天津富民桥锚碇构造设计 司振清，王英，郭会国 ５
文章编号：１００３—４７２２（２００８）０５—０００５—０３
天津富民桥锚碇构造设计
司振清，王 英，郭会国
（天津城建设计院有限公司，天津３０００７３）
摘 要：天津富民桥为单塔空间索面自锚式悬索桥，主缆在主跨自锚于主梁两侧，边跨锚固于 重力式地锚。主、边跨锚碇是本桥关键构件。主要介绍主、边跨锚碇的构造和受力特点。
关键词：自锚式悬索桥；锚碇；桥梁设计
中图分类号：Ｕ４４３．３８ 文献标志码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｎｃｈｏｒａｇｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｆｕｍｉｎ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ Ｔｉａｎｊ ｉｎ
ＳＩ Ｚｈｅｎ—ｑｉｎｇ，ＷＡＮＧ ｌｉｎｇ，ＧＵＯＨｕｉ—ｇｕｏ
（Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｒｂａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｕｍｉｎ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ Ｔｉａｎｊ ｉｎ ｉｓ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｔｏｗｅｒ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｃａｂｌｅ ｐｌａｎｅ ｓｅｌｆ—ａｎｃｈｏｒｅｄ ＳＵＳ— ｐｅｎｓｉｏｎ ｂｒｉｄｇｅ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃａｂｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｒｉｄｇｅ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｐａｎ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｓｅｌｆ－ａｎｃｈｏｒ ａｔ ｅａｃｈ ｓｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｇｉｒｄｅｒ，ｔｈｅ ｃａｂｌｅｓ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｓｉｄｅ ｓｐａｎ ａｒｅ ｔｏ ａｎｃｈｏｒ ａｔ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｇｒａｖｉｔｙ ａｎ— ｃｈｏｒａｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｃｈｏｒａｇｅｓ ａｔ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｍａｉｎ ａｎｄ ｓｉｄｅ ｓｐａｎｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ
ｔｈｅ Ｂｒｉｄｇｅ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｏｒｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｃｈｏｒａｇｅｓ ａｔ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｍａｉｎ ａｎｄ ｓｉｄｅ ｓｐａｎｓ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｄｅａｌｔ ｗｉｔｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｌｆ—ａｎｃｈｏｒｅｄ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｂｒｉｄｇｅ；ａｎｃｈｏｒａｇｅ；ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｓｉｇｎ
１工程概况 天津富民桥位于天津市中心城区，海河两岸综 合开发规划智慧城内，该工程是海河综合开发基础
设施建设的重要工程。天津富民桥主桥（下文简称 富民桥）设计为单塔悬索桥，采用了新的锚固形式：
主跨自锚，边跨地锚。采用空问缆索体系：帆形主塔 位于桥梁设计中线上，边跨缆索直接锚固在地锚上； 主跨缆索分别向外自锚于主梁两侧，吊杆自主梁外 侧与缆索相连，形成空间索面结构。跨度布置为：主 跨１５７．０８１ ｍ一跨跨越海河，边跨８６．４ ｍ跨越城
市主干道，见图１。 富民桥从主跨到边跨梁段布置依次为：预应力 混凝土箱梁段（含主跨锚碇）、钢一混凝土过渡段、钢
箱梁段、钢一混凝土过渡段、预应力混凝土箱梁段 （边跨地锚的上部）。钢箱梁段长１９３．５ ｍ，高２．３
ｍ。钢箱加劲梁采用双主梁结构，左右２幅对称布 置，标准段每幅梁宽１６．８ ｍ，中间镂空段宽５ ｍ，采 用钢箱横撑连接，全宽３８．６ ｍ。钢箱横撑宽２．３ ｍ，高３ ｍ，间距９ ｍ。钢箱梁段两端的钢一混凝土
过渡段长均为６ ｍ，高２．３ ｍ。
富民桥主缆主跨直接锚固在主梁上，边跨由于 主缆角度较大，为克服缆索上拔力采用重力式锚碇，
锚碇与主桥钢箱主梁通过钢一混凝土过渡段联系， 从而将缆索的水平力转化为梁轴力，进而可以取消 主跨庞大的地锚结构，使得桥梁形式更加紧凑、简 洁。富民桥亦突破了传统的悬索桥双塔的定式，采 用单塔的形式。
２主跨锚碇 ２．１主跨锚碇构造
在富民桥主跨，缆索过ＩＰ点后直接锚固在预应 力混凝土箱梁段上，该梁段即主跨锚碇与钢箱梁段
通过钢一混凝土过渡段相连，见图２。预应力混凝 土箱梁段长１９．８８１ ｍ，宽度从３８．６ ｍ过渡到４４．２
收稿日期：２００８—０６—３０ 作者简介：司振清（１ ９７９一）男，２００４年毕业于河海大学土木工程专业，获学士学位。
６ 桥梁建设 ２００８年第５期
图１天津富民桥主桥总体布置 Ｉ ｉ ｌ
｝． ｌ＿ Ｌ ！ ．Ｉ单位：ｃｍ
桥梁中心线 横梁 ３２０伸缩缝槽口
系粱
图２主跨锚碇结构简图 ｍ，高度从２．３ ｍ过渡到４．６ ｍ（锚固区加高）。预 Ｃ５０混凝土。纵、横向预应力束均采用标准抗拉强
应力混凝土箱梁采用和钢箱梁相同的分幅方式，每 幅预应力混凝土箱梁均为单箱４室，两幅箱梁之间
采用横梁连接。预应力混凝土箱梁顶板厚３０ ｃｍ， 底板厚２８ ｃｍ。３道中腹板均厚５５ ｃｍ，内侧边腹板 厚１２５ ｃｍ，外侧边腹板为适应主跨主缆的锚固需 要，其厚度从２ ｍ过渡到４．８ ｍ，并开槽以便缆索锚
固，见图３。腹板间净距从外向内依次为２．３，３．６， ３．６，２．３ ｍ。横隔板共３道，端横隔板（端横隔梁）厚 ５．３ ｍ，其余２道横隔板厚１．５ ｍ，横隔板间净距均为
５．８ ｍ。缆索经散索套后直接锚固在端横隔板的两端。 预应力混凝土箱梁采用纵横双向预应力体系，
图３主跨主缆锚固区结构立体示意 度１ ８６０ ＭＰａ、公称直径为１５．２ ｍｍ的高强度低松 弛钢绞线。预应力束均按直线布置，见图４。纵向 预应力束配置在箱梁的顶、底板内，顶板预应力束间 距为６０ ｃｍ，每束８根。底板预应力束间距为８５ ｃｍ，每束１２根。横向预应力束布置在横隔板内，中 间横隔板上顶、底部均布置５束间距为２６ ｃｍ的预 应力钢束，顶部每束２２根钢绞线，底部每束８根。 顶、底部钢束到混凝土边缘的距离均为３０ ｃｍ。端 横隔板在整个截面上配置４７束预应力钢束，每束有
８根钢绞线。 根据主桥的受力情况及锚固区局部的受力需 要，在ＩＰ点附近及端横隔板处均设置支撑，见图２。 前一支撑采用单排三柱式墩，其下为钻孑Ｌ灌注桩基
础，后一支撑采用桩柱的形式。 主跨主缆锚固系统采用１２７丝 ５平行钢丝冷
铸锚形式，每侧采用３７套冷铸锚具，共７４套。管道
采用４２４５的不锈钢管，其内灌油对索股平行钢丝进 行防护。锚块的前后均预留检查空间以供日后检 ０∞ ｎ
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纵向钢束布置平面
铜与 桥梁中心线 横向钢束布置平面
牛腿
图４主跨自锚端预应力混凝土梁段预应力钢柬布置 修、维护所用。在前后锚室内各设１台自动控制抽
湿机长期对锚室进行除湿，以保持室内相对湿度在 ４Ｏ ９／６以下。前后锚室钢罩均采用不锈钢板材。对锚
体混凝土进行防护处理，全面喷涂增强型渗透结晶 型混凝土防水剂，防止索股钢丝锈蚀。 ２．２主跨锚碇的设计分析
对于悬索桥设计，主缆的锚固是关键问题之一， 对于自锚式悬索桥更是如此。主缆的拉力要通过散
索区传递给混凝土，散索区是主缆的锚固端，在ＩＰ 点缆索有转角，缆索密集，受力复杂，导致此处配置
了较多的预应力钢筋、局部承压钢筋、主梁受弯钢 筋、受剪钢筋和构造钢筋，并且有钢管和钢板。该部 位配筋密集、配筋种类繁多、锚下应力集中、混凝土
易开裂，使得该部位受力不明确，不易于计算分析。 锚固段预应力混凝土箱梁设计采用传统的简化 计算方法。主缆拉力作用点在后锚板的形心，即作 用在端横隔梁上，在主跨缆索拉力作用下，混凝土箱 梁简化为纵横梁格结构，使得传力简洁，在桥面荷载 作用下，仍按混凝土箱梁设计。在主缆锚固区，按牛
腿的受力模式设计，并采用有限元分析，混凝土采用 体单元、预应力钢筋采用杆单元模拟，以此分析出锚
固区域的应力分布和应力的传递，为配筋提供依据。
３边跨锚碇 ３．１边跨锚碇构造 为克服主缆产生的上拔力，将富民桥边跨设计
为重力式锚碇，锚碇和箱梁段做成一个整体，并通过 钢一混凝土过渡段与钢箱梁相连。边跨锚碇采用预
应力混凝土结构，长１４．３ ｍ，下部宽１１．４ ｍ，上部 宽２３ ｍ，高约１ｌ ｍ。上部钢筋混凝土箱梁长
１８．０４４ ｍ，宽３４．Ｏ２～３５．１２ ｍ，高约２ ｍ。边跨锚 碇示意见图５。
心线
图５边跨锚碇示惹 边跨锚固端锚固系统由索股锚固拉杆和预应力
锚固钢束构成，在锚碇中张拉预应力钢绞线，以接长 张拉杆实现预应力钢绞线与主缆索股的过渡连接，
并能够满足施工过程中对主缆张拉及长度的调整。 每根索股对应２根直径７５ ｍｍ的拉杆和１根１６￣
１５．２规格的钢束，拉杆与锚固预应力束采用与索股 相同的安全系数２．５控制，锚固预应力束张拉应力 取７Ｏ 的公称破断力即１ ３０２ ＭＰａ，保证在各种使
用荷载作用下，锚固预应力锚板和锚块之间始终处 于受压状态。 边跨锚碇预应力管道采用不锈钢管真空灌浆对
索股平行钢丝进行防护，并定期检查、更换前锚面处 油脂。在前锚室内设２台自动控制抽湿机长期对锚
室进行除湿，保持室内相对湿度在４Ｏ 以下。锚室 钢罩采用不锈钢板材，并对锚体混凝土进行防护处 理，全面喷涂增强型渗透结晶型混凝土防水剂，防止 索股钢丝锈蚀。 ３．２边跨锚碇设计分析
边跨锚碇为重力式锚碇，设计十分成熟，受力较 主跨自锚明确，在借鉴以往设计经验的基础上，采用 体单元对整个锚碇作简单的有限元分析，明确锚下
应力的传递和扩散规律，以利于结构配筋计算。通
过ＭＩＤＡＳ Ｃｉｖｉｌ自带的内力输出功能，把体单元的 应力转换为截面的内力，输出控制截面的内力数据，
以供设计使用。
（下转第２３页）
天津富民桥超长钻孔灌注桩群桩的施工控制 郭宇航，罗生海，李华，李飞 ２３
表１ 不同地层泥浆控制指标
３．５混凝土灌注 钻孔桩混凝土灌注时，应及时掌握孔内混凝土 面上升的高度及导管插入深度。测定每个混凝土面 位置应取２个以上的测点。测绳受拉伸、湿度等因
素影响，所标长度变化较大，须经常校正。灌注混凝 土必须连续进行，否则先浇灌进去的混凝土达到初
凝，将阻止后浇灌的混凝土从导管中流出。施工中， 混凝土灌注速度应尽可能地快一些，终止灌注混凝
土前，须确定混凝土面真实高度，以见到混凝土中粗 骨料为准。 孔径越大，首批灌注的混凝土量越多。由于混 凝土量大，搅拌时间长，可能出现离析现象。首批混 凝土在下落过程中，由于和易性变差，受的阻力变
大，常出现导管中堵满混凝土，甚至漏斗内还有部分
混凝土的情况，此时应加大设备的起重能力，以便迅 速向漏斗加混凝土，然后再稍拉导管，若起重能力不
足，则应用卷扬机拉紧漏斗晃动，使混凝土顺利下滑 至孔底，下满后，继续向漏斗加入混凝土，进行后续 灌注。在后续灌注中，当出现非连续性灌注时，漏斗
中的混凝土下落后，应牵动导管，并观察孔口返浆情 况，直至孔口不再返浆，再向漏斗中加入混凝土。牵
（上接第７页）
４结语
天津富民桥设计新颖，受力复杂，主、边跨锚碇 动导管的作用如下： （１）有利于后续混凝土的顺利下落，否则混凝
土在导管中存留时间稍长，其流动性能变差，与导管 间摩擦阻力随之增大，造成水泥浆缓缓流坠，而骨料
都滞留在导管中，使混凝土下落困难，导致断桩。同 时，由于粗骨料间有大量空隙，后续混凝土加入后形 成的高压气囊，会挤破管节间的密封胶垫而导致漏 水，有时还会形成蜂窝状混凝土，严重影响成桩质量。
（２）牵动导管有助于混凝土向周边扩散，加强 桩身与周边地层的有效结合，增大桩体摩擦力，同时
加大混凝土与钢筋笼的结合力，从而提高桩基承 载力。 在混凝土灌注后期，由于孔内压力较小，致使上 部混凝土不如下部密实，这时应稍提漏斗增大落差。
以提高密实度。受混凝土初凝时间的限制，必须合 理地加快灌注速度，这对提高灌注质量十分重要，因
此应做好灌注前的各项准备工作，以及灌注过程中 各道工序的配合工作。
４结 语
天津富民桥工程钻孔灌注桩基础施工周期共３
个月，结合施工特点重点对主塔及重力式锚碇钻孑Ｌ
灌注桩基础进行了施工控制，保证了工程的顺利进
行，且取得了良好的效果。主塔基础共计４９根灌注
桩，经超声波检测均为工类桩，成桩效果较好。
是本工程的关键点之一。在锚碇结构设计中，综合 采用了传统的简化计算方法与有限元分析方法。该
桥已于２００８年６月建成通车。希望本桥锚碇结构
的设计可以为今后同类型的桥梁建设提供参考。