《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）——第二部分桥梁《超大超深地连墙锚碇基础设计施工技术及复合受力研究》

本期项目简介

完成单位: 广东省公路建设有限公司虎门二桥分公司、 保利长大公路工程有限公司、 中交公路规划设计院有限公司、 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司、 上海远方基础工程有限公司

主要完成人: 崖岗、 陈伟乐、 徐进、 王晓佳、 李彦 兵、 姚 志 安、 张 春 声、 陈 占 力、 付佰勇、 郑伟锋、 过超、 罗超云、 朱鹏、 韩冬冬、石海洋

项目简介

　　(一)项目背景

　　自1997年虎门大桥西锚碇采用地下连续墙围护结构开始,地下连续墙围护结构在我国桥梁工程中的应用越来越多。在设计中地下连续墙仅作为围护结构,起到挡土、挡水的作用,墙体、内衬和底板并未形成一体。传统锚碇地下连续墙并不作为永久结构参与受力,即不考虑地连墙嵌岩段对锚碇基础抗倾覆、抗滑移等稳定性的影响,锚碇基础的稳定安全系数偏低,引起了工期与造价的浪费,很少有学者将地下连续墙与锚碇看成共同受力的整体结构。

　　在建筑工程中,考虑支护结构参与永久结构受力的“两墙合一冶技术发展较快,在很多高层建筑中得到了应用。但桥梁锚碇基础以水平受力为主,水平荷载巨大,与建筑工程中的竖向受力为主有很大的差别,因此对地下连续墙与底板的

　　连接构造要求更高。虎门二桥锚碇基础连续墙外轮廓直径达90m、墙厚1.5m,在项目建设之初是尺寸最大的悬索桥锚碇基础,若能考虑地连墙复合受力作用则能很大程度提高锚碇基础的安全性,地连墙复合锚碇基础在桥梁锚碇中以往尚无应用,值得深入研究。

　　(二)技术概况

　　项目基于薄壳理论推导了地基双向弹簧条件下圆形地连墙的基本微分方程,引入连续弹簧模拟环形内衬,采用增量法计入施工过程影响,提出了圆形地连墙环向刚度折减系数取值方法和计算公式,创建了一种地连墙临时结构与锚碇基础永久结构共同受力的新型结构,揭示了地下连续墙锚碇基础协同工作机理及其承载能力随工况变化演化规律,研究了复合锚碇基础设计计算方法,并形成了相应的地连墙施工技术、施工监控方法、质量检测标准等成果。

　　科技查新报告显示本研究成果在国内外具有新颖性,经中国公路学会组织的专家鉴定,本项目成果总体达到国际先进水平,已授权发明专利4项,实用新型专利3个,发表学术论文12篇,形成工法2部。

　　(三)适用范围

　　悬索桥采用地下连续墙作为围护结构并且基底位于强风化或中风化岩层的锚碇基础。

　　(四)获奖情况

　　荣获2020年度中国交通运输协会科学技术二等奖

项目创新点

　　创新点1:项目基于薄壳理论推导了地基双向弹簧条件下圆形地连墙的基本微分方程,引入连续弹簧模拟环形内衬,采用增量法计入施工过程影响,提出了圆形地连墙环向刚度折减系数取值方法和计算公式。

　　创新点2:创建了一种地连墙临时结构与锚碇基础永久结构共同受力的新型结构,揭示了地下连续墙锚碇基础协同工作机理及其承载能力随工况变化演化规律,建立了复合锚碇基础设计计算方法。

　　创新点3:形成了成槽精度高、钢筋笼下放快的“抓、钻、铣冶复合成槽工艺与高落差大断面混凝土防离析浇筑工艺,提出了一种可直接浇注成型出首开幅和闭合幅、施工效率高、成本低、防渗性能好的地连墙施工方法,有力地保证了施工质量。

　　创新点4:提出了一种基坑水平位移观测的反射装置,并对地下连续墙深层侧向变形、钢筋应力、帽梁变形、地下水位、墙外孔隙水压力、墙外土压力等进行系统的监测,结果表明:施工过程中,地下连续墙体结构的应力与变形等均满足规范及设计的要求。

同类项目比较

　同类项目比较见表 1。

应用案例

社会效益与经济效益

　　本项目在国内外桥梁锚碇基础领域首次提出地下连续墙与重力式锚碇共同受力的复合基础新型结构,预期建立的复合基础承载力计算方法与系列化设计方法将丰富桥梁锚碇基础的设计理论,通过长期监测反分析的验证,可保证项目成果的可靠性。锚碇地连墙复合基础的研究可大幅提高虎门二桥锚碇基础的稳定性安全系数,为未来悬索桥锚碇基础的规模减小与造价节省提供新的基础形式选择,在国家推进节能环保、资源节约和绿色交通的今天,具有良好的经济社会效益。

　　本项目研究成果在为虎门二桥超大跨度悬索桥建设提供技术支撑的同时,将有力推动我国大跨度悬索桥建养技术水平的进步和提高,培养高素质专业技术人才,增强我国在本领域的竞争力。