龍潭長江大橋北錨碇設計與施工

胡川開

（華設設計集團股份有限公司，南京 210014）

1 工程概況

龍潭長江大橋位于長江南京段與鎮揚段分界處， 距離上游南京長江四橋約16.8 km， 距離下游潤揚大橋約28.6 km。主橋采用雙塔單跨吊鋼箱梁懸索橋，主纜跨度布置為615 m+1 560 m+552 m，全橋共設2 根主纜，主纜橫向間距為34.8 m，主纜矢跨比1/9，加勁梁采用流線形扁平鋼箱梁，橋塔為混凝土門式塔，鉆孔灌注樁基礎，北錨碇為圓形地下連續墻基礎，南錨碇為矩形沉井基礎。 本文主要介紹龍潭長江大橋北錨碇設計與施工。

2 工程地質與水文

根據工程詳勘資料，北錨碇場區內土層從上至下依次為：素填土、粉質黏土、含卵礫石中粗砂、殘積土、弱膠結含礫砂巖及弱膠結砂巖（半成巖）。 地勘試驗結果給出的弱膠結含礫砂巖、弱膠結砂巖的承載力容許值均為500 kPa。 場區地下水位基本位于地面以下0.5 m，含卵礫石中粗砂層滲透系數K=4.0×10-3cm/s，為中等透水層，富水性較好，上下層粉質黏土和殘積土均為弱透水層，含卵礫石中粗砂層為承壓水層，水量較大，與長江水水力聯系密切， 基坑計算時需重點考慮開挖時承壓水層引起的突涌等現象。 弱膠結含礫砂巖和弱膠結砂巖巖石成巖作用差，礫巖多呈砂礫土狀，局部呈黏性土，均勻性較差，下部弱膠結砂巖較均勻，可做錨碇擴大基礎持力層。 弱膠結含礫砂巖層滲透系數K=5.5×10-5cm/s，為弱透水層，富水性差；弱膠結砂巖滲透系數K=8.0×10-5cm/s，為弱透水層，富水性差。

3 弱膠結含礫砂巖承載力深度修正試驗研究

弱膠結含礫砂巖（半成巖）似土非土、似巖非巖，同時具有土和巖的特征， 國內現行各種規范對它的承載力如何確定尚未做出明確規定?，F行JTG 3363—2019《公路橋涵地基與基礎設計規范》規定只有強風化和全風化的巖石，可參照所風化形成的相應土類取值，進行地基寬度和深度修正，其他狀態下的巖石不修正，故依據規范弱膠結含礫砂巖（半成巖）的承載力不能進行修正。

由此開展了現場原位深層載荷試驗[1-3]，采用雙套管逐級加載方案，即通過直徑0.8 m 內套管柱將荷載傳遞到深部地基土層，加載獲取深部地基土的地基承載力。 試驗在錨址選取3處有典型地層位置作為試驗點，得到了試驗的荷載-沉降曲線結果，詳見圖1 與表1。 經過綜合分析論證最終地基承載力基本容許值取2 466 kPa，并依據此試驗結果進行錨碇設計。

表1 各試驗點承載力基本容許值表kPa

圖1 各試驗點荷載- 沉降曲線

同時，結合錨碇基礎選型與變位研究專題，通過有限元數值模擬了載荷試驗加載過程，驗證了試驗數據，與深層載荷試驗相吻合，得到了經深度修正后的地基承載力容許值[fa]與深度h之間的計算公式：

式中，k2為基地深度修正系數；γ2為土層的換算土重。

基坑開挖完成后，進行了基底淺層平板載荷試驗，驗證了錨碇基坑底部的地基承載力基本容許值[fa0]，與深層載荷試驗相吻合。通過試驗和專題研究，成功解決了半成巖地基承載力深度修正問題， 成果直接應用于施工圖設計。 錨碇節省混凝土達2.45 萬m3（16%），顯著減小了基礎規模，創造了良好的經濟效益。

4 北錨碇結構設計

北錨碇整個錨體平面呈U 形，尾部橫向寬54.0 m，前端分離，每側橫向寬為14.6 m，錨體順橋向全長67.3 m。 基礎采用外徑72 m， 壁厚1.5 m 的圓形地連墻基礎加環向鋼筋混凝土內襯支護結構。 大纜橫橋向上下游中心線距離為34.8 m。

4.1 錨體設計

錨體從結構受力和功能上分為錨塊、 散索鞍鞍部、 前錨室、縱橫向后澆段、壓重塊及錨體裝飾塊。 其中，鞍部采用空心薄壁結構，壁厚為3.0 m。 錨塊為承受主纜力的主要結構，采用實體混凝土。 前錨室側墻厚1.5 m，端墻厚1.0 m；頂蓋采用預制空心板梁結構；后錨室橫向寬14.2 m，錨室端墻設置有主纜穿孔，其位置可根據實際情況局部進行調整。

4.2 地下連續墻設計

地連墻采用液壓銑槽機分期進行成槽施工，共劃分50 個槽段，Ⅰ、Ⅱ期槽段各25 個，交錯布置。 Ⅰ期槽段采用三銑成槽，共長6.559 m，邊槽長2.8 m，中間槽段長0.959 m；Ⅱ期槽段長2.8 m，一銑成槽。 槽段連接采用銑接法Ⅰ、Ⅱ期槽孔在地連墻軸線上的搭接長度為25 cm。

導墻設計成倒“L”形，墻間距離為1.6 m，墻高2.1 m，墻寬1.7 m，墻厚0.5 m。 導墻的縱向分段與地下連續墻的分段接頭錯開。 地連墻施工完成后需拆除導墻，以便帽梁施工。

帽梁為鋼筋混凝土圓形結構， 地連墻頂部深入帽梁10 cm，頂部豎向鋼筋全部伸入帽梁，與帽梁相連。帽梁懸出地連墻內側1.5 m，外側1 m，帽梁總寬度4.0 m，高2.5 m。

內襯施工層高取2 m、3 m 和3.5 m。各層內襯底面設置成11.3°的斜坡，下層內襯與上層內襯結合面采用自密實混凝土，根據受力不同，內襯厚度沿豎向采取分段變厚方式設置。 帽梁頂以下7 m 深度范圍厚1.5 m，施工層高為（3+2+2）m；7～13 m深度范圍厚2 m，施工層高為（3+3）m；13～22.5 m 深度范圍厚2.5 m，施工層高為（3+3+3.5）m。 在地連墻施工時預埋鋼筋連接器，內襯鋼筋通過連接器與地連墻相連。

基礎設置6 m 厚頂板、6 m 厚底板和10 m 高混凝土填芯，在基礎前半部填芯設置16 個6 m×6 m 空倉， 基底設置0.5 m厚素混凝土墊層。 底板采用鋼筋混凝土結構， 通過鋼筋與內襯、填芯混凝土連成整體。 頂板通過鋼筋與帽梁、內襯及填芯混凝土連成整體。 頂、底板之間采用混凝土進行填充，填芯混凝土與內襯、底板和頂板間鋼筋需連接。

5 錨碇計算分析

5.1 北錨碇總體計算

依據全橋總體計算結果， 最不利工況下錨碇基底應力和穩定性計算結果見表2。經驗算錨碇在施工階段和運營階段應力、穩定性均滿足規范要求。

表2 錨碇基底應力、穩定計算結果

5.2 地連墻內力及變形分析

采用GTS 建立三維有限元模型，建立有限元模型，模擬實際施工過程， 經驗算地連墻主拉應力0.65 MPa， 主壓應力1.97 MPa，地連墻的內力和變形值均在合理范圍內，滿足規范要求。

5.3 基坑穩定性計算分析

根據JGJ 120-2012《建筑基坑支護技術規程》進行基坑整體穩定驗算、抗傾覆驗算、抗隆起驗算和抗滲流穩定性驗算，驗算結果見表3，均滿足要求。

表3 基坑穩定性驗算結果表

6 錨碇施工

6.1 地下連續墻、帽梁施工

地下連續墻施工順序： 場地平整及黏性土層水泥攪拌樁—導墻—地連墻成槽—清孔—下鋼筋籠—插入導管—澆筑水下混凝土—循環下一槽段施工—地連墻墻底注漿—帽梁施工。 覆蓋層上層黏性土層具有低強度、高壓縮性，為避免地下連續墻成槽時產生縮徑和坍塌， 在地連墻兩側黏性土層高度范圍內采用水泥攪拌樁加固。 開挖導墻位置基坑，分段綁扎鋼筋、安裝導墻模板，澆筑導墻，直至導墻閉合成圓。 地連墻成槽采用間隔式施工，連續施工間隔至少一個單元槽段，先施工Ⅰ期槽，再施工Ⅱ期槽。 成槽過程中槽內采用泥漿護壁，防止槽壁坍塌。 成槽過程中槽內泥漿液面保持高于地下水位1.5 m以上。Ⅱ期槽成槽后，兩側已施工完成的Ⅰ期槽槽壁上附著的泥皮需用專用工具刷洗干凈， 以防止槽段接縫連接不密實導致接縫滲水。 槽段成槽檢測沉渣厚度小于10 cm，可進行鋼筋籠和導管下放，Ⅰ期槽需設置2 根導管，Ⅱ期槽設置單根導管基坑，導管下放完成后要進行反循環二次清孔。

6.2 基礎開挖、填筑施工

基礎開挖采用盆式開挖法， 邊開挖邊施工環型混凝土內襯，開挖時分區對稱進行，坑內水位控制在開挖面以下小于1 m，以防止地連墻產生過大應力。 各區段開挖后，應在36 h內完成內襯混凝土的施工， 待內襯混凝土強度達到設計強度的80%后，才能開挖下一層土體，嚴禁超前開挖土體。 淺層土體開挖時，利用馬道進入基坑運輸開挖出的土方；深層土體開挖時，利用長臂挖機或塔吊配合取土斗取出土方。 基坑開挖完成后，需盡快施工基礎墊層，縮短基底暴露時間。

6.3 錨體、錨固系統施工

錨塊、壓重塊屬于大體積混凝土，為防止大體積混凝土發生溫度裂縫，其混凝土采用低水化熱混凝土配合比，綜合考慮錨體結構、模板設計、混凝土供應能力及混凝土水化熱影響分層分塊澆筑。 錨體采用單側懸臂模板施工， 單層施工高度2.3 m，分前、后、左、右4 個區塊開展施工，交接處設置2 m 寬后澆帶，以減小混凝土收縮應力。 錨體大體積混凝土內部設置冷卻循環水，降低混凝土芯部溫度。

錨塊施工時，預埋錨固系統支架預埋件，支架立柱焊接在預埋件上， 立柱間通過橫梁和縱向連接系連接， 形成穩定結構，錨固系統后端支在型鋼支撐上，前端靠在支架橫梁上，通過橫梁上的托座調節和固定。施工時澆筑一層錨塊混凝土，安裝一層錨固系統支架，安裝一層錨固系統，再澆筑一層錨塊混凝土。

7 結論與展望

龍潭長江大橋北錨碇是國內首個半成巖上的大直徑地連墻基礎錨碇，基底持力層為弱膠結含礫砂巖（半成巖），開展了現場原位深層載荷板試驗， 結合錨碇基礎選型與變位研究專題，成功解決了半成巖地基承載力深度修正問題，成果直接應用于施工圖設計， 填補了國內規范空白， 錨碇節省混凝土達2.45 萬m3（16%），顯著減小了基礎規模，創造了良好的經濟效益。 同時進行了錨碇精細化結構設計與分析。 計算結果表明，錨碇基底應力及穩定性、地連墻變形及應力、基坑穩定性等均滿足規范要求。 北錨碇于2021 年6 月開始導墻施工，2023 年5月施工結束。 為類似錨碇設計和施工提供了參考和借鑒。