重力式錨碇系統(tǒng)施工工藝

1、重力式錨碇系統(tǒng)施工工藝1 前言錨碇是懸索橋的主要承重結(jié)構(gòu)，要抵抗來自主纜的拉力，并傳遞給地基基礎。錨碇按結(jié)構(gòu)形式可分為重力式錨碇和隧道式錨碇。重力式錨碇依靠其巨大的重力抵抗主纜拉力，隧道式錨碇的錨體嵌入基巖內(nèi)，借助基巖抵抗主纜拉力。隧道式錨碇只適合在基巖堅實完整的地區(qū)，其它情況下大多采用重力式錨碇。2 重力式錨碇結(jié)構(gòu)錨碇一般由錨碇基礎、錨塊、主纜的錨碇架及固定裝置、遮棚等部分組成；當主纜需要改變方向時，錨碇中還應包括主纜支架和錨固鞍座（亦稱擴展鞍座）。重力式錨碇根據(jù)主纜在錨塊中的錨固位置可分為后錨式和前錨式。前錨式就是索股錨頭在錨塊前錨固，通過錨固系統(tǒng)將纜力作用到錨體。后錨式即將索股直接穿過錨

2、塊，錨固于錨塊后面，如圖所示，前錨式因具有主纜錨固容易，檢修保養(yǎng)方便等優(yōu)點而廣泛運用于大跨懸索橋中。前錨式錨固系統(tǒng)分為型鋼錨固系統(tǒng)和預應力錨固系統(tǒng)兩種類型。型鋼錨固系統(tǒng)有直接拉桿式（圖）和前錨梁式（圖2）。預應力錨固系統(tǒng)按材料不同有粗鋼筋錨固形式和鋼絞線錨固形式，如圖3所示。1-主纜；2-索股；3-錨塊；4-錨支架；5-錨桿；6-錨梁圖1 重力式主纜錨固系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1-主纜；2-索股；3-前錨梁；4-錨桿；5-錨支架；6后錨梁圖前錨梁式錨固系統(tǒng)a）粗鋼筋錨固；b）鋼絞線錨固1-索股；2-螺桿；3-粗鋼筋；4-鋼絞線圖3 預應力錨固系統(tǒng)2.1錨碇基礎根據(jù)地質(zhì)、水深和懸索橋結(jié)構(gòu)的規(guī)模等，錨碇的基礎可

3、以分為直接基礎、沉井基礎、樁基礎、井筒基礎、復合基礎等。若持力層距地面較淺，適合采用直接基礎；當持力層埋置深度大時，采用沉井基礎、樁基礎等。2.2 錨塊 重力式錨碇的錨塊就是重力式錨塊,與基礎形成整體,以抵抗由主纜拉力產(chǎn)生的錨碇滑動及傾倒。2.3 主纜的錨固架及固定裝置 主纜的錨定架及固定裝置將主纜拉力分散傳布在錨塊內(nèi)，通常是由前梁、后梁、錨桿、定位構(gòu)件和支撐結(jié)構(gòu)組成。如圖2。錨桿的數(shù)量一般與鋼纜的絲束數(shù)相同。根據(jù)主纜的架設方法，連接束股與錨桿的固定裝置分為：用于空中送絲法的鋼絲束股支座（或稱靴跟）和用于預制鋼絲束成纜法的套筒兩種。2.4 遮棚 錨碇的遮棚是覆蓋錨塊及主纜等并建于錨碇基礎上的結(jié)

4、構(gòu)物,一般采用鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu).如果高程合適,遮棚上面可以構(gòu)筑路面,內(nèi)部可以作為輸配電,排水等設備的機房。2.5 主纜支架 當主纜在錨碇處改變方向時,則需設置主纜支架。主纜支架可以獨立地分開設置在錨碇之前,也可以設置在錨碇之內(nèi),它是主纜的支點。主纜支架頂部設有支承鋼纜的鞍座；當主纜支架設在錨碇之內(nèi)時主纜就從這個鞍座開始分散開成為絲股，這個鞍座就是擴展鞍座或稱散索鞍。其主要功能是改變主纜索的方向，并把主纜的鋼絲束股在水平和豎直方向分散開來，然后把這些鋼絲束股引入各自的錨固位置。主纜支架主要有三種形式，鋼筋混凝土剛性支架、鋼制柔性支架和鋼制搖桿支架，如圖4所示。當采用剛性主纜支架時，擴展鞍座的底

5、部必須設置輥筒，以適應主纜的伸縮。錨碇可以看作是一個剛體，承受主纜的拉力，并將其傳給地基。主纜作用于錨碇上的力可分為水平分力和豎向分力。錨碇在主纜的水平分力作用下不得產(chǎn)生滑移；而在豎向分力和錨碇自重力等作用下，在錨碇底面任意處的壓應力不能超過地基上的容許壓應力，否則將會出現(xiàn)地基下沉。當然，錨碇也不得在主纜豎向分力作用下發(fā)生傾倒。一般地，滿足了錨碇不產(chǎn)生滑移的條件下，錨碇的自重將足以使錨碇不發(fā)生傾倒。圖4 主纜支架3 錨碇施工工藝流程圖(見圖5)施工準備基坑外圍周邊排水系統(tǒng)施工基坑開挖基坑邊坡支護基坑底平整硬化和周邊排水系統(tǒng)施工架立錨支架，綁扎鋼筋，安裝拉桿或套管、錨墊板、循環(huán)冷卻管安裝錨杯，張

6、拉預應力錨索（若有）安裝預應力錨索，并壓漿錨固（若有）分層、分塊錨塊混凝土澆筑養(yǎng)護安裝主纜澆筑封錨混凝土（鋼纖維混凝土）(若有)圖5 錨碇施工工藝流程圖4 操作要點4.1 錨碇基礎施工 錨碇的基礎施工與橋塔基礎的施工相似，所不同的是橋塔基礎以承受垂直力為主，而錨碇的基礎則以抵抗水平力為主。因此，錨碇基礎底面挖成鋸齒形、臺階形以確保錨碇在主纜的巨大拉力下不產(chǎn)生滑移。由于錨碇基礎體積巨大，對這種大體積混凝土的澆注及混凝土的特性具有特殊的要求。如采用類似混凝土大壩的施工方法，及要求混凝土具有很好的流動性和較小的發(fā)熱量，且在水中不分離等。近年來，地下連續(xù)墻基礎得到了廣泛應用，這種基礎的施工是先用挖槽機

7、械，從施工基面沿基礎邊界向下挖槽，直到持力層；然后在槽中構(gòu)筑側(cè)壁。成墻后挖除內(nèi)部土柱，再向內(nèi)部灌注素混凝土，構(gòu)成基礎。錨碇由于體積龐大，基坑可采用機械開挖，也可采用爆破和人工開挖的方法。開挖采取沿等高線自上而下分層進行。在坑外和坑底要分別設排水溝和截水溝，防地面水流入、積留在坑內(nèi)而引起塌方或基底土層破壞。在采用機械開挖時，應在基底標高以上預留15cm30cm厚土層用人工清理，以免破壞基底結(jié)構(gòu)。在采用爆破方法施工時，對于深陡邊坡，應使用如預裂爆破等方法，以免對邊坡造成破壞。對于深大基坑及不良土質(zhì)，應采用支護措施保證邊坡穩(wěn)定，支護方法有以下幾種。（1）噴射混凝土 噴射混凝土采用的水泥標號不低于42

8、5號的硅酸鹽水泥，砂粒徑不大于2.5mm,石子粒徑小于5mm。推薦混凝土配合比（質(zhì)量比）為水泥：砂：石=1：2：2.5:，水灰比為0.40.5。采用濕噴機噴混凝土，水泥、砂、石等材料在進入噴射機料斗前應充分拌和均勻，并隨拌隨用，噴漿氣壓在0.3mpa0.7mpa范圍內(nèi),噴射混凝土厚度為50mm150mm,視邊坡穩(wěn)定情況而定,必要時可加鋼筋網(wǎng),以增加混凝土層的強度和整體性.這種噴射支護適用于巖層節(jié)理不發(fā)育,穩(wěn)定性較好的地層。此外對于節(jié)理發(fā)育，有掉塊危險、穩(wěn)定性中等的巖層可采用噴射混凝土加錨桿支護的方法。（2）噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護 適用巖石坡碎、穩(wěn)定性差或坡度大而高的基坑。其中錨桿分為普通錨桿和預應力錨

9、桿兩類。普通錨桿采用螺紋鋼，預應力錨桿多數(shù)采用鋼絞線。噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護的施工程序為開挖清理邊坡噴射底層混凝土鉆孔安裝錨桿（錨索）注漿掛鋼筋網(wǎng)噴面層混凝土（如是預應力錨桿則還有張拉錨固二次注漿封錨等工序），其構(gòu)造如圖6。1-鋼筋網(wǎng)；2-錨固臺座；3-錨索；4-噴射混凝土層；5-排水溝；6-排水管圖6 噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護1）鉆孔 鉆孔壓水法和干作業(yè)法兩種方式。壓水法使現(xiàn)場積水較多，成孔后要求將孔內(nèi)清除干凈，并不準用膨潤土護壁，以免泥皮降低錨桿承載力。2）安裝錨桿 錨桿在安裝前必須除銹。為保證錨桿安放于孔的中心，防止非錨固段產(chǎn)生翹曲和擾動孔壁，通常在錨桿上設置定位架。鋼筋錨桿一般每隔2m至4m設置一個，鋼

10、絞線錨桿每隔0.6m0.7m設一個。在安放錨桿時，應同注漿系統(tǒng)一并裝入，非錨固段，鋼絞線宜涂黃油并包以塑料薄膜或套管。3）注漿 注漿除有腐蝕性地下水的情況宜用防酸水泥外，一般采用普通水泥制漿，水灰比為0.450.6。4.2 錨塊錨塊的施工除應按大體積混凝土施工方法進行外，其施工方法還受到錨固方式的影響。主纜的錨固可分為各束股在錨塊前面錨固的前錨式和各束股在錨塊后面錨固的后錨式。4.2.1 前錨式前錨式錨固分為兩種情況，一種是將主纜錨定架及固定裝置預埋在錨塊混凝土中，再將前錨梁安裝在錨塊的前方與錨桿相連，此時錨桿多為鋼眼桿；一種則是先預埋錨桿套管及其固定裝置，當混凝土達到強度要求后，穿入錨螺桿，

11、并對錨螺桿進行張拉、錨固，然后向套管內(nèi)壓漿。最后將錨板安裝在錨塊前方與錨螺桿連接。4.2.2 后錨式錨塊的施工較簡單，只需將錨固套管及其固定裝置預埋在錨塊混凝土中正確的位置上即可，因為主纜的錨固是將分散的絲股穿過套管在錨塊后方的錨墊板上進行。4.3 遮棚 錨塊施工結(jié)束后，用錨碇防護的遮棚可以同主纜的架設及錨固同時或在其后進行施工。如果高程合適，錨碇的遮棚頂面可以直接作為路面。當錨碇遮棚與路面高程相差甚遠時，它實際上是一個鋼筋混凝土房屋結(jié)構(gòu)。4.4 主纜支架（散索鞍）安裝（1）底座板定位 底座板通過在散索鞍混凝土基礎中精確預埋螺栓而固定在基礎上，調(diào)整好板面標高與位置后，在板底和四周澆筑高強度混凝

12、土，使之穩(wěn)固。每個底座板都有多個螺栓，只有保證每個螺栓的位置精確，才能進行安裝。（2）安裝支架（散索鞍）安裝好底座板以后，開始安裝散索鞍鞍體。由于散索鞍與底座的連接是鉸接，在主纜架設之前，散索鞍不能自立，必須在基礎混凝土中預埋型鋼支承架，一方面用于支撐鞍體，另一方面用于調(diào)整位置，準確定位。散索鞍是重型構(gòu)件，需有相當?shù)钠鹬卦O備才能安裝。如場地寬闊，可使用重型吊機安裝，較為方便。如使用吊機有困難，可用貝雷梁或萬能桿件架設龍門架，將散索鞍運至龍門架下方，再由龍門架安裝就位，精確調(diào)整就位。（3）散索鞍施工精度要求 散索鞍位置的精度直接影響主纜及分散索股的空間角度，從而影響主纜的受力。因此，對散索鞍的安

13、裝精度要求必須嚴格控制。散索鞍施工精度要求為：縱橫向軸線誤差最大值3mm，標高誤差最大值3mm。4.5 主纜錨碇架及固定裝置由于主纜錨定架要傳遞巨大的主纜拉力，其固定裝置要保證主纜每根索股進入錨體能保持精確的錨固位置。因此，無論是前錨式錨定或后錨式錨定，其錨塊內(nèi)的主纜錨定架及固定裝置的制造與安裝均需達到一定的精度。具體的制造方法是要使最終的組裝狀態(tài)能保證各股鋼絲束的交點（主纜支架或擴展鞍座中心）位置的精度誤差不大于5mm。在有條件的地方，主纜錨碇架及固定裝置可以采用工場預制、整體安裝的方法來施工。但是主纜錨定架及固定裝置的鋼結(jié)構(gòu)重量是很大的，往往無法進行整體安裝，因而隨著錨塊混凝土的澆注，需逐

14、步進行主纜錨定架及固定裝置的拼裝施工。其架設拼裝順序如下：下部定位支承構(gòu)架后錨梁中部定位支承構(gòu)架下段錨桿（或套管）上部定位支承構(gòu)架上段錨桿（或套管）。4.6 錨塊混凝土施工懸索橋錨塊屬于大積混凝土構(gòu)件，重力式錨碇體積十分龐大，混凝土澆注方量達幾萬立方米，例如宜昌長江大橋南北均達四萬多立立米。在施工階段水泥產(chǎn)生大量的水化熱，引起體積變形不均，從而產(chǎn)生溫度應力及收縮應力。當此應力大于混凝土本身的抗拉強度時，就會產(chǎn)生裂縫，影響混凝土的質(zhì)量。因此，水化熱的控制是錨碇混凝土施工的關鍵問題。對重力式錨碇錨塊混凝土要做到：4.6.1混凝土的溫度控制 混凝土的水化熱來源于水泥遇水后發(fā)生的水化反應。水化熱越大，

15、混凝土的溫升越高，與氣溫的差值越大，就會導致混凝土溫度應力增大，從而產(chǎn)生裂縫?；炷馏w內(nèi)溫度受混凝土入倉溫度和水泥水化熱溫升決定，降低混凝土溫升主要有以下措施。（1）選用低水化熱品種的水泥一般來說,礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥等具有較低水化熱特性，宜盡量采用，對普通硅酸鹽水泥應經(jīng)過水化熱試驗比較后選用。（2）降低配合比中水泥的用量使用外加劑和外摻料可以減少水泥的用量，緩凝型的還可以延緩水化熱峰值產(chǎn)生的時間，有利于減小混凝土的最高溫升。此外，可以使用粉煤灰作為外摻料，粉煤灰可以代替部分水泥，而且摻加粉煤灰的后期強度仍有較大的增長，可以將設計齡期強度延長到60d，將水泥用量減少到一個較低的水平

16、。粉煤灰的用量一般為水泥用量的15%20%，對高摻量粉煤灰的混凝土經(jīng)過試驗確定。對于一些低標號的混凝土，摻加一定量的片石也是一種減少水泥用量的有效辦法。（3）降低混凝土的入倉溫度對于砂、石料應防止日光直照引起溫度升高，可采用搭遮棚和淋水降溫的方法。不能使用剛出廠的高溫水泥。采用冷卻水作為混凝土的拌和用水，直接對混凝土降溫。制造冷卻水可采用以下兩種方法：1）采用冷水機組 如虎門大橋東錨使用的冷水機組，每小時可生產(chǎn)10t（5）拌合用水，可使混凝土溫度下降約23。2）采用冰塊制冷卻水，即向水池中加入冰塊來降低拌和用水的溫度。但必須在拌和前使冰塊完全融化。采用冷卻水方法時，必須在冷水的灌輸和儲存過程中

17、注意保溫，防止溫度上升。一般可在水管水池四周包裹泡沫塑料或海綿以達到保溫的目的。在混凝土內(nèi)設置冷卻管，在混凝土澆筑并終凝后，開始通水冷卻散熱。采用冷卻管控制混凝土體內(nèi)溫度，要按設計流量和密度布設好冷卻管，要求：混凝土最大水化熱溫升：c25混凝土不超過28，c40混凝土不超過35；混凝土內(nèi)外溫差不超過25；相鄰溫差不超過25，混凝土最大降溫速率不超過1.5/d。4.6.2 混凝土澆注施工（1）混凝土澆筑設備和能力設計強度在25mpa以下的低標號混凝土適用車送或吊罐方式澆筑,如使用輸送泵,往往會為了保證可泵性而加大坍落度,在配合比中加大水泥用量,這樣既不經(jīng)濟又不利于水化熱控制。混凝土采用分層施工，

18、分層厚度為：c40混凝土1.02.0m,c25混凝土2.02.7m。澆筑能力越大，降溫措施越充分，分層厚度可適當加大一些，有利于加快施工進度。后一層混凝土必須在前一層未初凝前加以覆蓋，防止出現(xiàn)施工裂縫。（2）錨塊混凝土分塊施工錨快要分塊，各塊之間采用濕接縫或后澆段相連。為了在所留槽縫內(nèi)立模和預埋鋼筋接頭焊接作業(yè)，所留槽縫寬度為1.0m2.0m。各塊分別澆筑施工，分別冷卻至穩(wěn)定溫度，再將預留槽縫隙中的鋼筋焊接起來，在濕接縫澆筑微膨脹混凝土。（3）養(yǎng)護及保溫混凝土澆筑完并終凝后要覆蓋麻袋、草墊等物，并灑水保持表面濕潤。這樣一方面是對混凝土進行養(yǎng)護，另一方面是為了減少混凝土表面與內(nèi)部的溫差。針對不同

19、的氣溫條件，采取的溫控措施是不同的。夏季炎熱地區(qū)以降溫散熱為主，冬季氣溫寒冷時，就特別注意混凝土的保溫措施，必要時可覆蓋塑料布等保溫材料，通過內(nèi)散外保的方法使混凝土整體上均勻降溫。（4）溫度監(jiān)測錨碇大體積混凝土施工時，對混凝土內(nèi)部最高溫度相鄰兩層及相鄰兩塊之間的溫差，設計都有嚴格的規(guī)定。為了能及時掌握混凝土內(nèi)部溫度變化，宜在混凝土內(nèi)部埋設測溫元件，如差動式測溫計、測縫計、應變計等，從而掌握溫度場變化，正確指導施工。5 安全措施（1）深基坑開挖前，必須先對深基坑周圍地形、地貌和水文進行調(diào)查，掌握深基坑周邊區(qū)域匯水、排水等水流情況，在此基礎之上作好防洪措施。（2）采用截水、排水措施防止基坑區(qū)域之外

20、的水流入基坑，沖刷坑壁，造成坑壁坍塌。（3）基坑采用邊開挖邊噴射混凝土支護或錨桿支護方法施工，支護要緊跟開挖。（4）基坑要分層開挖，每層先開挖排水系統(tǒng)，要保證基坑內(nèi)無水浸泡。（5）錨塊分層施工，錨塊鋼構(gòu)件要根據(jù)分層高度確定安裝高度，安裝高度不能過高，以免安全受到威脅，一般以錨塊兩倍的高度作為鋼構(gòu)件安裝高度較合適。重力式錨碇安全施工主要是深基坑開挖、錨塊鋼構(gòu)件和散索鞍安裝三個方面。必須針對這三個方面編制專項安全技術措施、安全設施和安全應急預案報公司相關部門批準。6 質(zhì)量控制（1）基坑開挖時應采取沿等高線自上而下分層開挖，基坑外和坑底要分別設置排水溝和截水溝，防止地面水流入，積留在坑內(nèi)而引起塌方或基底土層破壞。采用機械開挖時，在基底標高以上預留150300mm厚度用人工清理，避免破壞基底結(jié)構(gòu)。（2）錨桿