西江特大桥重力式锚碇复合基础与地基土共同作用分析

黄晶

摘要：悬索桥锚碇基础设计的新思路是地连墙-重力式锚碇复合基础方案。这种设计方式也是对将地连墙仅作为施工期开挖维护结构的传统设计理念的一大突破，可以降低总体基础规模，节省工程费用，提高锚碇基础受力安全性。本文主要针对圆形地连墙复合锚碇方案基础，进行详细的施工及运营全过程三维数值分析，验证该符合基础的安全性并为后续开展的监测系统布设提供依据。

关键词：三维模型;计算工况;数值分析;荷载分担关系

西江特大桥清远侧锚碇基础中风化岩层顶面深度在- 18.2m～-34.3m ，面临着地下水位高、粉质黏土层厚度接近40m的建设条件挑战。在保持圆形地连墙结构型式基础上，采用地连墙与内部基础主体结构共同作用的地连墙 -重力式锚碇复合基础方案。这种设计方式也是对将地连墙仅作为施工期开挖维护结构的传统设计理念的一大突破，可以降低总体基础规模，节省工程费用，提高锚碇基础受力安全性。

1  数值模型概况

采用两人背对背进行独立建模，分析中统一地层条件、材料参数取值和施工布置。一个人采用半模型、地连墙采用实体单元模拟，另一个人采用全模型、地连墙采用实体单元模拟，实现对计算模型、计算结论的对比校验。为反映不同地层参数对受力机理的影响，分别对ZK14孔、ZK15孔、设计构造孔等三种地层开展分析，底板底标高取- 18m 和- 15m两种情况。

2  三维分析的基本条件

（1）三维模型

为更好的模拟锚碇基础与地基土的共同作用，采用实体单元建模。按照设计尺寸及地质资料建立的三维有限差分网格模型。

有限元模型 X 、Y轴平面方向范围取150m 范围，Z轴方向为竖向，从锚碇基础顶面取至标高-56.8m ，包括 4-4 微風化花岗岩层 16m 。

（2）模型计算工况说明主要计算工况包括：

① 自重平衡工况

② 地连墙施工工况，位移置零

③ 地连墙内部土体开挖、内衬施工与底板施工、填芯回填在同一步骤完成

④ 位移置零，后锚锚体施工完成

⑤ 主缆缆力施加完成

3 数值分析结果

A 组模型分析结果

（2）B 组模型分析结果

4 结论

水平荷载分担情况看，A- 1和 B- 1模型的地连墙墙体分担了57%～63% 的水平荷载。其中底板以下墙体分担了57%～63%水平荷载中的绝大部分，锚碇底板以下土体承担了约 25%的水平荷载，墙端分担了 12%～ 17%的水平荷载。分析原因认为地连墙通过内衬及填芯与底板等组成倒扣的桶形整体受力结构。接头质量对水平荷载分担规律的影响较大，接头连接弱化将导致侧墙承担的水平荷载降低而板底承担的荷载增加，结构应力分布也略有差别，临近地连墙槽段接缝的位置存在应力集中现象。但总体变形及受力性能仍在可控范围。

从最不利应力的分析看，两种模型的总体应力水平不高，地连墙最大主压应力、板底土压力数值均较为接近，最大主拉应力有一定差别。A- 1模型、B- 1模型的地连墙与底板的接触性能较好，板底土压力较小（约1000kPa水平）。

参考文献：

[1] 彭波.虎门二桥锚碇复合基础设计及施工技术研究[D].华南理工大学，2018.

[2] 罗林阁，崔立川，石海洋，过超，易绍平.地连墙-重力式复合锚碇基础承载性能试验研究[J].岩土力学，2019，40（03）： 1049-1058.

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