沉井崁岩桩复合锚碇基础方案研究

朱明权 （中铁大桥局集团有限公司，湖北 武汉 430050）

1 工程概况

某航道桥拟采用主跨为500m+1620m+500m=2620m双塔三跨连续钢箱梁悬索桥。索塔为混凝土塔，高266m，设3道横梁；加劲梁采用钢箱梁，主缆边中跨比为0.42，矢跨比为1/9.5，两主缆间距42.5m；锚碇采用重力式地锚结构。

2 锚碇区水文地质

桥位海面宽约22km，锚碇区域河床高程一般-1.7m～-6.9m，大部分区域水深约3m～5m，设计流速近1.5m/s。

锚碇位置覆盖层上部主要由海积的淤泥质土夹砂土，下部为冲积的砂土、局部圆砾土，基岩为燕山期花岗闪长岩及花岗岩。锚碇地质钻孔资料见表1。

锚碇地质钻孔资料 表1

3 工程特点

①水中锚碇国内还没有工程实践，无可供借鉴经验。

②锚碇位置处覆盖层主要为淤泥质土和粉细砂层，承载力低，下覆基岩为强度高的花岗岩。

③桥位处离珠江口中华白海豚保护区较近，对环保要求高。

④工程规模大，主跨达1620m，主缆拉力大。

4 复合锚碇基础设计

4.1 锚碇基础形式的确定

国内已建成的千米级悬索桥有阳逻大桥、润扬大桥、西堠门大桥、南京长江四桥等锚碇基础，均为陆地上的沉井或地连墙基础，无水中锚碇施工经验。国外除了美国的文森特大桥、新卡圭尼兹大桥，以及日本明石海峡大桥、丹麦的大贝尔桥有水中锚碇工程实践外，其它地区和国家还未有工程应用。

加利福尼亚新卡圭尼兹大桥采用打入管桩锚碇基础，丹麦大贝尔特大桥采用沉井基础，日本明石海峡大桥水中锚碇基础采用筑岛地连墙基础。本桥位距中华白海豚保护区较近，对环保要求高，不易采用筑岛地连墙方案；锚碇承受巨大水平力，单一桩基础无法满足受力；沉井基础工艺成熟，应用较广，但主要适用于覆盖层施工，水中嵌岩施工难度大。

结合本桥地质条件，充分发挥沉井方案和桩基础方案的优点，研究一种新型的沉井钻孔嵌岩桩复合锚碇基础。锚碇方案布置见图1。

沉井总高度为35m，外形轮廓尺寸为83.1×72.6m。沉箱内分为56个小隔舱，单个隔舱的大小为10×10m。沉井外壁厚2.0m，各舱壁厚1.2m，沉箱侧壁和隔舱壁采用钢壳混凝土,在沉井隔墙处预留直径4.5m孔，待沉井下沉到位后施工钻孔桩嵌入基岩，大直径桩基础适应性强，适合各种土层。目前国内已具备特大直径桩基施工能力，桩基直径可达5m，承受水平力和竖向力的能力强。沉井作为传力结构，传递锚体反力至桩基结构，减小桩基础的自由长度。同时沉井基础空腔内通过配重，降低桩基础所承受的弯矩，使桩基主要承受水平力和竖向力。

4.2 锚碇基础受力分析

因桩基础方案受力较为复杂，建立了空间模型对基础结构进行分析。模型中沉井部分的重量考虑由封底后的沉井自身承受。后续施工的顶盖、锚碇及主缆力由桩基础承受（见图2）。

从计算结果可知，运营状态下桩基最大应力为9.2MPa，常规水下C30混凝土可满足强度要求。井壁最大主拉应力为1.6MPa，通过配筋可控制裂缝宽度在限值以内（见图3～图6）。

图1 锚碇方案布置图

图2 锚碇基础实体模型

图3 运营阶段桩基主拉应力值(MPa，正为拉，负为压)

图4 运营阶段桩基主压应力值(MPa，正为拉，负为压)

5 锚碇基础施工

5.1 总体施工方案

航道疏浚及墩位处河床清理，满足沉井浮运吃水约7m要求，同时钢沉井整体工厂内制造、浮运至墩位，利用重力锚定位系统进行定位。沉井精确定位后，井壁注水着床并吸泥下沉至设计深度，浇筑井壁隔舱混凝土。沉井下沉到位后，清基施工封底混凝土，使沉井形成稳定的状态。

利用沉井作为钻孔桩施工平台，气举反循环施工沉井隔墙处钻孔桩。沉井井孔填芯，与桩成为整体。施工沉井顶板，完成锚碇基础施工。

图5 运营阶段沉井主拉应力值(MPa，正为拉，负为压)

5.2 总体施工流程

钢沉井制作→钢沉井浮运、定位→钢沉井着床、灌注井壁内混凝土→沉井吸泥下沉→沉井清基封底→钻孔桩施工→沉井井孔填芯→沉井顶板施工。

5.3 主要施工步骤图（见图7～图10）

5.4 投入主要大型机械设备

单个锚碇基础施工主要大型机械设备如表2。

5.5 总工期及节点工期计划（见表3）

图6 运营阶段沉井主压应力值(MPa，正为拉，负为压)

图7 墩位处河床清理、航道疏浚图

图8 钢沉井定位、吸泥下沉图

表2

6 结 语

图9 沉井封底，施工钻孔桩

图10 填芯、施工沉井顶板。

国内沉井和大直径钻孔桩在计算理论和施工方法均有较丰富的经验，沉井桩基复合锚碇充分发挥沉井方案和桩基础方案的优点，结构受力明确，施工工艺成熟，解决了浅水区嵌岩锚碇技术难题，为类似工程设计提供了一个可借鉴的研究方向。

表3

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