宜都长江大桥南岸重力式锚碇基础方案比选.pdf
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1、桥梁建设2023年第53卷第S1期(总第283期)Bridg e Co nst ruc t io n,Vo l.53,No.SI,2023(To t al l y No.283)127文章编号:1003-4722(2023)Sl-0127-07 DOI:10.20051/j.issn.1003-4722.2023.SI.018宜都长江大桥南岸重力式锚碇基础方案比选罗勇1,姜炜1,易龙1,任蒙2(1.湖北交投宜昌高速公路建设管理有限公司,湖北宜昌443300;2.中交第二公路勘察 设计研究院有限公司,湖北武汉430056)摘要:湖北宜都长江大桥(原名白洋长江公路大桥)为主跨1 000 m双塔单跨
2、钢桁梁悬索桥,南岸(宜都岸)锚碇场地覆盖层厚约51.4 m,其中中粗砂混卵石、卵石层厚约46.9 m,属强透水、含 水丰富地层,所含第四系孔隙水与长江水力相互连通,地下水位与长江水位基本持平。针对南岸锚 碇工程区深厚富水砂卵石层的地质情况,提出沉井基础、地下连续墙基础和浅埋扩大基础方案,并 从结构方案、施工方案、工程经济性等方面进行综合比选,推荐采用工程量最小、地下水位以上施 工、经济性最优的浅埋扩大基础。浅埋扩大基础采用矩形平板基础,平面尺寸为101 mX71.5 m,基坑开挖深度为&0 m。对该方案进行安全性验算,结果均满足设计和规范要求。关键词:悬索桥;锚碇基袖;卵石层;沉井基袖;地下连
3、续墙基袖;浅埋扩大基础;方案比选;安全 性验算中图分类号:U44&25;U443.1 文献标志码:AFoundation Selection for South-Bank Gravity Anchorage of Yidu Changjiang River BridgeLUO Yong1,JIANG Wei1,YI Long1,REN Meng2(1.Hubei Jiao t o u Yic h ang Ex p ressway Co nst ruc t io n Manag ement Co.,Lt d.,Yic h ang 443300,Ch ina;2.CCCC Sec o nd Hig
4、 h way Co nsul t ant s Co.,Lt d.,Wuh an 430056,Hubei)Abstract:Th e Yidu Ch ang j iang River Bridg e(o rig inal l y kno wn as Baiy ang Ch ang j iang River Bridg e)in Hubei Pro vinc e is a t wo-t o wer st eel t russ st iffening g irder susp ensio n bridg e wit h a main sp an o f 1 000 m.Th e h ang er
5、c abl es are o nl y arrang ed in t h e c ent ral sp an.Th e o verburden at t h e so ut h-bank anc h o rag e(Yidu side)is abo ut 51.4 m t h ic k,wh ere medium and c o arse sands int ersec t wit h p ebbl es,and t h e t h ic kness o f t h e p ebbl e l ay er is abo ut 46.9 m,bel o ng ing t o st ro ng l
6、y p ervio us and wat er-ric h st rat um,wh ere t h e p o re wat er in t h e q uat ernary st rat a j o ins wit h t h e Ch ang j iang River,and t h e p o re wat er l evel is basic al l y l evel ed wit h t h e Ch ang j iang River wat er l evel.To address t h e g eo l o g ic al c o ndit io ns at t h e n
7、o rt h-bank anc h o rag e,t h e c aisso n fo undat io n,diap h rag m wal l fo undat io n and sh al l o wl y-buried sp read fo undat io n were c o mp ared fro m p ersp ec t ives o f st ruc t ural c o nfig urat io n,c o nst ruc t io n c h al l eng es and eng ineering ec o no my,and t h e sh al l o wl
8、y-buried sp read fo undat io n was final l y sel ec t ed,bec ause t h e wo rking amo unt wo ul d be t h e smal l est,t h e c o nst ruc t io n c o ul d be c arried o ut abo ve t h e g ro undwat er l evel and t h e ec o no my wo ul d be t h e best.Th e sh al l o wl y-buried fo undat io n is a rec t an
9、g ul ar sl ab fo undat io n,measuring 101 mX 71.5 m,wit h t h e fo undat io n p it ex c avat io n reac h ing 8.0 m deep.Th e safet y c h ec king o f收稿日期收稿日期=2022-08-01基金项目:湖北省交通运输厅科技项目(2017-538-2-9)Pro j ec t o f Sc ienc e and Tec h no l o g y o f Dep art ment o f Transp o rt o f Hubei Pro vinc e(20
10、17-538-2-9)作者简介:罗 勇,高级工程师,E-mail:150U6130q q.c o m.研究方向:桥梁工程。通信作者:任蒙,正高级工程师,E-mail:154829714q q.c o mo研究方向:大跨度与复杂特殊结构桥梁工程。128桥梁建设 Bridg e Co nst ruc t io n2023,53(S1)t h e st ruc t ure demo nst rat es t h at t h e st ruc t ure meet s t h e desig n and c o de req uirement s.Key words:susp ensio n bri
11、dg e;anc h o rag e fo undat io n;p ebbl e l ay er;c aisso n fo undat io n;diap h rag m wal l fo undat io n;sh al l o wl y buried sl ab fo undat io n;sc h eme c o mp ariso n;safet y c h ec king1工程概况宜都长江大桥(原名白洋长江公路大桥)位于湖 北省宜昌市境内宜昌至枝城河段,北岸处于枝江市 白洋镇,南岸处于宜都市城镇带(陆城镇、枝城镇 等),是G59呼北高速宜昌至张家界高速公路段跨 越长江的控制性工程,桥
12、位距上游宜昌长江大桥约 26 km,距下游枝城长江大桥约15 km。项目全线按 双向6车道高速公路标准建设,标准路基宽度 33.5 m,设计速度 100 km/h。宜都长江大桥主桥采用主跨1 000 m双塔单跨 钢桁梁悬索桥(图1),主缆垂跨比1/9,北岸(白洋 岸)边缆跨度276 m,南岸(宜都岸)边缆跨度269 m。北岸位于秦家河河谷,地质情况较好,局部岩石裸 露,锚碇采用重力嵌岩锚;南岸基岩埋藏较深,锚碇 采用重力式锚碇切。2建设条件宜都长江大桥工程区地处鄂西山地向江汉平原 过渡地带,总体地势北高南低,南岸锚碇所在场地主 要为漫滩堆积平原地貌,地势平坦、开阔,略有起伏,多为农田、果园以及
13、居民区,地面标高约+45.5 mo 由长江、清江长期自山区携带大量冲积物堆积于河 床、边滩,并不断扩大和发展而形成冲积阶地平原。根据勘探成果,锚址区覆盖层厚度约为51.4 m,其 上部以粉细砂、粉质黏土为主,厚度一般为4.5 m,中下部以中粗砂混卵石、卵石为主,卵石粒径一般为 215 c m,局部夹漂石,漂石粒径达2040 c m,厚 度为46.9 m。基岩为强风化泥质砂岩、中风化泥质 砂岩、细砂岩。锚碇场地位于第四系孔隙水赋存于砂卵(漂)石 层中,属强透水、含水丰富地层页,渗透系数为 0.145 c m/s。其上覆黏性土层以及下伏泥质砂岩层 透水性弱,含水量贫乏,属相对隔水顶、底板。赋存 于
14、砂卵(漂)石层中的地下水受到上、下相对隔水层 的阻隔,雨季水位高出顶板下界时成为孔隙承压水,而枯季水位下降又成为孔隙潜水。砂卵(漂)石层中第四系孔隙潜水主要接受长江 补给,地下水径流较强,即南岸砂卵(漂)石层孔隙水 与长江水力相互连通。对基坑开挖期(2016年11月 至次年1月)场内地下水位与长江水位进行实测验 证,2015年11月6日至2016年1月7日期间水位动 态变化历时曲线见图2,由图2可知,场内地下水位与 长江水位基本持平。hm勢规和勢规和it图2水位动态变化历时曲线Fig.2 Dynamic Change Duration Curve of Water Level3锚碇基础方案比选
15、3.1方案构思锚碇将主缆的拉力传递至地基,锚碇作为悬索 桥的主要受力构件,其建设规模巨大且造价高 昂*旳,因此需根据锚碇工程区的工程地质与水文地 质条件对锚碇基础方案进行优选,实现技术经济最 优化的目标。锚碇常用型式有重力式锚碇和隧道式 锚碇,重力式锚碇依靠巨大的自重抵抗主缆竖向分 力,通过锚体或基础与地基之间的摩阻力抵抗主缆 水平分力聞,隧道式锚碇则直接将主缆拉力传递至 H和北)I-匹-H单脈n图1宜都长江大桥立面布置Fig.1 Elevation View of Yidu Changjiang River Bridge宜都长江大桥南岸重力式锚碇基础方案比选 罗 勇,姜 炜,易 龙,任 蒙1
16、29围岩。重力式锚碇因其对周围环境的依赖性低,适 用范围较广,常作为大跨度悬索桥锚碇的选型。20世纪中叶以前修建的悬索桥,锚碇通常设置 在岩层等硬质地基上,以减小施工运营期的锚碇位 移;20世纪中叶以后,跨江跨河大桥大范围兴建,对 于岩层埋藏较深的情况,如果将锚碇基础设置在岩 层等硬质地基上,基础规模较大、造价偏高,因此以 美国维拉扎诺大桥(Verrazzano Bridg e)的修建为标 志,开始在土质地基上建造锚碇,形成土质地基的浅 基础方案。国内悬索桥锚碇基础大多将基底置于岩 石层,深基础多采用地下连续墙基础;当地下连 续墙施工困难、周围建筑物沉降控制要求较大时,采 用不排水下沉的沉井基
17、础mt幻;对于锚碇基底位于 土层的浅基础方案,国内工程实例较少-辺针对宜都长江大桥南岸锚碇处覆盖层较厚、卵 石层中存在大量大粒径漂石(地勘揭示最大粒径达 74 c m),锚碇距离长江南岸花庙堤仅100 m的地 形、地质等条件,提出了沉井基础、地下连续墙基础(深基础)以及浅埋扩大基础(浅基础)3种方案进行 技术经济比选。3.2结构方案3.2.12.1沉井基础方案沉井基础结构基底置于稍密卵石层,基底标高+10.5 m,埋深35 m。基础依次穿过粉质黏土层、松散卵石层、粗粒砂混卵石层,嵌入下层稍密卵 石层。沉井根据施工要求分为6节,底节为钢节段,高 8 m,其余节段为3X5 m+2X6 m钢筋混凝土
18、节 段,沉井封底混凝土厚10 沉井基础平面为 69 mX59 m矩形,角隅处设置R=8R=8 m的圆形倒 角,由沉井壁、隔舱、沉井封底、沉井盖板及填芯混凝 土组成,外井壁厚2.4 m,纵向设置3道隔墙,横向 设置4道隔墙,将沉井分为20个隔舱,隔舱壁厚1.5 m.基础的前8个隔舱内填充水,后12个隔舱 内填充C20片石混凝土,保证基底应力均匀。沉井 基础方案结构见图3。3.2.22.2地下连续墙基础方案地下连续墙基础结构基底同样置于稍密卵石 层,基底标高+10.5 m。该方案采用外径75 t n、壁 厚1.5 m的圆形地下连续墙加钢筋混凝土内衬支 护结构,地下连续墙嵌入底层中风化砂岩约9 m,
19、总 深度65 m。地下连续墙基础由地下连续墙、帽梁、内衬、底板及填芯混凝土组成。为保证地下连续墙开挖阶段受力及刚度的需要,llri立:石隔ILf;弗5L右 卵巴#|汎+JhH图3沉井基础方案结构Fig.3 Details of Caisson Foundation Solution在地下连续墙顶面设置大刚度帽梁。帽梁为钢筋混 凝土圆形结构,高2.5 m,宽4.0 m。地下连续墙施工 完成后,采用逆作法分层开挖土体,分层施工内衬隔 墙。内衬隔墙自上向下06 m深度厚1.5m,6 21 m深度厚2.0 m,21 m以下深度厚2.5 m;底板厚 6m。锚体设置在地下连续墙基坑内,为提高基底应 力分布
20、的均匀性,在基础的前半部设置16个空隔舱。地下连续墙基础方案结构见图4.3.2.3浅埋扩大基础方案考虑到卵石层厚度达46.9 m,且卵石层随着 深度的增加,承载力基本容许值增长较慢;卵石层 工后沉降较小,在锚碇位移可控的情况下,考虑采 用浅埋扩大基础方案。浅埋扩大基础结构基底标 高+37.5 m,进入松散稍密卵石层约2.5 m,基 坑开挖深度为&0m。增大锚碇基础底面积可减 小锚碇基底的压应力,因此浅埋扩大基础平面尺 寸取101 mX71.5 mo浅埋扩大基础方案结构见 图5。3.3施工方案3.3.1沉井基础方案施工沉井基础方案采用不排水下沉,基坑侧壁的土 压力依靠井壁钢筋混凝土结构承担,可采
21、用抓土斗、挖泥船、吸泥机等出土。考虑到卵石夹杂漂石、粒径 较大,吸泥机出土效率较低;如采用长臂挖机挖泥船,130桥梁建设 Bridg e Co nst ruc t io n2023,53(S1)图4地下连续墙基础方案结构Fig.4 Details of Diaphragm Wall Foundation Solution图5浅埋扩大基础方案结构Fig.5 Details of Shallowly-Buried Spread Foundation因沉井基底距离地面约35 m、水深2735 m,出土效 率也较低。极端工况下,长江丰水期水位标高+45.5 m,高于锚碇场地地面,地下水与长江水位连 通
22、,成为承压水,承压水水头高于锚碇所在场地地面 标高,需采取加高沉井等相应措施,以防止承压地下 水对施工场地造成威胁。由于卵石层局部夹杂漂石,漂石粒径一般为2040 c m,在沉井下沉过程中,如遇 到粒径较大漂石,易造成沉井倾斜,沉井纠偏措施复 杂,施工难度较大,纠偏措施易造成工期延长。沉井基础方案的混凝土方量约为114 249.4 m3,基坑开挖方量约为165 831.7 m3,施工工期约14个月。3.3.2地下连续墙基础方案施工地下连续墙基础方案施工分为地下连续墙墙身 施工与南岸锚碇基坑开挖两个阶段。地下连续墙基 底距离地面约35 m,墙身深约65 m.由于卵石层 局部夹漂石,漂石粒径一般为
23、2040 c m,适用于软 土地层的抓斗成槽机以及适用于均质地层包括坚硬 岩层的铳槽机均不适用,因此考虑采用冲击式钻机。地下连续墙墙身在卵石层成槽过程中易发生塌孔,成槽前需针对地基进行相应的处理。地下连续墙作为基坑开挖过程中的支护结构,基坑开挖完成后墙体作为锚碇基础的外墙。地下连 续墙施工完成后,采用逆作法分层开挖土体,分层施 工内衬隔墙。由于地下连续墙墙底进入卵石层下伏 相对隔水层,切断了基坑内外水力连通,因此可采用 干开挖方案,开挖过程中仅需要坑内降水即可,施工 不受长江水位变化影响,但需考虑长江水位变化对 地下连续墙墙身受力的影响。地下连续墙基础方案的混凝土方量约为 144 526.2
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