中、小跨径人行悬索桥桩锚锚碇设计

中、小跨径人行悬索桥桩锚锚碇设计

王伟伟

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650216）

摘  要：人行悬索桥中采用桩锚锚碇的案例很少，但是当受地形、地貌以及地质条件限制时，桩锚锚碇在中、小跨径人行悬索桥中也具有一定的优势。本文讨论中、小跨径人行悬索桥可以采用的锚碇形式以及各种锚碇形式的优缺点，通过实际案例分析桩锚锚碇的可行性，为类似桥梁设计提供参考。

关键词：人行悬索桥；锚碇；桩锚；基础；桥梁设计

1概述

随着经济的飞速发展，我国旅游资源开发展也在如火如荼的进行中，很多风景名胜区中均处于深山峡谷之中，为吸引游客，景区会巧妙利用景区中的山川河流，打造各式各样的旅游观光项目，比如溜索、缆车、高空自行车、索道桥、人行悬索桥等跨越河流、深山、峡谷，其中人行悬索桥尤为吸引游客，比如采用了玻璃桥面、格栅桥面的人行悬索桥给人以通透、刺激的体验，颇受广大游客的青睐。自张家界景区云天渡人行悬索桥成功运营以来，国内掀起了一波修建人行悬索桥浪潮。

随着我国科技发展，新技术、新材料、新工艺、新设备在人行悬索桥中得到了大量应用，使得人行悬索桥的发展已经较为成熟。桥梁造型、结构形式也有很多类型，而且修建人行悬索桥会遇到各式各样的地形、地貌及地质条件，若地质条件较好，可采用隧道锚、岩锚；若场地开阔，可以选择重力式锚碇。但是在山坡陡峭、地质条件差的地区，采用尺寸较小的桩锚锚碇更加经济、适用。

2中、小跨径人行悬索桥可选锚碇及各自优缺点

中、小跨径人行悬索桥可以采用的锚碇形式有重力式锚碇、隧道式锚碇和岩锚，桩锚。

（1）重力式锚碇

通过设置基础或直接将锚体设置在地基上，完全靠自重或以自重为主来平衡主缆拉力的锚碇为重力锚。主缆拉力通过锚固系统传给锚体，再通过锚体经基础或直接传给地基，通过锚体或基础与地基接触面之间的摩阻力，以及锚前岩土水平抗力来平衡主缆拉力的水平分力。重力锚从受力机理上可分为完全重力锚和重力嵌岩锚。当从适用性来讲，重力锚几乎使用于所有场合。重力式锚碇结构简单、刚度大、施工简便、受力明确，能承受较大的垂直荷载和水平荷载。但是重力式锚碇尺寸大、自重大，对地基承载力要求较高。

（2）隧道锚

当锚碇处地形地质等自然条件较好时，在山体开挖隧洞，将混凝土锚板或锚块（称锚塞体）设置于隧道底部，锚块嵌固在隧洞中与岩体形成整体抵抗主缆拉力，即隧道锚。主缆通过锚固系统将拉力传递给锚塞体或锚体，再通过锚塞体与隧道岩体的黏结力传递给周边围岩或通过锚板以压力形式直接传给岩体，从而实现主缆索股的锚固。隧道锚构造相对复杂、施工较繁琐。隧道锚适用于地质条件良好、地形有利于全桥总体布置的场合。

（3）岩锚

当地质条件很好，结合全桥整体布置，将主缆索股通过钢筋锚杆或预应力锚索等锚固构造直接锚于山体的锚碇称岩锚，如瑞典海岸大桥的锚碇即采用岩锚。岩锚与隧道锚的主要区别在于：隧道锚是将主缆索股通过锚固系统集中在一个隧洞内锚固，隧洞内浇筑混凝土形成锚塞体；而岩锚则将锚固系统的预应力筋分散设置在单个岩孔中锚固，不需浇筑混凝土锚塞体，高质量的岩体替代了锚塞体，因此节省了材料。岩锚适用于地质条件极好、岩体完整、强度高，且地形满足全桥总体布置要求的场合。岩锚在大跨径悬索桥种的应用很少。

（4）桩锚

桩锚采用群桩形式，桩顶设置承台和锚块。大跨径悬索桥锚碇基础完全采用钻孔桩基础形式在我国尚未见实例，仅在某些桥梁的锚碇方案设计中涉及，如武汉阳逻长江公路大桥初步设计悬索桥南锚碇方案。由于钻孔桩基础刚度较差，在大跨度悬索桥锚碇中受力不如其他基础稳妥可靠，因此很难作为独立的基础被使用。但是中、小跨度人行悬索桥锚碇受到的水平力及竖向力较小，也可以选择桩锚形式，只是经济性较差。

3丙中洛人行悬索桥地形、地貌及地质条件

本文引用的丙中洛人行悬索桥位于怒江州贡山县丙中洛镇，桥梁跨越深切河谷，桥址区地形较陡，河谷自然坡度约40～60°。整个场地覆盖层主要为古泥石流及冰川堆积的冲洪积砂卵砾石及漂卵砾石混砾砂层，根据地面调查和钻探成果资料，表层0~8m为坡洪积黏性土层，其下有约16m厚的砂卵石层，胶结较好，中密-密实状态，局部夹漂石，力学性质一般；其下为3~5m厚强风化板岩；再往下为中等风化板岩。

4丙中洛人行悬索桥锚碇形式选择

由于桥梁左、右岸均存在永久基本农田，故只能将桥位选在河谷中部，以避免人行悬索桥锚碇基础占用两岸永久基本农田。综合各种因素，丙中洛人行悬索桥的方案如下：

主跨为115m简支悬索桥，矢高11.5m，矢跨比为1/10。主缆采用PESC5-127、公称抗拉强度为1670MPa的成品索，主缆间距3.0m，每根主缆设置45根吊索，吊索顺桥向间距为2.5m；桥面净宽为2.0m；人群荷载：3.5kN/m2；桥塔为钢筋混凝土实心塔柱，桥塔基础为承台桩基础。

地质钻孔显示该处中风化基岩埋深约30m，基岩埋深较深，且地质条件较差，由上文可知本桥不能采用隧道锚、岩锚。若采用重力式锚碇，锚碇尺寸较大，锚碇基础开挖对陡峭边坡扰动较大，需要对边坡进行支护，甚至产生边坡塌方等问题，所以也不能选择重力式锚碇。

图1 丙中洛人行悬索桥桥型图（单位：cm）

本文引用的115m跨度的桥梁为典型的中、小跨度人行悬索桥，经计算，左右岸锚碇所需承受最大水平力约2000kN，分析可知该桥锚碇所需承受的水平力并不大，综合考虑地形、地貌以及地质条件因素，本桥左、右岸主缆锚碇采用桩锚锚碇，桩锚采用四根直径1.5m的嵌岩桩，桩顶设置7m（长）×6m（宽）×2m（厚）承台，承台顶部设置厚1.5m的锚块。

经计算分析：桩锚抗倾覆、抗滑动稳定性均能满足要求；运营阶段锚碇最大水平变位为6mm，满足不大于0.0001倍主跨跨径（0.0001×115000mm=11.5mm）的规范要求；运营阶段的桩基轴向承载力、桩基截面承载力、桩基截面抗裂验算等均满足规范要求。故本桥采用的桩锚锚碇是合理可行的。

5结语

本文介绍了中、小跨度人行悬索桥采用桩锚锚碇的案例，通过本文的分析，可以得出桩锚锚碇的主要优势有：在陡峭V型山谷且地质条件较差的地区修建中小跨度人行悬索桥时，桩锚锚碇尺寸较小，锚碇顶部承台甚至可以做成高桩承台的形式，如此可以减少对边坡的开挖扰动，可以大大减少边坡的支护工程量，在这种情况下比重力式锚碇、隧道锚、岩锚更具优势。本文结果可为同类桥梁提供设计参考。

参考文献：

[1]万田保.张家界大峡谷异型玻璃悬索桥设计关键技术［J］.桥梁建设,2017,47(1):6-11.

[2]孟凡超,王仁贵,徐国平.公路桥涵设计手册：悬索桥[M].北京:人民交通出版社,2011.

[3]中华人民共和国交通运输部.公路悬索桥设计规范:JTG/TD65-05-2015［S］.北京:人民交通出版社,2015.

[4]雷俊卿,郑明珠,徐恭义.悬索桥设计[M].北京:人民交通出版社,2002.