浅析青草背长江大桥南锚碇施工技术
2017-06-19
1 锚碇的基本概念
锚碇是悬索桥的主要承力结构物，他的作用是承受主缆拉力并将其传递给地基基础的，是支承主缆、保证全桥主体结构受力稳定的关键部位。锚碇是指主缆索的锚固系统，包括锚块、鞍部、缆索防护构造、散索鞍支承及其它附属构造的锚体和基础的总称，它是悬索桥四大部分之一。锚碇在承受主缆索拉力的竖向分力的同时，更主要的还要承受主缆索拉力的水平分力。锚碇的工作机制就是借助锚固系统将主缆索拉力传给锚块，再通过包括锚块在内的锚体将之传给基础，从而达到平衡主缆拉力，起到锚固作用。悬索桥的锚碇形式有重力式和隧道式两种形式，它们各有其特点。
重力式锚碇以地基反力抵抗锚块、基础与主缆张力在竖直方向的分量，而索在水平方向的巨大拉力则由锚块与地基的摩阻力平衡。隧洞式锚碇则是将主缆中的拉力直接传递给周围的基岩。重力式锚碇可以建造在各种地质条件下，因此应用最为广泛，国内、外大多数悬索桥，如：我国的香港的青马大桥、江阴长江大桥、虎门大桥及日本的明石海峡大桥等均采用重力式锚碇。隧道式锚碇基础一般只能建在良好的基岩中。与重力式锚碇相比，它的最大优势就是可大幅降低工程造价，但因为它对桥址处的地形、地质条件等要求较高，因而建成的悬索桥采用隧道式锚碇较少。
2 工程概况
2.1 南锚碇工程概况
（1）概述
南锚碇锚体整体呈马鞍造型，锚体顺桥向全长56m，横桥向前趾宽10m、后趾宽43.7m、锚体地面高43.57m。横桥向上、下游锚体中心距离28.7m。后锚室宽13m，高2.5m，深14.7m。锚体主要采取C30和C40混凝土，预应力钢绞线主要采用环氧涂层钢绞线。锚体锚固采用索股锚固拉杆预应力钢束锚固。
（2）气象条件
桥位区属亚热带湿润季风气候，具四季分明、雨量充沛、无霜期长、湿度大、春旱、夏热、秋多绵雨、冬季多雾的特点。多年平均气温18.17℃，极端最低气温-1.5℃，最高气温42.2℃。多年平均降雨量为1140.2mm。该区常年多有伏旱，属我国夏季最热地区之一。历年平均无霜期315天，年均雾日30.2天，年平均日照时数1297小时，年平均太阳辐射能345.83J/cm2，为重庆市日照低值中心之一。区内地形起伏大，立体小气候较为明显，从河谷到山脊气候随着高程而变化，随着高度的增加，气温、日照逐渐减少，而霜期、降雨量、湿度等于此相反逐渐增大。
（3）施工场地周围环境
工程地点位于茶涪路右侧，距龙桥加油站仅20m，距龙桥娃哈哈厂约30m。由于紧挨加油站及茶涪路，施工安全较为困难。
2.2 南锚碇主要施工方法及施工流程
（1）锚体分块分层浇筑划分
在满足大体积混凝土温控要求的前提下，锚体浇筑分层尽量方便施工。锚体大体积混凝土包括锚块、锚块连接段、鞍部及压重块。其中锚块15层、锚块连接段9层、压重块6层、鞍部16层、后浇带3层、侧墙8层。
（2）锚固系统施工
1）主要材料
锚杆采用40CrNiMoA，扣紧螺母、球面垫圈及内球面垫圈采用40Cr，连接器采用45号锻钢。定位支架采用角钢、槽钢，材质为Q235C钢。锚杆外包层采用泡沫塑料和油毛毡。
2）施工要点
南锚主缆锚固系统是由索股锚固拉杆构造和预应力钢束锚固构造组成的。在前锚面位置，锚固拉杆一端与索股锚头上的锚板相连接，另一端与被预应力钢束锚固于前锚面的连接器相连接。索股锚固拉杆构造采用单锚头类型，单锚头类型由2根拉杆和单索股锚固连接器构成，每根主缆两端有88个单锚头类型的索股锚固拉杆构造。预应力钢束锚固系统构造由预应力钢束和锚具组成，预应力管道埋设于锚块内。对应于单锚头类型连接器选用15-16预应力钢束锚固，预应力钢束锚具采用特制15-16型锚具。
拉杆方向需均与其对应索股方向一致。前锚面至后锚面锚固距离为18m，前锚面与后锚面均设锚固槽口与中心索股垂直的平面。索股锚固的预应力钢束其方向与索股方向一致。拉杆方向误差采用球面垫圈和内球面垫圈调整。
3）锚体施工
锚体为大体积混凝土结构，采取平面分块、竖向分层的施工方法。锚体分成八块：左右锚块、锚块连接段、压重块、左右鞍部、左右后浇带。其中锚块、锚块连接块、压重块、鞍部竖向按照大体积砼温控要求进行分层浇筑。前锚室顶板及前墙在主缆安装完后施工。前墙采用一次浇注施工，顶板采用预制吊装施工工艺。锚体混凝土由搅拌站生产、输送车运输、泵车直接泵送入仓工艺。
3 索导管定位安装
3.1 索管匹配
由于采购的索管长度为6m，而实际索管长度为20m左右。由于索管间存在偏差，安装前在锚碇钢筋场进行预拼装后再进行现场安装。现场预拼装平台设置在南锚钢筋场，施工前，测量对施工场地高程进行超平，然后在超平的地面上安装，以此作为索管预拼装平台。
3.2 索管现场安装定位
当支架安装到位后，根据索导管的空间位置，在定位支架上据索导管底口5cm左右的位置焊接支撑角钢。安装完毕后，安装索管定位架，将索管定位架与支撑角钢焊接。然后将索管穿过定位架与下端索导管进行连接匹配。通过在定位支架与索管间增加木楔子进行索管位置调整。 当索导管调整到位后，安装剩余预拼装时未安装的∠30×3mm角钢。完成后进行∠30×3mm连接焊接。焊接完成后，复测索管中心坐标。如不满足规范要求，解除连接焊缝重新进行定位，直至满足设计规范要求。然后采用δ10mm钢板将索管与定位架焊接固定。
3.3 索导管安装精度控制要求
保证拉杆方向与相应的索股方向一致，前锚面槽口误差须控制在1cm以内，以免使拉杆次应力过大。预应力钢束管道也必须与索股方向一致，沿索股方向的误差不得大于1cm，垂直于索股方向不大于0.5cm。在施工过程中必须保证管道不变形，在浇筑混凝土之前应对管道进行密闭试验，以确保管道密封完好，不漏浆、不堵管。根据以往类似工程索导管安装经验，本工程索导管安装精度以索导管中心坐标进行控制。本工程索导管安装精度控制要求如下：
锚体前锚面孔道中心坐标允许偏差为：±10mm；
四节索导管现场安装成整体的轴线偏差：≤50mm。
4 小结
锚碇施工是一个庞大的工程 ，一个环节考虑不周到就有可能延误整个工期。锚碇工程的重难点主要在基坑开挖、锚固系统精度控制、大体积混凝土裂缝控制三个方面，本文结合青草背长江大桥南锚碇施工过程重点讲述了锚固系统精度控制在施工过程中的主要问题及应对措施。锚碇锚固系统是全桥关键部件，为最大限度降低定位偏差产生的附加应力，确保系统安全度，锚固钢板必须精确定位并可靠固定，施工定位要求高、难度大。青草背长江大桥南锚碇预应力锚固系统在施工过程中，严格进行过程控制，使得全部安装精度均满足设计要求。
通过以上方案的实施，其效果不论从过程控制到实施结果都在预设范围内，既节约了工期降低了成本，又保证了工程质量和安全，创造很好的经济效益和社会效益，为类似工程树立了参考典范。
参考文献：
[1]李海，鲜亮，姚志安.国内大跨径悬索桥锚碇锚固系统比较研究[J].公路工程，2011.
[2]苏强，洪军.湖南矮寨桥锚碇锚固系统项目建设的质量控制研究[J].广西大学学报（哲学社会科学版）.2011.
[3]周艳青，严琨，王晓东，童育强.锚碇及索塔变位对大跨度悬索桥结构影响的敏感性分析[J].四川建筑，2011.
[4]黄阳林，朱文军，谢东，李哲.南京长江第四大桥北锚碇锚固系统安装测量定位[J].公路，2010.
[5]葛文璇，徐贵娥，陈静.南京长江四桥北锚碇工程锚体及锚固系统施工技术[J].施工技术，2012.
