力岩锚结构形式，见图4；③型钢组合体系+预应力岩锚结构形式[4]，见图5。

图3　主体墩台+预应力岩锚结构布置图

图4　混凝土锚块+预应力岩锚结构布置图

图5　型钢组合体系+预应力岩锚结构布置图

2.2主体墩台+预应力岩锚结构

锚索锚固构造利用主体结构墩台，在墩台中留孔，预应力岩锚从中穿过，后端锚固于山体，张拉后前端在墩台表面锁定。锚索后端锚于锚箱，通过锚箱和锚座之间的销轴将索力传递给锚座，再经由锚座预埋件传递给墩台，由主体墩台和预应力岩锚共同提供锚固力。

2.3混凝土锚块+预应力岩锚结构

混凝土锚块+预应力岩锚结构由预应力岩锚、预埋锚筋、锚座等组成，锚座由预埋锚筋固定。锚索锚固在锚箱上，通过销轴与锚座相连，将锚索力经锚座传递给预埋锚筋，再由预埋锚筋传递给混凝土锚块，最终由预应力岩锚传递到山体。

2.4型钢组合体系+预应力岩锚结构

对于边坡岩体强度较高且水平倾角较大的锚碇，采用型钢组合体系+预应力岩锚的结构形式。锚碇结构主要包括纵向、竖向预应力岩锚和横向、纵向钢结构锚固分配梁，以及钢或混凝土抄垫等结构。预应力岩锚与岩体持力层锚固连接，前端通过锚具与锚固分配梁锚固连接；锚固分配梁通过垫垛与岩体紧贴；垫垛接触处岩面找平，必要时做垫层找平，确保垫垛密实，且满足承压要求。钢结构锚固分配梁通过其上设置的锚座为锚索提供锚固端和传递锚固力，而与岩体持力层锚固连接的预应力锚索则为锚固分配梁提供锚固反力以满足锚索所需的锚固力。

3锚索锚固结构施工

3.1主体墩台+预应力岩锚结构

主体墩台+预应力岩锚结构的一般施工流程是：在主体墩台桩基施工完成后，承台混凝土浇筑前，预埋预应力岩锚孔道和锚索锚固预埋件等。待承台混凝土浇筑完成后，对预应力岩锚进行钻孔、放索、灌浆等工序操作，然后按照设计索力对预应力岩锚进行张拉。张拉完成后，再将锚索与锚固预埋件等锚固构造相连。

3.2混凝土锚块+预应力岩锚结构

当锚索锚固采用混凝土锚块+预应力岩锚结构时，首先在锚碇设计位置施工混凝土锚块，在混凝土锚块混凝土浇筑之前，应先预埋预应力岩锚孔道和锚索锚固预埋件等。其后顺序与主体墩台+预应力岩锚结构施工顺序相同。

3.3型钢组合体系+预应力岩锚结构

型钢组合体系+预应力岩锚结构的主要施工步骤如下：岩面找平，进行预应力岩锚锚孔施工；安装多对垫垛，将锚座焊接在竖向分配梁上，在垫垛间放置竖向分配梁；在每对垫垛上安装横向分配梁，将竖向分配梁与横向分配梁焊接；或者将横向分配梁与竖向分配梁焊接为整体，再将横向分配梁焊接在每对垫垛上；在锚孔内安装预应力锚索并灌浆，张拉到设计索力后锁定，然后将背索的锚固端与锚座连接。该种锚碇结构施工完成后实景见图6。

图6　型钢组合体系+预应力岩锚结构实景图

4几种锚碇结构的设计施工特点

本文所述的几种适用于典型山区条件下拱桥施工的锚碇结构形式分别具有如下特点。

(1) 主体墩台+预应力岩锚结构。永临结合、充分利用主体结构参与受力，可有效降低材料用量，节省造价。使用前需经仔细检算，并征得主体结构设计单位同意。

(2) 混凝土锚块+预应力岩锚结构。边坡开挖量小，施工不需要大型施工设备辅助，施工方便，造价较低。

(3) 型钢组合体系+预应力岩锚。专门针对在陡峭边坡条件下的坚硬岩石边坡上的锚固结构进行设计，施工前只需对锚碇所在边坡表面进行整平，即可进行锚碇安装。安拆方便快捷，钢结构部分可回收重复利用，对原始边坡影响小，具有较强的经济性和适用性。

5结语

在山区条件下进行大跨度拱桥施工，锚索锚固结构形式的选取应综合考虑交通运输、不良地形地质及施工成本风险等多方面因素，在满足施工要求的前提下，尽可能利用主体结构进行受力，以降低开挖成本和施工风险。对于需独立设置的锚索锚固结构宜遵循施工便捷、安全可靠、经济合理的原则，尽量减少现场开挖爆破及圬工工程量，以达到降低施工风险和加快施工进度的目的。

实践证明，本文所述的锚索锚固结构形式对于在典型山区条件下进行大跨度拱桥主拱无支架施工具有广泛的适用性和方便性。尤其对于在陡岩边坡条件下进行锚索锚固施工的情形提出了一种新型的经济、安全、适用、高效的锚索锚固结构形式，可供今后类似工程借鉴。

[1]JTGTF50-2011公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]阎漠明，徐祯详，苏自约.岩土锚固技术手册[M].北京：人民交通出版社，2000.

[3]董传洲，冯仲仁.重庆巫山大宁河桥165t缆索吊机设计[J].交通科技，2013(1)：42-45.

[4]中铁大桥局股份有限公司.一种适用于陡岩边坡的大吨位组合锚固体系及方法：中国，201310355108[P].2013-08-14.

收稿日期：2014-10-22

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.012