基礎(chǔ)工程第5章錨錠基礎(chǔ)第一頁，共55頁。內(nèi)容提要5．1懸索橋及其錨碇

5．2重力式錨碇基礎(chǔ)的類型

5．3重力式錨碇基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

5．4錨碇基礎(chǔ)的施工2第二頁，共55頁。懸索橋，是指以懸索為主要承重結(jié)構(gòu)的橋，由主纜、主塔、加勁梁、錨碇、吊索、橋面等部分組成。主纜的固定方式：自錨式和地錨式。5．1懸索橋及其錨碇3第三頁，共55頁?！糇藻^式懸索橋湘江三汊磯大橋，主橋長732m，主跨長328m，是我國最大的自錨式懸索橋。主纜直接錨固在加勁梁上。4第四頁，共55頁。優(yōu)點(diǎn)①不需要修建大體積的錨碇，特別適用于地質(zhì)條件很差的地區(qū)。②受地形限制小，可結(jié)合地形靈活布置，既可做成雙塔三跨的懸索橋，也可做成單塔雙跨的懸索橋。③對(duì)于鋼筋混凝土材料的加勁梁，由于需要承受主纜傳遞的壓力，剛度會(huì)提高，節(jié)省了大量預(yù)應(yīng)力構(gòu)造及裝置，同時(shí)也克服了鋼在較大軸向力下容易壓屈的缺點(diǎn)。④采用混凝土材料可克服以往自錨式懸索橋用鋼量大、建造和后期維護(hù)費(fèi)用高的缺點(diǎn)，能取得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。⑤保留了傳統(tǒng)懸索橋的外形，在中小跨徑橋梁中是很有競(jìng)爭力的方案。5第五頁，共55頁。缺點(diǎn)①由于主纜直接錨固在加勁梁上，梁承受了很大的軸向力，為此需加大梁的截面，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的加勁梁則造價(jià)明顯增加，對(duì)于混凝土材料的加勁梁則增加了主梁自重，從而使主纜鋼材用量增加，所以采用了這兩種材料跨徑都會(huì)受到限制。②施工步驟受到了限制，必須在加勁梁、橋塔做好之后再吊裝主纜、安裝吊索，因此需要搭建大量臨時(shí)支架以安裝加勁梁。所以自錨式懸索橋若跨徑增大，其額外的施工費(fèi)用就會(huì)增多。③錨固區(qū)局部受力復(fù)雜。④相對(duì)地錨式懸索橋而言，由于主纜非線性的影響，使得吊桿張拉時(shí)的施工控制更加復(fù)雜。6第六頁，共55頁?！舻劐^式懸索橋◆日本明石海峽大橋－最長的懸索橋7第七頁，共55頁。8第八頁，共55頁。北岸南岸◆江陰長江大橋南北錨碇為均為重力式。9第九頁，共55頁。南錨碇開挖施工中北錨碇沉井基礎(chǔ)施工中10第十頁，共55頁。11第十一頁，共55頁?！舻劐^式的類型12第十二頁，共55頁。喬治華盛頓大橋新澤西側(cè)的隧道式錨碇13第十三頁，共55頁。5．2重力式錨碇基礎(chǔ)的類型一、淺埋擴(kuò)大式基礎(chǔ)二、地下連續(xù)墻基礎(chǔ)三、沉井基礎(chǔ)四、樁基礎(chǔ)14第十四頁，共55頁。一、淺埋擴(kuò)大式基礎(chǔ)

當(dāng)基巖或良好土層較淺時(shí)，可采用淺埋擴(kuò)大基礎(chǔ)，亦稱直接基礎(chǔ)。與其他基礎(chǔ)形式相比，淺埋擴(kuò)大基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式簡單，施工方便，是應(yīng)首先考慮的基礎(chǔ)形式。淺埋擴(kuò)大基礎(chǔ)多置于巖石上，置于土層時(shí)通常需對(duì)地基進(jìn)行加固處理。此外，該類基礎(chǔ)多在陸地或淺水區(qū)，采用明挖干施工。15第十五頁，共55頁。為提高基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，可將基礎(chǔ)的底面作成前高后低的傾斜狀，以抵消部分主纜拉力，如丹麥的大貝爾特（GreatBelt）橋的基礎(chǔ)底面就設(shè)置成與水平面呈10.4o的傾斜面；還可將基底作成鋸齒狀、臺(tái)階狀等，甚至可以將型鋼混凝土樁插入基礎(chǔ)與基巖之間，以加大基底的水平阻力。錨碇還可設(shè)計(jì)成如右圖所示的形式，如江陰長江大橋南錨、虎門大橋東錨、汕頭海灣大橋南錨等，此時(shí)，基礎(chǔ)與錨碇的其他部分已融為一體。16第十六頁，共55頁。二、地下連續(xù)墻基礎(chǔ)

當(dāng)基巖或良好土層埋深很大時(shí)，為給基礎(chǔ)提供較強(qiáng)的持力層，可采用深埋基礎(chǔ)形式。常用的深埋基礎(chǔ)的形式有兩類：地下連續(xù)墻基礎(chǔ)及沉井基礎(chǔ)。其中，地下連續(xù)墻基礎(chǔ)適于場(chǎng)地處在陸地或淺水區(qū)；沉井基礎(chǔ)的適用性則較強(qiáng)，可用于陸地、淺水區(qū)、深水區(qū)的施工。地下連續(xù)墻基礎(chǔ)先以地下連續(xù)墻圍成圓形或矩形截面的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，然后用“逆作法”施做內(nèi)襯，其作用是與連續(xù)墻一同承擔(dān)坑外的土、水壓力。挖至設(shè)計(jì)深度形成基坑，再澆筑底板，然后在其中灌注（填筑）混凝土或砂、水等增加重量，最后澆筑頂板形成基礎(chǔ)。17第十七頁，共55頁。武漢陽邏長江大橋主橋?yàn)?50m+1280m+440m的懸索橋，主纜設(shè)計(jì)拉力為617900kN。其南錨碇位于長江南岸的I級(jí)階地，屬長江沖積平原的高河漫灘，地勢(shì)相對(duì)平緩。覆蓋層為厚50.4~51.6m的第四系沖積亞黏土、淤泥質(zhì)亞黏土、亞黏土夾亞砂土、粉砂、細(xì)砂、含礫細(xì)中砂及圓礫，下伏礫巖、砂巖。強(qiáng)風(fēng)化礫巖巖性破碎，強(qiáng)度較低；弱風(fēng)化礫巖完整性較好，飽和單軸抗壓強(qiáng)度為12.8~29.4MPa之間；錨址區(qū)水文地質(zhì)差，覆蓋層地下水與長江水連通。針對(duì)上述特點(diǎn)，南錨碇采用了圓形地下連續(xù)墻基礎(chǔ)，以卵石、圓礫層作為基底持力層。連續(xù)墻外徑73m，壁厚1.5m，內(nèi)襯由上到下采用1.5m、2.0、2.5m不同的厚度，基坑開挖深度41.5m，底板厚度6m，坑內(nèi)回填填芯混凝土，最后澆筑6~10m厚的鋼筋混凝土頂板形成基礎(chǔ)?！粑錆h陽邏長江大橋南錨碇－圓形地下連續(xù)墻基礎(chǔ)18第十八頁，共55頁。武漢陽邏長江大橋19第十九頁，共55頁?！魸檽P(yáng)長江大橋南汊橋主橋北錨碇－矩形地下連續(xù)墻基礎(chǔ)潤揚(yáng)長江大橋南汊橋主橋?yàn)?70m＋1490m＋470m的懸索橋，其北錨碇為亞黏土、亞黏土夾粉砂、淤泥質(zhì)亞黏土、粉細(xì)砂、礫砂等第四系覆蓋層，厚度47.5m~48.5m，下為強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化、微風(fēng)化花崗閃長巖、花崗斑巖，地下水位受長江水位影響明顯，枯水期地下水標(biāo)高1.5m~1.6m，豐水期3.6m~4.1m。經(jīng)與沉井基礎(chǔ)、圓形地下連續(xù)墻基礎(chǔ)等方案比較后，最終選取了矩形地下連續(xù)墻基礎(chǔ)方案。北錨碇基礎(chǔ)基巖埋深約50m，基坑平面尺寸為69m×50m，開挖深度達(dá)48m，采用壁厚1.2m的地下連續(xù)墻和12道鋼筋混凝土支撐作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)底板澆筑后，基坑內(nèi)設(shè)置的3道縱隔板、4道橫隔板將基礎(chǔ)分為20個(gè)隔艙，除2個(gè)隔艙填混凝土，2個(gè)隔艙灌水外，其余16個(gè)隔艙均填砂，除可起到調(diào)節(jié)基礎(chǔ)重心的作用外，也節(jié)省了混凝土的用量。20第二十頁，共55頁。21第二十一頁，共55頁。三、沉井基礎(chǔ)◆江陰長江大橋北錨碇－一般沉井基礎(chǔ)江陰長江大橋?yàn)?36.5m+1385m+309.4m的單孔簡支鋼箱懸索橋，其北錨碇所在的地層由淤泥質(zhì)亞黏土與松散亞砂土、亞砂與亞黏土互層和粉細(xì)砂、硬塑或半堅(jiān)硬的粉質(zhì)黏土層并夾有粉細(xì)砂、密實(shí)的細(xì)砂，含礫中粗砂層等組成的厚度78m～86m的覆蓋層，下為石灰?guī)r。地下水位在地表下l～2m，20m～40m和50m以下存在兩層承壓水層，并與長江水相連通?？紤]到錨碇所承受的主纜拉力巨大、基巖上覆蓋土層厚、地下水豐富等原因，經(jīng)綜合比較分析，選擇長69m、寬51m、高58m的特大沉井作為錨碇基礎(chǔ)，沉井在平面上分為36個(gè)隔艙，豎向分為11節(jié)，并在沉井后段隔艙中填砂、填水，增加基礎(chǔ)的重量，并使其重心后移，為提高基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。22第二十二頁，共55頁。23第二十三頁，共55頁。◆南京長江第四大橋北錨碇－一般沉井基礎(chǔ)南京長江第四大橋?yàn)橹骺?418m的雙塔三跨全漂浮體系鋼箱懸索橋。北錨碇采用沉井基礎(chǔ)，沉井尺寸為69.0m×58.0m×52.8m。沉井頂面標(biāo)高4.3m，基底標(biāo)高-48.5m，置于密實(shí)卵礫石層，沉井共分11節(jié)，除第1節(jié)為鋼殼混凝土沉井外，其余均為鋼筋混凝土沉井。24第二十四頁，共55頁。25第二十五頁，共55頁。四、樁基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)是錨碇基礎(chǔ)很少采用的形式，這主要是因?yàn)闃痘Y(jié)構(gòu)相對(duì)較輕，而作用機(jī)理比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)者對(duì)其在運(yùn)營期間能否有效控制位移并無很大把握。目前，錨碇樁基的應(yīng)用在國內(nèi)尚無先例，不過在國外則有成功的應(yīng)用，如1997年建于美國洛杉磯的文森特橋(VincentThomasBridge)及2007年在加利福利亞建成的新卡圭尼茲大橋(NewCarquinezBridge)。26第二十六頁，共55頁?！粜驴ü缒崞澊髽蚰襄^碇－樁基礎(chǔ)新卡圭尼茲大橋位于舊金山海灣，其跨度為147m+728m+181m。相應(yīng)的地層為：上部為厚度15~24m的軟土、松砂，下為基巖。此外，地下水位高，地震時(shí)砂土可能會(huì)發(fā)生液化。該橋的南錨碇采用了樁基形式。所采用的樁為直徑760mm的現(xiàn)場(chǎng)灌注鋼管管樁(Cast-in-Situ-SteelPipePile)，共計(jì)380根，樁距為2.63倍樁徑，為抵抗纜索的拉力,其中有占總數(shù)55%的樁為斜樁，斜率達(dá)1：3。27第二十七頁，共55頁。28第二十八頁，共55頁。5．3重力式錨碇基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、錨碇（地基）驗(yàn)算的內(nèi)容及要求二、錨碇受力分析三、錨碇基礎(chǔ)的選型四、淺埋擴(kuò)大基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟五、地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟六、沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟29第二十九頁，共55頁。一、錨碇（地基）驗(yàn)算的內(nèi)容及要求◆錨碇地基的受力特點(diǎn)（1）在基礎(chǔ)澆筑完成后，地基受力比較均勻。（2）基礎(chǔ)之上的錨體澆筑后，由于錨體通常后重前輕，故屬基底后端壓應(yīng)力較大，前端壓應(yīng)力較小的后傾偏心受壓狀態(tài)。（3）在運(yùn)營階段，在巨大的主纜拉力作用下，基底壓應(yīng)力變?yōu)榍按蠛笮〉那皟A狀態(tài)。30第三十頁，共55頁?！翦^碇地基的驗(yàn)算內(nèi)容◆持力層承載力31第三十一頁，共55頁?！翦^碇基礎(chǔ)偏心距◆錨碇整體抗滑動(dòng)能力32第三十二頁，共55頁?！翦^碇抗覆穩(wěn)定性◆地基沉降及錨碇水平位移33第三十三頁，共55頁。二、錨碇受力分析◆淺埋擴(kuò)大基礎(chǔ)34第三十四頁，共55頁。錨碇整體抗滑動(dòng)能力錨碇抗覆穩(wěn)定性35第三十五頁，共55頁?！羯盥窕A(chǔ)36第三十六頁，共55頁。錨碇整體抗滑動(dòng)能力錨碇抗覆穩(wěn)定性由于錨碇基礎(chǔ)的尺寸較一般基礎(chǔ)大得多，其受力也更為復(fù)雜，為更為準(zhǔn)確地確定其受力及位移，可采用有限元等數(shù)值方法進(jìn)行更為精細(xì)的計(jì)算。37第三十七頁，共55頁。三、錨碇基礎(chǔ)的選型選擇時(shí)需綜合基礎(chǔ)所受荷載大小、基礎(chǔ)所在場(chǎng)地的水位地質(zhì)條件、施工條件等因素的影響。（1）荷載錨碇的作用是為主纜提供約束，因此錨碇的尺寸及基礎(chǔ)形式與所受的主纜拉力的大小密切相關(guān)。對(duì)淺埋擴(kuò)大基礎(chǔ)來說，保證基礎(chǔ)的抗滑、抗傾覆穩(wěn)的重力及相應(yīng)的摩擦阻力主要來源于錨塊，因此錨碇能夠承擔(dān)的主纜拉力相對(duì)較小。相比之下，采用沉井等深埋基礎(chǔ)時(shí)，除錨體重量外，基礎(chǔ)自身（及其中填充物）的重量、土（巖）層的橫向抗力等也可提供較大的阻力，因此可承擔(dān)更大的主纜拉力。38第三十八頁，共55頁。（2）地質(zhì)水文條件由于所受荷載很大，通常需選擇良好的巖層或土層作為基礎(chǔ)的持力層。當(dāng)巖層埋深較淺時(shí)，可選擇擴(kuò)大式淺埋基礎(chǔ)，如廈門海滄大橋東航道大橋的東錨碇基礎(chǔ)。對(duì)非巖石地基，若需采用淺埋基礎(chǔ)，可預(yù)先對(duì)地基進(jìn)行加固。當(dāng)巖層或良好土層埋深較大時(shí)，可采用沉井基礎(chǔ)，如江陰長江大橋的北錨碇基礎(chǔ)，或地下連續(xù)墻基礎(chǔ)，如武漢陽邏長江大橋南錨碇基礎(chǔ)，以及潤揚(yáng)長江大橋南汊橋北錨碇基礎(chǔ)等。39第三十九頁，共55頁。（3）施工淺埋擴(kuò)大基礎(chǔ)采用明挖法施工，因此最為簡單。沉井及地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的施工則較為復(fù)雜，整體上看：在施工過程中，沉井及地下連續(xù)墻都可起到支撐、擋土、擋水的作用，這是其主要優(yōu)點(diǎn)。沉井基礎(chǔ)適用性很強(qiáng)，可在陸地、淺水、深水區(qū)施工。但由于尺寸大，可能會(huì)出現(xiàn)下沉困難、基礎(chǔ)傾斜、偏移等現(xiàn)象，因此，施工技術(shù)和控制往往是成敗的關(guān)鍵。此外，排水下沉?xí)r對(duì)土層擾動(dòng)較大，造成地表沉降、土層變形等，對(duì)周圍結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生不良影響。40第四十頁，共55頁。地下連續(xù)墻多用在陸地或淺水區(qū)的施工，具有施工精度高、能用于各種土層的優(yōu)點(diǎn)。在砂層中成槽時(shí)會(huì)有較大風(fēng)險(xiǎn)，遇強(qiáng)度較高時(shí)的巖石時(shí)成槽困難，此外，還有墻體接頭漏水、墻體偏斜及墻體混凝土澆筑質(zhì)量不高等風(fēng)險(xiǎn)。除上述技術(shù)問題外，造價(jià)、工期等也是重要的影響因素。41第四十一頁，共55頁。四、淺埋擴(kuò)大基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟（1）確定基礎(chǔ)的基本尺寸錨碇基礎(chǔ)的基本尺寸主要取決于地基在承載力、沉降以及錨碇在穩(wěn)定性、水平位移控制等方面的要求，同時(shí)，還需滿足基礎(chǔ)在自身結(jié)構(gòu)方面的要求。淺埋擴(kuò)大基礎(chǔ)有兩種基本形式，一種是基礎(chǔ)與錨體各有獨(dú)立的實(shí)體，另一種則將二者為一體。對(duì)淺埋擴(kuò)大基礎(chǔ)，保證錨碇抗滑移及抗傾覆穩(wěn)定所需的重量主要由錨塊提供，基礎(chǔ)的主要作用是提供足夠的基底面積，以滿足地基承載力、基礎(chǔ)抗傾覆等方面的要求。因此，應(yīng)

1）按地基承載力要求初步擬定基底尺寸。

2）根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求，初步擬定基礎(chǔ)的厚度。42第四十二頁，共55頁。（2）錨碇驗(yàn)算驗(yàn)算內(nèi)容包括：地基承載力、偏心距、抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性等項(xiàng)目。地基承載力、偏心距驗(yàn)算時(shí)，可假定基底壓力為線性分布形式，采用與一般淺埋基礎(chǔ)相似的方法計(jì)算。若抗滑穩(wěn)定性不滿足要求，可采用將基礎(chǔ)底面設(shè)為傾斜面、做成臺(tái)階狀等措施。淺埋擴(kuò)大基礎(chǔ)一般都置于巖石或經(jīng)過加固處理的土層上，故通常不需要進(jìn)行沉降驗(yàn)算，同樣，也不需要進(jìn)行水平位移驗(yàn)算。43第四十三頁，共55頁。（3）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與普通的淺埋基礎(chǔ)不同，錨碇基礎(chǔ)的尺寸很大，受力復(fù)雜，通常采用鋼筋混凝土形式，應(yīng)滿足強(qiáng)度、變形及裂縫寬度等方面的要求，可按相應(yīng)的鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)。44第四十四頁，共55頁。五、地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟（1）確定基礎(chǔ)的外部尺寸與淺埋擴(kuò)大基礎(chǔ)不同的是，基礎(chǔ)的主要作用除為錨碇提供足夠的地基承載力外，還需補(bǔ)充提供錨碇抗滑移及抗傾覆穩(wěn)定所需的重力，因此，在確定基礎(chǔ)尺寸時(shí)，應(yīng)綜合考慮這兩方面的要求：

1）應(yīng)將基礎(chǔ)置于良好的土層上，由此即可初步確定基礎(chǔ)的高度。

2）由地基承載力要求，確定所需的基礎(chǔ)底面尺寸；考慮暫不計(jì)入樁側(cè)土的橫向抗力的情況下，為滿足抗滑及抗傾覆穩(wěn)定性的要求所需的基礎(chǔ)重量；綜合上述要求，可初步確定基礎(chǔ)的截面尺寸。45第四十五頁，共55頁。（2）錨碇驗(yàn)算對(duì)地基承載力、偏心距、抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性、沉降及變形等項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)算，并可根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)基礎(chǔ)尺寸進(jìn)行調(diào)整。與淺埋擴(kuò)大基礎(chǔ)相比，地下連續(xù)墻基礎(chǔ)的受力變形計(jì)算更為復(fù)雜。相對(duì)于承載力、穩(wěn)定性等項(xiàng)目的驗(yàn)算，錨碇的沉降及水平位移需要更為精確的確定，而由于土的力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性、施工因素的影響等原因，這往往比較困難