楊小兵，王康云，李春曉，尹小濤，喬文號，5

（1.云南建投基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司 云南 昆明 650217）

（2.云南麗香高速公路投資開發(fā)有限公司 云南昆明 650217）

（3.云南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司 云南 昆明 650031）

（4.中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所 湖北 武漢 430071）

（5.中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100000）

0 引言

地錨式懸索橋通過錨碇承受主纜傳遞的橋梁荷載，重力式錨碇，適用地層廣泛，在作業(yè)允許條件下，經(jīng)常作為地錨選型[1-3]；其缺點在于施工作業(yè)面大，開挖造成的環(huán)境改變較大，錨碇體型龐大[4-5]。重力式錨碇設(shè)計理論簡單，但其承載機制是科學(xué)評價、理論提升、挖潛增效和安全控制的基礎(chǔ)，仍需重視。

當前重力式錨碇的設(shè)計和評價主要依托懸索橋和橋涵設(shè)計規(guī)范[6-7]，評價指標主要包括：材料強度、地基承載安全、變形穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全（抗滑移穩(wěn)定性系數(shù)和抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)）。設(shè)計計算主要是依托錨碇的重量和地基的摩擦承載實現(xiàn)抗滑控制。研究主要集中在現(xiàn)場試驗測定準確的混凝土-地基摩擦參數(shù)[8-10]；數(shù)值仿真計算結(jié)構(gòu)應(yīng)力、基底應(yīng)力、變形和抗滑移穩(wěn)定性系數(shù)，系統(tǒng)評價結(jié)構(gòu)安全[11-15]；模型試驗評估結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計條件[16-17]。問題在于沒有考慮結(jié)構(gòu)與地基的協(xié)同作用，不同評估指標之間沒有考慮協(xié)調(diào)一致，即極限或者安全的標準不同，協(xié)調(diào)統(tǒng)一且適用于錨碇自身特征的指標及標準是探索的終極目標。

依托香麗高速公路虎跳峽金沙江大橋麗江岸重力式錨碇工程，利用勘察和設(shè)計提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在規(guī)范提供的評價指標和計算方法下，探討了不同評價指標的極限特征和安全標準，綜合論證了錨碇的穩(wěn)定性，為同類錨碇的安全評價提供參考，也為適用于錨碇自身特征的指標及標準進行了敏感性排序和敏感參數(shù)建議。

圖1 單塔單跨地錨式懸索橋剖面

1 工程概況

1.1 香麗虎跳峽金沙江大橋概況

主橋為766m 獨塔單跨地錨式鋼桁梁懸索橋，索塔為鋼筋混凝土門型塔，下游塔柱高153.3m，上游塔柱高137.3m。主橋加勁梁為鋼桁架，橋?qū)?6m，公路-Ⅰ級汽車荷載。麗江岸采用擴大基礎(chǔ)重力式錨碇，香格里拉岸采用隧道式錨碇。地震基本烈度：Ⅷ度。地震動峰值加速度：0.3g。

勘察單位根據(jù)鉆探、平硐試驗和現(xiàn)場試驗綜合確定了設(shè)計所需計算參數(shù)，見表1。

表1 設(shè)計所需計算參數(shù)

1.2 麗江岸重力式錨碇

麗江岸重力式錨碇見圖2。最不利荷載組合主纜力4.0×105kN，錨碇總重量約2 009 450kN，錨碇總長度72m，寬度50m。結(jié)構(gòu)地基摩擦系數(shù)0.59。

抗滑動穩(wěn)定性系數(shù)ka>2.0，抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)kc>3.0，水平變形值不大于76.6mm（萬分之一主跨），豎向位移不大于153.2mm（萬分之二主跨），基底應(yīng)力小于地基容許承載力。

利用CAD 的質(zhì)心求解命令，求取幾何圖形的質(zhì)心（40.8，13.9），由于對稱性x 方向的位置求解準確，不同力的大小和力臂信息統(tǒng)計列于表2。

根據(jù)《公路懸索橋設(shè)計規(guī)范》JTG/T D 65-05-2015 第8.4.1 條規(guī)定了抗傾覆穩(wěn)定性及抗滑動穩(wěn)定性標準、第8.4.2 條規(guī)定了基底應(yīng)力安全標準、第8.4.3 條規(guī)定了變形穩(wěn)定標準。根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》JTG D63-2007 第4.4.1 條規(guī)定了抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)的計算公式；第4.4.2 條的規(guī)定了抗滑動穩(wěn)定性系數(shù)的計算公式；《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》JTG D63-2007 第4.2 條規(guī)定了偏心條件下的基底應(yīng)力計算公式，進行重力式錨碇綜合安全評價。

2 麗江岸重力式錨碇綜合安全評價

2.1 不同指標的極限分析

根據(jù)抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)公式，代入表2 參數(shù)，則得到kc=5.3，大于3.0，當前設(shè)計下，結(jié)構(gòu)抗傾覆性能安全可靠。基于偏心考慮的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)評估錨碇結(jié)構(gòu)的整體抗轉(zhuǎn)動性能及安全，可知2.2P 下kc=2.0；3.6P 下kc=1.0，即當前設(shè)計重量下，橋梁2.2P 下不再滿足規(guī)范抗傾覆要求，3.6P下會因為傾覆失穩(wěn)，即該指標揭示的極限承載。

根據(jù)抗滑動穩(wěn)定性系數(shù)公式，代入表2 參數(shù)，則得到ka=3.2，大于2.0，當前設(shè)計下，結(jié)構(gòu)抗滑動性能安全可靠。當前設(shè)計重量下，橋梁1.5P 下不再滿足規(guī)范抗滑動要求，2.6P 下會因為滑動失穩(wěn)，即該指標揭示的極限承載。

根據(jù)考慮偏心作用的基底應(yīng)力公式，代入表2 參數(shù)，則得到Pmax=634kPa，Pmin=410kPa，當前設(shè)計下，地基承載安全。當前設(shè)計重量下，橋梁3.4P 下基底會出現(xiàn)拉應(yīng)力，Pmax 依然小于中風(fēng)化板巖容許承載力1 100kPa，不再滿足基底應(yīng)力控制要求，即該指標揭示的極限承載。

假設(shè)地基為孤立的塊體，利用胡克定律，計算水平位移和豎向位移，假設(shè)水平向尺度72m，豎向72m，代入表1 和2 參數(shù)，則得到Dh=5.2mm，Dv=7.5mm，分別小于水平和豎向變形控制標準，當前設(shè)計下，變形穩(wěn)定。在不考慮地基不均勻性的前提下，變形穩(wěn)定，變形不敏感。如果考慮地基不均勻性，強風(fēng)化的模量可按0.2GPa，則1P 下，Dh=90.4mm，Dv=131.6mm，水平變形不滿足要求。

圖2 麗江岸重力式錨碇

表2 錨碇作用力系

圖3 重力式錨碇受力簡圖

表3 各指標揭示的超載極限值

各指標揭示的極限承載，考慮地基不均勻性下的變形穩(wěn)定<抗滑動穩(wěn)定性系數(shù)<地基承載安全<抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)，這也是錨碇結(jié)構(gòu)安全評價指標的敏感性。

2.2 麗江岸錨碇的綜合安全評價

麗江岸重力式錨碇在當前設(shè)計下是安全，而且麗江岸重力式錨碇基坑開挖后，一定要對基底發(fā)現(xiàn)的碎石土和強風(fēng)化板巖進行地基處理和加固處置，否則不均勻沉降可能造成結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動失穩(wěn)。

如果基底全部為中風(fēng)化板巖，各指標均滿足規(guī)范要求的橋梁荷載為1.5P；2.6P 之后滑動失穩(wěn)，3.4P 之后基底出現(xiàn)拉應(yīng)力，3.6P 之后轉(zhuǎn)動失穩(wěn)。由此可知，1.0-1.5P 可穩(wěn)妥挖掘，1.5-2.6P慎重使用，2.6-3.6P 部分指標失效。

2.3 麗江岸錨碇重量優(yōu)化

在上述基礎(chǔ)上對錨碇重量優(yōu)化，1P+0.7G 下，ka=2.2，kc=3.6，Pmax=467kPa，Pmin=243kPa；1P+0.5G 下， ka =1.5， kc =2.5， Pmax =355kPa，Pmin =131kPa； 1P +0.4G 下， ka =1.1， kc =1.9，Pmax=299kPa，Pmin=75kPa；1P+0.3G 下，ka=0.8，kc=1.3，Pmax=243kPa，Pmin=19kPa，在減重則全面失穩(wěn)。從分析可知，減重30%，則各指標均滿足規(guī)范要求；減重50%，僅抗滑動指標不滿足規(guī)范要求，其余指標均滿足規(guī)范要求；減重60%，滑動處于臨界狀態(tài)，抗傾覆指標不滿足規(guī)范要求，其余指標均滿足規(guī)范要求；減重70%，滑動、傾覆和地基均處于臨界狀態(tài)，這是需要避免的。0-30%的重量優(yōu)化是穩(wěn)妥的，50-60%需要慎重對待，錨碇不能出現(xiàn)低于40%的有效重量的情況。

3 結(jié)語

（1） 香麗高速公路虎跳峽金沙江地錨式懸索橋麗江岸重力式錨碇，在當前設(shè)計下，抗滑動穩(wěn)定性系數(shù)3.2，抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)5.3，地基承載安全?；滓坏┏霈F(xiàn)碎石土和強風(fēng)化板巖需進行地基處理，否則可能造成結(jié)構(gòu)變形失穩(wěn)。

（2） 各指標揭示的極限承載，考慮地基不均勻性下的變形穩(wěn)定<抗滑動穩(wěn)定性系數(shù)<地基承載安全<抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)。

（3） 其余設(shè)計參數(shù)不變時，0%～30%的重量優(yōu)化是穩(wěn)妥的，50%～60%需要慎重對待，錨碇不能出現(xiàn)低于40%的有效重量的情況。