中铁十一局集团第二工程有限公司 湖北十堰 442013
摘要：随着社会的发展，近年来大跨度钢管混凝土拱桥得到了空前的发展，大多数情况下，多采用缆索吊机的施工技术，经实际证明，该技术是目前施工大跨度钢管混凝土拱桥最为结构合理，最为施工快捷有效，最为经济适用安全，最为成功的施工技术。本文通过对渝黔铁路某特大桥施工中采用的缆索吊机锚锭系统进行设计和验算，对相关类似的工程中常用的基础、桩基的应用由一定的借鉴意义。
关键词：大跨度；缆索吊机；锚锭；设计；验算
1、工程概况
渝黔铁路某特大桥全长1120.8m，主桥采用1-370m上承式钢筋混凝土拱桥，引桥及拱上孔跨布置为:5-32m预应力混凝土简支T梁+4-38m钢混连续结合梁+3-38m钢混连续结合梁+4-38m钢混连续结合梁+16-32m预应力混凝土简支T梁，桥梁跨越河谷处距桥设计高差达210m，拱脚基础顶面距离谷底大约120m，空中对接及线型控制难度较大，吊装风险高，施工难度大。
2、施工总体方案选择
本桥施工采用缆索吊机的总体施工方案，常规做法是缆索吊布置在两座索塔作为支墩，后方采用锚锭锚固缆索吊承重索，缆索吊机分节吊装拱肋，不受特殊地形限制。在缆索吊机总体方案中，锚锭设计尤为重要。
索缆吊机主索锚锭采用钢筋砼重力式地锚，重庆侧主索锚锭设在0#桥台上，结构尺寸为6m*17m*18m，锚锭靠近0#台侧设置2根2m*2m，10m长抗滑桩增加锚锭水平抵抗力；贵阳侧锚锭结构尺寸为10.5m*10.5m*17m。锚锭的设计与验算主要参考结构设计原理。
3、重庆侧锚碇设计
重庆侧采用重力式地锚，单个锚碇受双幅主吊主索拉力及两套工作吊的拉力T=707×16+393×2=12098kN，水平角∠25°（由原设计提供）。软岩地质摩擦系数取0.4，重力式锚碇抗滑移安全系数取1.4。为保证安全，在地锚前端设置3根2×2m抗滑桩。
3.1、抗滑桩验算
当桩的水平承载力由水平位移控制，可按下式估算桩身配筋率不小于0.65%的灌注桩单桩水平承载力特征值：
因此单桩抵抗水平力为1556KN
三根桩共计抵抗水平力为：4668KN
3.2、锚碇尺寸计算
锚碇抗滑移能力应满足下式：
μ×（G-T×sinθ）/（T×cosθ）>1.4
sin25°=0.423，cos25°=0.906.
上拔力V=12098×0.423=5117.5KN
水平力H=12098×0.906=10960.8KN
三根桩基共计水平力4668KN，考虑1.4的安全系数，实际抵消水平力4668/1.4=3334KN
重力式锚锭水平力为：10960.8-3334=7626.8KN
0.4×（G-5117.5kN)/7626.8kN>1.4
换算为：G>7626.8kN×1.4÷0.4+6150.4kN=32844.2kN
取锚碇重量43000kN。
取锚锭尺寸为5.5m×17m×18m。共计1836方
G=25kN/m3×6m×17m×18m=45900kN。
代入验算稳定性：
μ(G-VT)/(HT-N)=0.4×（45900kN-5117.5kN）/(10960.8-3334)=2.1
代入抗拔验算：
K=G/Tv=45900kN÷5117.5kN=8.9>2
考虑安全系数取尺寸为6m×17m×18m，锚锭前端设置3根2×2m抗滑桩，桩长10m。
3.3、配筋计算
纵向钢筋传递主索拉力，采用Ф16mm钢筋，σ=300MPa，单根传递拉力：
[T]=300MPa×3.14×8mm×8mm÷1000=60.29kN。
1/cos25°=1.104，传递主索拉力所需钢筋总拉力T=1.104×12098kN，纵向钢筋总根数n=T/[T]=1.104×12098kN÷60.29kN=222根。取钢筋间距15cm，纵向筋分布长度L=16×3+4.5×2=57m，n=57m÷15cm=380根。满足要求。
3.4、配筋方案
①、竖向设三层水平钢筋网，顺桥向钢筋采用Ф16mm钢筋，横桥向采用Ф12mm.
②、侧向四周均设钢筋网，横桥向两侧面水平筋采用Ф16mm钢筋，其余采用Ф12mm.
③、锚头下方设3层间距1m钢筋网，均采用Ф16mm钢筋，钢筋网之间设Ф8mm钢筋挂钩筋，间距50cm，梅花形布置。
④、锚碇内锚筋端部及锚头下方设3层间距15cm钢筋网，均采用Ф12mm钢筋。
⑤、锚碇内三层水平钢筋网间设Ф8mm钢筋挂钩筋，间距117cm，梅花形布置。
4、贵阳侧锚碇设计
4.1、设计说明
根据缆索吊体系计算，贵阳侧锚碇设计拉力12098kN，水平倾角28°。锚梁设置与重庆侧相同。
贵阳侧采用山体背侧设置地锚的方式如下图：
宽度方向17m，横断面面积76.79m2，总方量1305方。
4.2、结构的检算
4.2.1、抗拔安全系数
总重量G=32625kN，上拔力Tv=T×sin28°=12098kN× 0.4695=5680.0kN。
K=G/Tv=32625kN÷5680.0kN=5.7>2
4.2.2、基岩
在锚碇台阶折角处应力集中，压强在270kPa左右，台阶立面在110-170kPa范围内，台阶底面在108-247kPa范围内。下侧断裂面强度在260-290kPa范围内。总体要求基岩强度在350kPa以上，岩体可以抵消主缆产生的水平力。贵阳侧实际地质为3m覆盖层有250kPa考虑清掉，下部是500kPa砂岩，施工中应确保基岩完整少扰动。
4.2.3、配筋计算
根据原设计总拉力12098kN，共有2×14×4=112组锚索，每组间距41cm，分上下两层布置。
每隔2m设置一层结构受力筋，承担锚碇产生的拉应力和剪切应力。
4.3竖向抗拉计算
竖向钢筋间距20cm，共计5排，每排86根，共430根，As=12098kN×sin28°÷300MPa÷430=44.0mm2，取φ12HRB335级钢筋。
4.4水平抗剪计算
锚筋固定区域内设置七层钢筋网片，计算考虑五层网片起作用，纵向主受力筋间距20cm，共5×86=430根，As=12098kN×cos28°÷430÷300MPa=82.8mm2，取φ12HRB335级钢筋。
4.5、配筋方案
①、竖向设五层水平钢筋网，顺桥向设六层钢筋网，横桥向设九层钢筋网。
②、内部钢筋间距20cm，面层钢筋间距15cm。
③、横桥向九层钢筋网的竖向筋采用HRB335Ф12mm钢筋，锚筋锚固区域内的水平钢筋网中的纵向筋采用HRB335Ф12mm钢筋，其余均采用HPB300Ф12mm钢筋。
④、锚碇内三层水平钢筋网间设Ф8mm钢筋挂钩筋，梅花形布置。
5、总结
在正式吊装前，对锚锭及抗滑桩进展抗拉拔试验，现场实际结果与本文计算基本一致，主要设计参数表如下：
经工程实践证明，采用重力式地锚结合抗滑桩的设计方式，在保证滑移安全系数、抗拔安全系数的情况下，可以满足工程的需要。本文结合工程实际，对相关悬臂支挡、吊机锚锭设计、验算等提供了一定的借鉴。
论文作者:吴剑
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/5
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