清云高速西江特大桥南侧通道锚设计及施工

谭荣华

(保利长大工程有限公司,广东 广州 510000)

1 概 况

清云高速西江特大桥采用悬索桥方案，全桥共7联：3×(3×30 m)+2×(3×45 m)+(210 m+738 m)+(4×45 m)。主桥为边跨210 m(清远侧)+主跨738 m的双塔双跨吊悬索桥，矢跨比1/9。主塔采用大直径钻孔灌注桩基础、门框式索塔，锚碇为重力式锚碇基础；主缆为预制平行钢丝索股，平行钢丝吊索，扁平流线型钢箱加劲梁。西江特大桥位于西江干流，水文地质条件复杂，航道繁忙。本项目采用设计施工总承包模式。

主要工程技术标准：

(1)公路等级：四车道高速公路(考虑交通量增长、预留六车道功能)

(2)设计速度：100 km/h

(3)桥梁设计基准期：100年

(4)桥面纵坡：<1.6%

(5)桥面横坡：2%

(6)设计水位：根据广东省水利电力勘测设计研究院编制《汕(头)湛(江)高速公路清远清新至云浮新兴段工程西江大桥防洪评价报告》并经省水利厅评审通过，桥位区各频率下的设计水位见表1。

表1 西江特大桥水位计算表

(7)主要荷载标准

①汽车荷载等级：公路-Ⅰ级；

②基本风速：根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T D60-01-2004)附表中高要地区1/100的基本风速为31.3 m/s；

③设计温度：年平均温度14～22 ℃之间，极端最高温度45.2 ℃，极端最低温度-9.8 ℃；

④抗震设防标准：主桥E1概率50年10%，E2概率50年2.5%。抗震设防烈度为6°。

(8)通航水位：最高通航水位+17.63 m，最低通航水位0.730 m(国家85高程)；

(9)通航净空尺度：单孔双向通航675 m×30 m(广东省航道局批复)。

2 工程地质条件

2.1 工程地质

南侧锚碇位于西江南岸山上，根据钻孔揭示的结果，覆盖层为第四系上更新统冲积层粉质粘土，下部为燕山期基岩(γ)。按其岩性及其工程特性，自上而下依次划分为粉质粘土、花岗岩。粉质粘土为灰黄色，可塑，干强度及韧性中等，全部钻孔揭露该层，层厚1.5～4.8 m，层顶标高67.1～105 m。下部燕山期基岩为褐灰、深灰、浅青色，岩石质硬，属硬质岩，岩石不易风化。根据现场工程地质调查和钻孔揭露，岩性为花岗岩，岩石受风化作用影响，发生不同程度的风化，钻探深度内按岩石的风化程度并参考现场标贯试验击数划分为全风化岩、强风化岩、中风化和微风化岩四个岩带。全风化岩、强风化岩分布厚度较厚，适宜作为锚碇基础的持力层。中风化花岗岩饱和单轴抗压强度在35.2～47 MPa，平均39.9 MPa，岩质较硬，岩芯较完整，属于硬岩。

2.2 水文地质

场地地下水类型主要为第四系松散堆积层中的孔隙水和风化岩体中的孔隙/裂隙水；下伏风化基岩孔隙和裂隙发育，但裂面多闭合或被风化物泥质充填，富水性及透水性均较差，水量较贫乏。

3 南侧通道锚设计

3.1 通道锚设计的提出

南侧锚碇位于缓和曲线上，如按常规方案将锚碇置于桥面以下，主缆为避让引桥，需设置约1.08°的偏角，需要将锚碇处主缆横向外移6 m左右，对主塔受力及锚碇相关构造产生不利影响，而且增加了土石方的开挖量，环保性差。为克服上述问题，将锚碇上移至桥面以上，采用行车道从锚碇基础中穿过的通道锚方案。

3.2 设计荷载

(1)最不利荷载组合下南锚碇单根主缆的最大缆力为122 589 KN。根据主缆索股的断面布置，南锚锚固系统布置为28根双股锚和14根单股锚；其中双股锚采用5×15-7钢绞线成品索，每根张拉力911.4 KN，单股锚采用6×15-3钢绞线成品索，每根张拉力390.6 KN,设计考虑锚索满足在运营时逐根更换的条件。

(2)锚碇基础底面与基底摩擦系数μ=0.50。

3.3 通道锚结构设计

锚碇由锚碇基础、锚体和锚固系统三部分组成。

锚碇平面结构尺寸为65.65 m×66.5 m，混凝土总方量为86 610.7 m3(含素混凝土换填区20 752 m3)。

锚碇基础分为底板、侧墙、顶板和后浇段，在满足传力需要的条件下，将基础底板尽量做大以降低地基应力。基础顶板作为锚碇基础的关键构件，承担上方锚体和支墩在各阶段的荷载，受力复杂且较大，通过加强基础顶板横向受力主筋确保施工阶段和运营期间的受力要求。

锚体从功能、受力、施工等方面可分为锚块、散索鞍支墩、前锚室、后锚室等部分。散索鞍支墩主要承受由散索鞍传递的主缆压力，锚块主要承受预应力锚固系统传递的主缆索股拉力，前锚室、散索鞍支墩与锚块形成一个完整的空间受力结构，前锚室由底板、侧墙、顶板及前墙构成封闭空间，对主缆索股起保护作用。

锚固系统采用预应力钢绞线锚固系统；锚固方式为前锚式，锚固系统由索股锚固连接构造和预应力钢束锚固构造组成。索股锚固连接构造由拉杆及其组件、连接器组成；预应力钢束锚固构造由预应力预埋管、预应力成品索及锚具、防腐油膏、锚头防护帽等组成。

4 南侧通道锚施工

4.1 锚碇施工工艺简介

(1)南锚碇为大体积混凝土结构，C30混凝土，为防止大体积混凝土温度裂纹的产生，采用分块分层浇筑方案。

(2)基坑爆破总体开挖到位后，局部位置采用炮机凿除、挖掘机挖除；对基坑底面进行全面的清理，保证混凝土与基底的摩擦力。

(3)锚碇前趾需先进行素混凝土换填施工，再施工锚碇基础。

(4)依序施工锚碇每一层钢筋(或预应力管道、温控元件)、模板安装、混凝土浇注、拆模、养生凿毛等，再施工下一层混凝土。

(5)主缆完成施工后，立模浇注散索室顶板混凝土。

4.2 模板工程

除倒角圆弧段采用钢模板外，外模全部采用DP180式悬臂模板。

除前支墩外，外模模板总高2.35 m，支模一次浇注1次。模板下包混凝土0.1 m上挑至少0.15 m。模板采用木工字梁模板体系，面板为18 mm厚WISA板，竖背楞为H20木工字梁，横背楞为双14槽钢。前支墩外模模板总高4.5 m，支模一次浇注4 m，模板下包混凝土0.1 m上挑至少0.15 m。

4.3 通道顶板施工

基础顶板尺寸为54(59.5)×53.5×10 m，计划分6层浇筑，中间2 m宽的后浇段，顶板后端第3～6层有部分属于后锚室，后锚室采用钢管脚手架施工，顶板采用盘扣式支架施工，外侧采用DP180悬臂模板进行施工。

顶板采用C30混凝土，方量共约29 029.8 m3。

顶板采用满堂支架法施工，通道内场地整平压实后，浇筑10 cm厚C20混凝土垫层，按la∶lb∶h=60 cm∶90 cm∶100 cm间距搭设满堂支架。钢管支架立杆采用60×3.25 mm钢管，材质为Q345钢，横杆、斜杆采用48×3.0 mm钢管，材质为Q235钢。支架底、顶分别设置底托和顶托，底托下面垫5 cm厚木板，顶托上按60 cm间距铺12.6工字钢，其上按30 cm间距满铺10 cm方木后，铺设18 mm木胶板作为底模。

4.4 预应力预埋管定位与安装

预应力预埋管随锚块分层浇筑，分层支撑定位、分段接长的方案实施。

根据工地的起吊运输能力，为确保安装精度、加快安装速度，减少现场组拼、调正定位环节，预应力预埋管定位架设计成可拆拼的单元件，在预制场制作、现场组拼吊装。预应力预埋管定位架分成基架、骨架和片架三个部分。

5 结 语

清云高速西江特大桥南侧锚碇创新性地采用“通道锚方案”，不仅减少山体开挖，而且改善了索鞍和索塔受力。该方案打破传统锚碇设计理念，将锚碇基础置于路面以上，结构形式新颖，土石方开挖量小，具有创新意义。