一种水平嵌入式锚碇基础的制作方法

本申请涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种水平嵌入式锚碇基础。

背景技术：

悬索体系桥梁作为大跨度桥型之一，在跨海桥梁工程中经常被采用。而锚碇作为悬索体系桥的主要受力构件，其结构类型的选择和结构尺寸的设计往往受到诸多因素的限制，如海岸生态红线、海岸地形、海岸水文地质、港口码头等。

相关技术中，在海岸斜坡地形、基岩地质条件下，通常采用重力式锚碇或隧道锚作为悬索桥主缆的锚碇基础。重力式锚碇基础是通过基底与地基的摩擦力来抵抗主缆的水平拉力，而该摩擦力等于扣除主缆竖向分力后的锚碇自重与摩擦系数的乘积，摩擦系数为常数，因此，为了抵抗巨大的主缆拉力，需要大幅度增加锚碇自重，故重力式锚碇基础的规模往往非常巨大。而规模巨大的重力式锚碇基础，除了自身结构材料用量多之外，在海岸斜坡地形采用时，还存在基坑施工山体开挖量大、边坡防护费用高、侵占海岸生态红线等问题。隧道锚是通过锚体与基岩表面的粘聚力以及嵌固作用来抵抗主缆的巨大拉力，虽然基础规模相对较小且山体开挖量也较少，但其对围岩质量要求较高，且由于条件限制，锚塞体通常需设置在水位线以下，若围岩完整性较差、透水性较强，则存在锚洞施工难度较大、风险较高以及主缆锚固系统的耐久性较差等问题。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种水平嵌入式锚碇基础，以解决相关技术中存在的基础规模大、材料用量多、山体开挖量大、施工难度和风险受基岩质量影响大，以及主缆锚固系统的耐久性受地下水影响大等问题。

第一方面，提供了一种水平嵌入式锚碇基础，包括锚体，所述锚体前端的顶面设为水平面，尾部设为倾斜面，所述倾斜面的斜率等于山体开挖坡率，所述锚体的底部设有凸台，所述凸台底面高于海平面或地下水位线；

嵌入墙，所述嵌入墙设于所述锚体的底部并位于主缆锚固系统的下方，其顶部与所述锚体底部连接，所述嵌入墙水平嵌入在基岩中；

支墩，所述支墩设于所述锚体前端的顶面上；

斜拉梁，所述斜拉梁一端与所述锚体连接，另一端与所述支墩的顶部连接；

锚室，所述锚室设于所述锚体、支墩和斜拉梁上，是由底板和护罩围成的中空立体结构，所述护罩后端与所述锚体连接，所述底板与所述斜拉梁固定连接。

一些实施例中，所述嵌入墙前端设为等厚度，后端设为变厚度，其横截面为前窄后宽的楔形；所述嵌入墙变厚度处的侧壁扩展角小于或等于30°。

所述嵌入墙沿纵向等间距设有侧向凸起，其横截面为串状；所述嵌入墙侧向凸起处的侧壁扩展角小于或等于45°。

单根所述主缆锚固系统下方设有两道嵌入墙。

所述支墩竖向设于所述锚体前端的顶面上。

所述底板下方的两侧均设有一道所述斜拉梁，所述斜拉梁中设有预应力筋，所述预应力筋的张拉方式为单端张拉，其锚固端设于所述锚体中，张拉端设于所述支墩顶部。

锚碇基础重心设于锚碇基础底面中线的后侧，且所述锚碇基础重心与所述中线的距离l1需满足以下计算公式：

l1＝(qd+0.5ql)×(cosθ×h-sinθ×l2)/g

其中：qd为悬索体系桥恒载总缆力，ql为悬索体系桥活载总缆力，θ为主缆在散索点处的入射角，h为散索点距离锚碇基础底面的竖向高度，l2为散索点距离锚碇基础底面中线的纵向水平距离，g为锚碇基础自重。

所述锚碇基础的抗滑稳定系数k的计算公式如下：

其中：k1为基底摩擦抗滑安全系数，k2为嵌入墙锚固在基岩中的抗滑安全系数，μ为基底摩擦系数，g为锚碇基础自重，q为悬索体系桥主缆总缆力，θ为主缆在散索点处的入射角，c为基岩的粘聚力，a1i为嵌入墙侧壁面积，αi为嵌入墙侧壁扩展角，a2为嵌入墙底面面积。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：可减小锚碇基础规模、节省材料用量、减少山体开挖量、降低施工难度和风险，以及避免主缆锚固系统的耐久性受地下水影响。

本申请实施例提供了一种水平嵌入式锚碇基础，由于嵌入墙设于锚体下方，其基坑施工在锚体主基坑形成后可以直接采用人工开挖或爆破成槽，施工方便且风险小；嵌入墙嵌入基岩之中，可提供锚固抗滑承载力，同时锚体自重可提供基底摩擦抗滑承载力，二者协同工作，可以有效减小锚碇基础规模，进而节省结构自身的材料用量，减少山体开挖量；另外，锚体底部设有凸台以满足锚固系统对锚固空间的要求，可避免将锚体基底面整体下移而导致基坑开挖量增加；凸台底面设于海平面或地下水位线以上，可避免地下水浸入锚体之中影响锚固于锚体凸台中的主缆锚固系统的耐久性。因此，本申请与重力式锚碇基础相比，减小了锚碇基础的规模、节省结构自身材料用量、降低了山体开挖量；与隧道锚基础相比，降低了施工难度和风险，并能确保主缆锚固系统的耐久性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种水平嵌入式锚碇基础的侧立面结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种水平嵌入式锚碇基础的正立面结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种水平嵌入式锚碇基础的平面结构示意图；

图4为本申请实施例提供的楔形锚塞体式嵌入墙的平面结构示意图；

图5为本申请实施例提供的串状锚塞体式嵌入墙的平面结构示意图。

图中：1-锚体，11-凸台，2-嵌入墙，3-支墩，4-斜拉梁，41-预应力筋，5-锚室，51-底板，52-护罩，6-主缆锚固系统，7-散索点，8-锚碇基础重心。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种水平嵌入式锚碇基础，其能解决相关技术中存在的基础规模大、材料用量多、山体开挖量大、施工难度和风险受基岩质量影响大，以及主缆锚固系统的耐久性受地下水的影响等问题。

参见图1～图3所示，本申请实施例提供的一种水平嵌入式锚碇基础，包括锚体1、嵌入墙2、支墩3、斜拉梁4和锚室5，锚体1为实心混凝土结构，其前端的顶面设为水平面，方便支墩3、锚室5等部位的施工操作；锚体1的尾部设为倾斜面，且该倾斜面的斜率与山体开挖坡率一致，其可以使锚体1尾部支承在开挖斜坡面上，减小施工阶段锚体1自重产生的基底应力，同时可以使锚碇基础的重心后移，在基底平面产生预加反向弯矩，以平衡成桥阶段主缆力在基底平面产生的正向弯矩，从而减小弯矩对基底平面前、后方应力分布的影响，使基底应力分布更为均匀；锚体1的底部设有凸台11以满足主缆锚固系统6对锚固空间的要求，可避免将锚体1基底面整体下移而导致基坑开挖量增加；凸台11底面设于海平面或地下水位线以上，可避免地下水浸入锚体1之中影响锚固于凸台11中的主缆锚固系统6的耐久性；凸台11沿横桥向设置的数量与悬索体系桥主缆数量对应，即每根主缆锚固系统6下方设置一个凸台11，凸台11的尺寸根据主缆锚固系统6的尺寸确定，确保主缆锚固系统6能够完全设置在锚体1混凝土中并具有足够的保护层厚度。

嵌入墙2为钢筋混凝土结构，沿纵桥向水平布置于锚体1的底部，并位于主缆锚固系统6的锚固范围下方，其顶部与锚体1底部连接，水平嵌入在基岩之中；嵌入墙2的基坑施工在锚体主基坑形成后可以直接采用人工开挖或爆破成槽，施工方便且风险小；嵌入墙2嵌入基岩的深度为其壁厚的2～3倍，嵌入墙2的水平截面面积根据锚体1所传递的水平剪力确定，纵向长度根据锚体1所传递的水平剪力与基岩所提供的水平承载力的平衡条件确定；另外，嵌入墙2在锚体1底面沿横桥向设置的数量与悬索体系桥主缆锚固系统6的数量相对应，优选的，单根的主缆锚固系统6的下方布置两道嵌入墙2，可使得水平剪力的传力更为直接、可靠。

支墩3为空心钢筋混凝土结构，其设于锚体1前端的顶面上；优选的，支墩3竖向设置于锚体1前端的顶面上，可以有效缩短锚体1前端的所需长度，避免锚碇基础侵占海洋生态红线。

斜拉梁4设于锚室5的底板51下方，其为预应力混凝土结构，即在斜拉梁4中设置预应力筋41，预应力筋41采用单端张拉方式进行张拉，其锚固端嵌入锚体1中，张拉端布置在支墩3顶部，在锚体1和支墩3间设置预应力斜拉梁4，可以使支墩3上所受散索鞍作用的水平分力直接传递给锚体1，降低支墩3底部的弯矩，使支墩3以受压为主。优选的，锚室5的底板51下方的左、右侧各设置一道斜拉梁4，可为锚室5的底板51和护罩52提供竖向支承。

锚室5设于锚体1、支墩3和斜拉梁4上，其包括由护罩52围成的中空立体结构以及固定于护罩52底部的底板51，护罩52的后端与锚体1连接，底板51与斜拉梁4固定连接。

整个锚碇基础重心8设于纵桥向的锚碇基础底面中线的后侧，且使锚碇基础重心8与中线的距离l1满足下式，确保了锚碇基础在成桥阶段基底所受弯矩基本为零，接近中心受压，基底应力均匀分布，且应力峰值较小；l1的计算公式如下：

l1＝(qd+0.5ql)×(cosθ×h-sinθ×l2)/g

其中：qd为悬索体系桥恒载总缆力，ql为悬索体系桥活载总缆力，θ为主缆在散索点7处的入射角，h为散索点7距离锚碇基础底面的竖向高度，l2为散索点7距离锚碇基础底面中线的纵向水平距离，g为锚碇基础自重。

整个锚碇基础的抗滑稳定系数k的计算公式如下：

其中：k1为基底摩擦抗滑安全系数，k2为嵌入墙2锚固在基岩中的抗滑安全系数，μ为基底摩擦系数，g为锚碇基础自重，q为悬索体系桥主缆总缆力，θ为主缆在散索点7处的入射角，c为基岩的粘聚力，a1i为嵌入墙2侧壁面积，αi为嵌入墙2侧壁扩展角，a2为嵌入墙2底面面积。

优选的，参见图4和图5所示，将嵌入墙2的前端设为等厚度，后端设为变厚度，在平面上形成前窄后宽的楔形锚塞体，其侧壁扩展角α1小于或等于30°；或者将嵌入墙2沿纵向等间距设置侧向凸起，使其在平面上形成串状锚塞体，其侧向凸起处的侧壁扩展角α2小于或等于45°，将嵌入墙2设计成楔形锚塞体或串状锚塞体，可以使锚体1与基岩牢固的结合成一体，大幅提高嵌入墙2在基岩中的锚固抗滑承载力。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。