三江县中山大桥箱肋拱吊装系统主地锚设计分析

摘要:文章介绍了三江县中山大桥箱肋拱吊装主地锚的设计方案,为三江县中山大桥箱肋拱的吊装系统提供了技术保障和安全保障,同时也为同类工程施工中提供参考。

关键词：箱肋拱桥吊装系统；主地锚；设计

1工程概况

三江县中山大桥是连接县城东西两岸的重要桥梁，其主桥为1-142.74m，净跨上承式等截面钢筋混凝土箱肋拱桥，主拱肋设计拱轴线为悬链线，拱轴系数m=2.24,矢跨比F/L=1/5.5。主拱由两条等高、宽拱肋组成，每条拱肋由两条预制拱箱拼接组成，单条拱箱预制高3.5米,宽1.5米, 预制拱箱之间现浇纵向接缝,现浇拱背整体混凝土,构成拱肋整体。拱肋之间设14道钢筋混凝土系梁，横系梁采用预制安装，现浇接缝组成主拱整体构造。拱箱采用缆索吊装，斜拉扣挂的安装工艺施工，单片拱箱最大吊装重73吨。本桥缆索吊装系统地锚采用重力式和桩式地锚，由砼和浆砌片石组合而成。塔架缆风及吊装期间的横向缆风索地锚一般受力不大，采用挖坑埋设卧石地锚。

2总体布置

东岸主地锚与0#桥台固结在一起，与主塔架的距离为135米，与塔高比为2.7：1，此处地面标高为177米，尾索与地锚水平夹角为16°。东岸主地锚采用重力式地锚。

西岸主地锚拟布设在K410.091+123.54中线处，与主塔架距离为71米，与塔高比为2.54：1，此处地面标高为190.4米，尾索与地锚水平夹角为24°。该位置地质不佳，拟设为重力式地锚。见总体布置图。

3东岸主地锚计算：

3.1地锚结构设计:

东岸主地锚位于山坡上，根据现场地质勘查，地锚处地质均为粘土+强风化岩石，故采用重力式锚设计，利用0#桥台的自重,将地锚与0#桥台有机的连为一体,其结构设计图见附图。

3.2.计算取值:

主地锚所受拉力：一组主索拉力：Tz＝4356.27 kN；

工作索拉力：Tn＝316.54 kN；

浪风拉力：Tw＝600 kN。

由于没有具体的地质资料，在此次计算中有关岩土的工程计算参数按如下经验值取值：土体容重γ＝20kN/m3；由于桥台前无土体,故桥台前方不存在被动土压力,计算仅考虑基地摩擦力,0号桥台基础处于强风化岩层，取摩擦系数μ=0.35。

主地锚体积用计算机按1：1建模计算：分别查询出不同地锚不同材料的体积和重心，以桥台基础最前端为转动点。

3.3.地锚抗倾覆计算:

经过CAD查询得到相应的力臂，则地锚索受倾覆力矩为：

地锚的抗倾覆安全系数为：

K1 = 378081/62498＝ 6.0＞[K1] = 2.0

3.4.地锚抗水平滑移计算:

主地锚受水平外力作用为：Tx＝T合×cosθ=5274.13×cos15.71o=5077kN

地锚受竖向上拔力为：Ty = T×sinθ =5274.13×sin15.71o = 1428 kN

由于地锚底面处于强风化岩，取摩阻系数μ＝0.35，则

水平抗力合力：E＝(G-Ty)×μ ＝(45164-1428)×0.35 = 13549 kN 则，

抗水平滑移安全系数为：

K2 = E/Tx＝13549/5077＝3.1> [K2] = 2.0

3.5.地锚抗拔计算：

地锚受竖向上拔力为：Ty = T×sinθ =5274.13×sin15.71o = 1428 kN

竖向抗力合力：E = G = 45164 kN 则，

抗上拔安全系数为：

K3 = G/Ty = 45164/1428 = 8.6 > [K3] = 2.0

由上述计算可以确定东岸主地锚受力可靠安全。

4西岸主扣地锚计算（主扣合一）：

计算方式采用摩阻力+被动土压力计算，并用地基容许承载力验算复核抗滑动安全系数。

由于主地锚位于强风化原状岩石层，岩石呈碎块状，岩石强度Raj ＝15Mpa，为安全起见，岩石容许承载力按照碎石状极软岩取低值[σ0]＝400Kpa。

计算被动土压力时，将原状岩石层作为密实砂砾土透水性材料考虑，砂类土内摩擦角取低值。

拟定主地锚尺寸为长9.9米，横向宽14米，埋置深度5米。地锚按照厘米为单位1：1制作CAD三维实体图形，以便查询出各种所需的几何参数。素混凝土容重取24KN/m3，浆砌片石容重取22kN/m3,压重土体容重取18kN/m3,钢筋混凝土容重取25kN/m3。主地锚结构图如下：

在深度z处任意一点的被动土压力强度Pp的表达式为：

式中：Kp为被动土压力系数，

横截面被动土压力合力为（作用点位置在墙高的H/3处）：

总被动土压力: P总＝W×Pp＝9925.088KN

土体抗倾覆力矩：M0 = P总×H/3 = 13564.286 kN.m

重力式地锚水平抗力：P＝f＋P总＝17612.820KN

西岸最大主索水平分力F1＝4981.49KN

地锚与主索水平夹角：α°≈17.707，Σ竖向分力为1590.09KN

西岸最大工作索水平分力F2＝361.81KN

地锚与主索水平夹角：α°≈17.707，Σ竖向分力为115.49KN

西岸最大扣索水平分力F3＝2761.82KN

地锚与扣索水平夹角：α°≈16，Σ竖向分力为791.94KN

抗滑动安全系数：K1＝P/(F1+F2+F3)＝2.17 > [K1]=2.0

抗倾覆安全系数：K2＝2.74> [K2]=2.0

抗拔安全系数:K3＝G/(sinα)/F＝7.70 > [K3]=2.0

计算结果表明：重力式主地锚结构安全，能满足施工要求。

4锚固端砼横梁计算

4.1抗弯计算：

主地锚的主索锚固端砼横梁采用半圆形钢筋砼结构，半圆半径R＝1.0米，索槽宽度L＝0.7米，砼标号采用C30。则作用于锚固端砼横梁上的荷载按最大索力计算，并且视之为均布荷载，其荷载密度q＝4710KN/m，则横梁的跨中弯矩

为方便验算半圆形钢筋砼主索锚固端横梁，以宽1.5米，高1米的矩形梁验算，矩形梁配筋间距及配筋大小与半圆形主索锚固端横梁相同，如下图所示。由下图知：Ag＝Ag/＝3436mm2，Rg＝Rg/＝340MPa，Ra＝17.5MPa。

则受压区高度为

此时截面的抗弯承载能力为：

由于矩形等效面积及配筋面积均小于原半圆面积，所以锚固端半圆形钢筋砼结构横梁抗弯安全。

4.2剪力验算：

箍筋采用φ12螺纹，间距按10cm一根布置。

式中：fc砼轴心抗压强度，30标号砼取17.5MPa ；

b梁宽度；

h0－－砼梁截面有效抗压高度；

fyv箍筋抗拉强度，取310；

Asv单肢钢筋截面面积，φ12截面面积226mm2

S沿构件长度方向上箍筋的间距。

安全系数为：K＝289/236.95＝1.22，抗剪验算安全。

4.3.抗拔计算:

4结语

通过对三江中山大桥的东西两岸主地锚的抗倾覆、抗拔计算，以及对锚固端砼横梁的抗弯剪力抗上拔计算，各项指示的安全系数均满足要求，故知两岸主地锚结构安全，能满足施工要求。

注：本章内容的所有图表及公式以PDF形式查看