【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁工程，尤其是一种适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法。
技术介绍
1、悬索桥具有跨越能力大、造型美观、受力明确等优点，因此在大跨度桥梁的选型时往往被优先考虑。悬索桥通常由桥塔、锚碇、主缆、吊索及主梁等主要部分组成。其中，锚碇是主缆索的锚固体，主要作用是将主缆的拉力传递至地基，其承载能力及可靠性至关重要。
2、悬索桥大多采用重力式锚碇，重力式锚碇一般由锚体和基础组成，其依靠自身较大的重力来抵消主缆的竖向分力，而水平分力则由地基与锚碇基础之间的摩阻力来抵消。其中，锚碇的关键设计在于锚碇在主缆的拉力作用下的抗滑稳定性系数和抗倾覆稳定性系数。
3、然而，实际工程中常遇到的复杂山区地形，例如山区峡谷地区，具有地形地势陡峭，岩层起伏变化大，节理裂隙发育，岩体裂隙水丰富等特点，传统方式设计的重力式锚碇存在以下问题：
4、1、锚碇基底通常需选择风化程度更低、完整性更好的岩层作为持力层，但由于山区地质岩层纵横向起伏较大，为了锚碇基底均到达持力层，导致锚碇基础埋深较深，山体开挖较大，周边环境破坏较大，同时，基坑开挖形成的高边坡安全隐患也较大。
5、2、由于山体裂隙水丰富，常规山区重力式锚碇未考虑排水设计，锚碇基坑开挖及肥槽回填后，雨水入渗因排水不畅致使地下水雍高，形成水盆效应，对锚碇产生向上浮力，将严重影响锚碇受力安全。为了抗浮地下水抵抗巨大的主缆的拉力，需要大幅度增加锚碇的重量，故锚碇基础的规模往往非常巨大，不符合集约型社会发展的标准。
6、3、已建成的大部分悬索桥
7、鉴于此，有必要提出一种适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法以解决或至少缓解上述缺陷。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，以解决现有技术中锚碇设计存在锚碇体积大、基坑开挖量大以及未考虑排水设计导致养护繁琐的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，包括以下步骤：
3、s1，按照锚碇体积最小和基坑开挖量最小的原则确定所述锚碇的基本最小尺寸，得到锚碇的当前设计构造；
4、s2，计算所述锚碇的当前设计构造在所处区域的抗滑移安全系数和抗倾覆安全系数，并判断所述抗滑移安全系数是否大于第一预设阈值，以及判断所述抗倾覆安全系数是否大于第二预设阈值中的两项是否同时成立；若否，进入步骤s31~s34；若是，进入步骤s35；
5、s31，在所述抗滑移安全系数大于第一预设阈值、以及所述抗倾覆安全系数大于第二预设阈值中的任一项不成立时，判定所述锚碇的当前设计构造不满足设计要求，对所述锚碇所处区域进行排水设计，以降低所述锚碇所处区域的地下水位；
6、s32，获取所述锚碇在所处区域的设计水位，并判断所述设计水位是否低于或等于锚碇最小设计标高；
7、s33，在所述设计水位低于或等于锚碇最小设计标高时，按照预设体积增量增加所述锚碇的体积，再返回步骤s2；
8、s34，在所述设计水位高于锚碇基底最小标高时，继续对锚碇所处区域进行排水设计，使得所述锚碇在所处区域的地下水位继续下降，再返回步骤s2；
9、s35，判定所述锚碇的当前设计构造满足设计要求。
10、优选地，所述步骤s1具体包括以下步骤：
11、建立桥梁总体模型，并根据所述桥梁总体模型计算主缆的拉力之和；
12、根据主缆的拉力之和计算对应所需的锚碇的重量；
13、获取主缆索股的锚固方式，并根据所述主缆索股的锚固方式和所述锚碇的重量初步确定前锚室的最小尺寸和后锚室的最小尺寸；其中，所述锚碇包括锚碇主体、用于阻止锚碇主体沿横桥向滑移的第一多级齿坎、用于阻止锚碇主体沿顺桥向滑移的第二多级齿坎，所述锚碇主体内部形成有前锚室和后锚室，所述后锚室和所述前锚室对应布设；
14、获取锚碇所处区域的岩层分布数据和持力层承载力数据，并根据所述岩层分布数据、持力层承载力数据以及锚碇的重量确定所述锚碇主体的最小埋深；
15、根据体积最小原则和基坑开挖量最小的原则确定所述第一多级齿坎的级数、所述第二多级齿坎的级数、每级第一多级齿坎的高度以及每级第二多级齿坎的高度。
16、优选地，所述锚碇主体包括锚块和散索鞍支墩基础，所述散索鞍支墩基础包括底面为平面的第一部分和底面设置有所述第一多级齿坎的第二部分，所述锚块包括底面为平面的第三部分和底面设置有所述第二多级齿坎的第四部分，且所述第一多级齿坎的级数和所述第二多级齿坎的级数相同。
17、优选地，所述步骤s2中计算所述锚碇的当前设计构造在所处区域的抗滑移安全系数具体包括以下步骤：
18、s21，采用公式
19、获取锚碇的抗滑力；其中，，gv为锚碇的重量，ga为锚碇基坑回填土重量，n为设置在锚碇顶部的引桥桥墩的竖向荷载之和，t为主缆的拉力之和，θ为主缆与水平面的夹角，s总为锚碇基底面积，基底岩层的摩擦角，c为基底岩层的粘聚力，为锚碇基底应力；表示第一部分根据第一多级齿坎的级数划分的单元数，表示第二部分根据第一多级齿坎的级数划分的单元数，表示第三部分根据第二多级齿坎的级数划分的单元数，表示第四部分根据第二多级齿坎的级数划分的单元数；f浮为地下水对锚碇产生的浮力；为第i个单元的基底岩层的摩擦角，为第i个单元的基底岩层的粘聚力，为第i个单元对应的锚碇基底面积；
20、s22，采用公式确定主缆的拉力之和对锚碇产生的滑动力；
21、s23，采用公式计算所述锚碇的当前设计构造在所处区域的抗滑移安全系数。
22、优选地，所述步骤s2中的抗倾覆安全系数通过如下步骤得到：
23、s200，采用公式计算所述锚碇的当前设计构造在所处区域的抗倾覆安全系数；其中，表示锚碇划分的单元数，表示锚碇基坑回填土划分的单元数，表示引桥桥墩划分的单元数，gvi为锚碇单元的重量，gaj为锚碇基坑回填土单元的重量，nk为引桥桥墩单元的竖向荷载，dvi为第i个锚碇单元和转动轴的距离，daj为第j个锚碇基坑回填土单元和转动轴的距离，dnk为第k个引桥桥墩单元和转动轴的距离，d浮为地下水对锚碇产生的浮力与转动轴的距离，dt为主缆的拉力之和作用下距离转动轴的垂距；其中，以锚碇主体的基底前趾线为转动轴，抗倾覆力矩为锚碇的重量、锚碇基坑回填土的重量、设置在锚碇顶部的引桥桥梁竖向荷载对所述转动轴产生的力矩之和，倾覆力矩为主缆的拉力之和、地下水产生的浮力对所述转动轴产生的力矩之和。
24、优选地，所述第一预设阈值和所述第二预设阈值均为2.0。
25、优选地，所述步骤s31具体包括以下步骤：
26、在所述抗滑移安全系数小于或等于第一预设阈值、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，所述锚碇主体包括锚块和散索鞍支墩基础，所述散索鞍支墩基础包括底面为平面的第一部分和底面设置有所述第一多级齿坎的第二部分，所述锚块包括底面为平面的第三部分和底面设置有所述第二多级齿坎的第四部分，且所述第一多级齿坎的级数和所述第二多级齿坎的级数相同。
4.根据权利要求3所述的适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，所述步骤S2中计算所述锚碇的当前设计构造在所处区域的抗滑移安全系数具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，所述步骤S2中的抗倾覆安全系数通过如下步骤得到：
6.根据权利要求5所述的适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，所述第一预设阈值和所述第二预设阈值均为2.0。p>
7.根据权利要求5所述的适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，所述步骤S31具体包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，所述步骤S31具体包括以下步骤：
9.根据权利要求7所述的适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，所述步骤根据所述排水洞流量计算排水洞水流有效断面面积A具体包括步骤：根据水力计算公式，计算排水洞水流有效断面面积A；其中，为流速，，R为水力半径，，n为排水洞洞壁粗糙系数，为排水洞湿周，i为排水洞纵坡。
10.根据权利要求7所述的适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，所述排水洞流量为锚碇基坑涌水量的2~3倍。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，所述锚碇主体包括锚块和散索鞍支墩基础，所述散索鞍支墩基础包括底面为平面的第一部分和底面设置有所述第一多级齿坎的第二部分，所述锚块包括底面为平面的第三部分和底面设置有所述第二多级齿坎的第四部分，且所述第一多级齿坎的级数和所述第二多级齿坎的级数相同。
4.根据权利要求3所述的适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，所述步骤s2中计算所述锚碇的当前设计构造在所处区域的抗滑移安全系数具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的适用于复杂山区地形的重力式锚碇的设计方法，其特征在于，所述步骤s2中的抗倾覆安全系数...
【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，程丽娟，刘榕，李文武，李瑜，崔剑峰，薛梦归，石晓冬，李谷，赵波涌，卢江波，夏昌，刘勇，陈亮，乔秋衡，张铭，
申请(专利权)人：湖南省交通规划勘察设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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