武汉鹦鹉洲长江大桥南锚碇基础设计.docx

武汉鹦鹉洲长江大桥南锚碇基础设计罗听5文章编号：10034722(2011)04一o005一05武汉鹦鹉洲长江大桥南锚碇基础设计罗昕 (中铁大桥勘测设计院有 限公司，湖北武汉430056)摘要：武汉鹦鹉洲长江大桥主桥为三塔四跨结合梁悬索桥，加劲梁跨径布置为(200+2850+200)m。该桥南锚碇基础经多方案比选采用圆形嵌岩地下连续墙基础。地下连续墙外径68 m、壁厚15 m，底板厚6 m，项板厚145 m。导墙由2个L形钢筋混凝土墙组成，墙间距16 m；帽 梁总宽4O m、高25 m；内衬厚1525 m；在地下连续墙外围设置环形防渗帷幕。采用“理正深 基坑软件”分析地下连续墙施工全过程的受力，进行结构配筋。采用软件FLAC3D建立基坑及周 围土体三维模型，分析基坑开挖对长江大堤变形的影响，分析结果表明，正常施工时，周边建筑及长 江大堤的安全可以得到保证。关键词：悬索桥；锚碇；地下连续墙；基坑；设计；施工；有限元法 中图分类号：U44324文献标志码：ADesign of South Anchorage Foundation of YingwuzhouChangj iang RiVer Bridge in WuhanLUo尉n(China Railway Major Bridge Reconnaissance 8L Design Institute C0，Ltd，Wuhan 430056，China)Abst豫ct：The main b“dge of Yingwuzhou Chan西iang River Bridge in Wuhan is a three_tow er and fourspan composite girder suspension bridge with span arrangement for its stiffening gird er being(200+2850+200)mAfter comparison of different design proposals，it was deter- mined that the rock socketed circular diaphragm wall would be used for the south anchorage foun dation of the bridge The outer diameter of the diaphragm wall is 68 m，the thickness of the waU is 15 m，the base plate is 6 m and the top plate is 145 mThe part of the pilot walI is formed by two L，-shape reinforce concrete walls having a spacing distance of 16 m The total width of the capping beam is 4O m and the depth is 25 m and the thickness of the inner lagging is 1525 m At the outside of the diaphragm wall，the circular cutoff curtain was arrangedThe Lizheng Software for Deep Foundation Pits was used to analyze the force conditions of the whole construc tion process of the diaphragm wan and to determine the reinforcement arrangement of the struc ture The software FLAC3D was used to set up the threedimensional models for both the foun dation pit and the earth around the pit and to analyze the influence of excavation of the pit on thedeformation of the river dyke The results of the analysis indicate that in the case of normal construction，the safety of the ambient bu订dings and the river dyke can be guaranteed1【ey woI。ds： suspension bridge； anchorage； diaphragm wall； foundation pit； design； construction；finite element method收稿日期：2011一0401 作者简介：罗昕(1978一)，男，高级工程师，2001年毕业于华中科技大学土木工程专业。工学学士，2006年毕业于华中科技大学土木工程专 业，工学博士(drluoxin163com)。万方数据6桥梁建设2011年第4期1工程概况 车速度为60 kmh，设计汽车荷载为公路一I级。 武汉鹦鹉洲长江大桥位于武汉市中心城区，桥跨江主桥为(200+2850+200)m三塔四跨悬索 址距下游武汉长江大桥约20 km，距上游白沙洲大 桥，是世界上首次采用主缆连续的三塔四跨悬索桥， 桥约63 km。北接汉阳的马鹦路，南连武昌的复兴也是世界上最大跨度的三塔四跨悬索桥。该桥加劲 路，大桥建成后将和武汉长江二桥构成武汉市新的梁采用钢混凝土结合梁，北锚碇采用沉井基础，南一环线。大桥正桥长3 420 m，双向8车道，设计行锚碇采用地下连续墙基础1】，主桥桥跨布置见图1。图l主桥桥跨布置Fi晷l Span An钏哮ement of Main Bridge续墙基础刚度大、止水能力强、支护体系适应性强、2南锚碇地形地质条件对锚碇基础的抗滑更为有利，作为承受水平力的基21地形、地貌础具有无法比拟的优越性。地下连续墙基础采用排 南锚碇地处武昌北车站鲇鱼套货场内，场区地水明挖的方法施工，施工精度较高，对周围环境的影 形平坦，地面高程256272 m，锚碇区主要构筑 响也较小。因此，选择地下连续墙基础作为南锚碇物为货场铁路专用线及密集分布的13层砖结构基础25。 民房。南锚碇基础靠近长江防洪大堤，其边缘距长 由于圆形地下连续墙基础自身具有空间环向受 江防洪大堤约130 m。施工时，周边未拆迁的密集压的有利“拱效应”，与矩形地下连续墙基础以受弯 建筑距南锚碇基础边缘最小距离小于100 m。 为主有较大的区别，其变形小、支护简单、稳定性好，22工程地质 鉴于南锚碇位于中心城区，建筑密集且距防洪大堤 南锚碇处第四系覆盖层厚约275 m，上部为填 较近，因此，南锚碇基础采用圆形地下连续墙方筑土、软塑状粉质黏土，下部为中密状细砂。下伏基 案6。为了保证锚碇在运营阶段的抗滑和抗倾覆稳 岩为三叠系下统大冶组(T1d)白云质灰岩，岩质硬， 定性，借鉴润扬大桥、虎门大桥、武汉阳逻长江公路 高程为一16 m左右；强风化层不发育，厚04 m左大桥、广州珠江黄埔大桥、南京长江第四大桥等特大 右；基岩中发育有少量溶蚀小孔。从南锚碇地层结 悬索桥的经验9，南锚碇基础采用嵌岩的形式。 构看，基岩全、强风化层不发育，上覆土层直接覆盖于弱、微风化基岩上，基岩面起伏不平。4南锚碇结构设计23水文地质41总体设计 南锚碇处上部粉质黏土渗透性微，中密状细砂 根据大桥总体布置要求，锚固系统位于地下连渗透性中等，地下水类型为孔隙式承压水，勘测期间续墙基础范围内，考虑到南锚碇(武昌侧)地质情况 承压水静止水位高程1910 m左右，地下水流向垂 及防洪要求，同时为满足锚碇基础内设置锚固系统 直长江方向。对南锚碇区进行抽水试验，测得细砂 的需要，锚碇基础采用外径68 m、壁厚15 m的圆 水文地质参数为：渗透系数为322 md；影响半径 形地下连续墙加环形钢筋混凝土内衬作为基坑开挖 为350 m，单位涌水量为167 m3hm。 的支护结构。为防止地下连续墙底脚发生渗流、破 坏，且有利于增加基坑的抗隆起稳定性，地下连续墙3南锚碇基础方案的选择 嵌入高3 m的弱风化白云质灰岩。基坑开挖至基 南锚碇基础设计时对沉井基础方案和地下连续 岩面。南锚碇基础见图2。墙基础方案进行了比选。沉井基础对持力层的平整 圆形地下连续墙轴线直径为665 m，周长 性要求很高，若以细砂为持力层则锚碇埋深太浅，若 20892 m。地下连续墙主要采用液压铣槽机进行 以基岩为持力层则覆盖层太浅、岩面不平整，沉井容 成槽施工，共划分48个槽段，I、期槽段各24个， 易出现倾斜的问题，且沉井基础在施工时破坏了周 交错布置。I期槽段采用三铣成槽，边槽段长28 边的土体，影响了土体对基础的约束作用。地下连 m，中间槽段长0805 m，槽段共长6405 m；期槽万方数据武汉鹦鹉洲长江大桥南锚碇基础设计罗昕7 主桥侧(a)侧面业_H上芦上星立声正弘11。1i!。、_一单位：图3南锚碇基础底板齿块示薏F蟾3 Sawt叫th B10cls of B瓣Plate of Foundation43封水设计(b)12平面(1)地下连续墙封水措施。南锚碇位于武昌中单位心城区，且距离防洪墙较近，考虑到长江堤防及周边国2南锚碇基础建筑安全，设计采用三重封水措施确保基坑及防洪FIg2 south Anchorage Fo岫dation安全：针对墙下基岩裂隙采用连续墙底部帷幕灌段长28 m，一铣成槽。槽段连接采用铣接法，即在 浆；地下连续墙外10 m设挡水帷幕；根据地2个I期槽中间进行期槽成槽施工时，铣掉I期 下连续墙施工质量和检查情况，确定是否需要对地 槽端头的部分混凝土形成锯齿形搭接，I、期槽孔 下连续墙槽段间接缝处外侧砂土层采用高压旋喷水 在地下连续墙轴线上的搭接长度为25 cm。 泥浆进行封水处理。南锚碇基础排水、封水示意见42主要构件设计 图4。(1)导墙。导墙高出地面05 m，由2个L形 钢筋混凝土墙组成，墙间距离为16 m，墙高16 m、宽17 m、厚05 m。导墙的纵向分段与地下连 续墙的分段接头错开。(2)帽梁。为保证地下连续墙开挖阶段受力及 刚度的需要，在地下连续墙顶部设置刚度较大的帽 梁。帽梁为钢筋混凝土环形结构，地下连续墙顶部 深入帽梁10 cm，帽梁悬出地下连续墙内侧15 m、外侧1 m，帽梁总宽4om、高25m。l2 AA(3)内衬。为了满足地下连续墙开挖阶段的受力要求，在圆形地下连续墙内侧设置环形钢筋混凝 承帷暮，“高喷砖。，预埋管土内衬。内衬在帽梁顶以下09m范围厚15m，918m范围厚2m，18m以下厚25m。综合考虑地 隧 缓 U心一下连续墙结构受力、减少施工周期和开挖段土体蠕 地下【细砂 连续墙、降水井彝毒井变对地下连续墙的影响，内衬施工层高度取3 m。为保证内衬与地下连续墙间的连接质量及共同受 曙戮毒剜I 量f岩层弱风化线力，克服内村自身重量，在地下连续墙施工时预埋钢 筋连接器，内衬钢筋通过连接器与地下连续墙相连。图4南锚碇基础排水、封水示意(4)顶板和底板。底板厚6 m，通过钢筋与内Fig4 Dewaterig and Water Stoppage for F0衄daljon衬连成整体。考虑到锚室布置要求，顶板厚145(2)挡水帷幕设计。挡水帷幕采用自凝灰浆防 m，通过钢筋与帽梁、内衬及填芯混凝土连成整体。渗墙，墙厚o8 m，帷幕与圆形地下连续墙的间距为 为提高基础抗滑稳定性，在基础底面基岩内设置齿10 m，在平面上呈环形结构，外径88 m，墙顶位于地 块，并配置钢筋，见图3。 面以下2 m，墙底进入岩层o51o m。墙体平均万方数据8桥梁建设2011年第4期深度约23m” 。 渗流应力相互作用采用流固耦合分析。应力边界条44防洪预案 件为侧面和底面均法向约束，地表自由。渗流边界 (1)若地下连续墙施工完成，经超声波检测发条件为模型两侧面固定水头，考虑水位较高的工况。 现墙体有一般缺陷，则可采取压浆等措施处理；若发基坑开挖后土体总位移量计算结果见图7，不考虑现较大缺陷，则在该处外侧紧贴原地下连续墙继续地下连续墙圆拱效应。施工1个槽段地下连续墙，端部采用旋喷桩封水 处理。(2)若开挖过程中，地下连续墙墙体渗漏，则对该处外围土体进行旋喷加固处理。图6计算模型桥轴线剖面(3)若根据监测发现墙体实测位移偏大，则对F-g6 PronIe of Bndge Ax证0f compu衄tion M0deI内村结构进行加强处理。5结构分析与计算51地下连续墙施工全过程受力分析 对圆形地下连续墙支护结构采用竖向弹性地基梁法计算，即将圆形地下连续墙作为竖向受力构件，田7基坑开挖后土体总位移量内衬作为水平向受力构件，将空间结构简化为平面F咄7 1铀l D虹pIa钟眦t of Eanh anerExcavation of Fbundatj蚰Pit结构进行计算。采用“理正深基坑软件”对地下连续墙进行基于弹性地基梁的分析，根据土方开挖和内 由图7可知：不考虑拱效应时，土体及地下连续衬浇筑顺序，将施工过程划分为18个阶段，通过对墙最大变形为107 mm，位于地下连续墙中部外各工况进行前后衔接的连续计算，模拟施工全过程。侧，坑外土体变形斜向下指向坑内。坑外地面最大 地下连续墙开挖全过程单位宽度弯矩包络图见图变形量靠近地下连续墙处，约8090 mm，距地5，纵坐标以地下连续墙墙顶为原点。下连续墙约45 m之外的变形小于1O mm。正常施工时，周边建筑及长江大堤的安全可以得到保证。6施工地下连续墙施工步骤如下：粘性土层水泥土搅 拌桩一导墙一成槽一下钢筋笼及注浆管一插入导管 一浇筑水下混凝土一循环下一槽段施工一完成地下 连续墙及墙底注浆。挡水帷幕施工与地下连续墙施 工同时进行，并在基坑开挖前完成。特别注意的是 在基坑开挖前应进行抽水试验，坑外设置适量的水图5开挖全过程弯矩包络图Fig5 EveIope of Bendig Momet位监测孔，以监测坑内降水对坑外水位的影响(防止of Whole Exvati仰P邝oe鲻因坑内降水导致坑外地基土的沉降，检查地下连续根据图5可知，地下连续墙按最大弯矩3 300 墙的抗渗漏性能“”)。kNm进行双向配筋。将单位宽度矩形截面压弯 构件分3段进行截面配筋。7结语52基坑开挖对长江大堤变形的影响分析 嵌岩地下连续墙锚碇基础工程实践经验少，国为研究基坑开挖对长江大堤变形的影响，采用 内外相关设计规范也较少，其设计涉及到结构、岩 软件FLAc3D建立基坑及周围土体三维计算模型 土、水利等多个方面因素，计算方法和模型尚不成 (图6)，模型以锚碇基坑为中心，沿桥轴线方向长 熟。武汉鹦鹉洲长江大桥南锚碇地下连续墙的设计480 m、宽300 m，高度范围为从高程60 m到地 方法将为同类工程提供参考。武汉鹦鹉洲长江大桥 面。岩土体采用莫尔一库仑(Mohrcolumb)模型， 已于2010年8月开工建设，南锚碇地下连续墙设计万方数据武汉鹦鹉洲长江大桥南锚碇基础设计罗听9方案已在实施中。大桥建成后将大大缓解武汉中心6李劭晖锚碇基坑嵌岩支护结构受力特性和施工技术研究(博城区的过江交通压力。 士学位论文)D上海：同济大学，2007(LI Sha矿huiThe Research on Mechanical Characteristics ofRocl卜Socketed Retaining Structure and Construction Technol参考文献(Referenc鹤)： ogy for Anchor Pit(D。ctorate Dissertation)DShanghai：Tongji University，2007in Chine8e)1王忠彬，杨进周 平鹦鹉洲长江大桥钢一混结合梁悬索7徐国平武汉阳逻长江公路大桥关键技术J公路，2009， 桥方案研究J桥梁建设，2010，(4)：5256(5)：3438(WANG Zhong-bin，YANG Jin，ZHOU Pingstudy of Steel (XU Guo-ping Key Techniques of Wuhan Yangluo Chang- and(bncrete Composite Girder Susp蜘sion Bridge Scheme for jiang River Highway Bridge口Highway，2009，(5)：34 Yingwuzhou changjiang River BridgeJ Bridge cons”uc 38in Chinese)tbn。2010，(4)：5256in Chinese)8徐国平，刘明虎，刘化图阳逻长江大桥南锚碇圆形地下连续 2杨奉举，牛小龙南京长江第四大桥南锚碇基础地下连续墙施墙设计J公路，2004，(10)：1114工口桥梁建设，2010。(6)：7779 (XU Gu0-ping，LIU Ming_hu，L1U HuatuDe5ign of circu (YANG Feng-ju， NlU Xiao-longConstruction of Under1ar Diaph髓gm Wall for S0uth Anchorage of Yangluo ground Diaphragm WaU for South Anchorage Foundation of Changjiang River BridgeJHighway。2004，(10)l 11一14 the 4th Nanjing changjiaIIg River BridgeJBridge Construc in Chinese)tion。2010(6)：7779in Chin色se) 9孙立功。张碧广州珠江黄埔大桥圆形地下连续墙施工技术 3杨光武，徐宏光。张 强马鞍山长江大桥三塔悬索桥关键技 J铁道建筑，2008，(9)：z829，113术研究J桥梁建设，2010，(5)：711 (SUN Ligong，ZHANG BiConstruction Techniques for Cir (YANG Guangwu，XU Hong-guar唱，ZHANG QiangS瞳udy cular Diaphragm Walls of Huangpu Bfidge over Zhujiang River of Key Tcchniques for Three_Tower Suspension Bridge of in GuangzhouJRailway construction，2008，(9)：2829， Maanshan Changjiang River BridgeJB“dge construction， 113in Chinese)2010，(5)l 711in Chinese)10邓百印，h云峰武汉阳逻长江大桥南锚碇工程外围挡水帷 4杨进泰州长江公路大桥主桥三塔悬索桥方案设计的技术幕自凝灰浆防渗墙施工J资源环境与工程，2007，(1)：26理念口桥梁建设，2007，(3)t3