《深厚覆盖层下的悬索桥锚碇基础》结合深厚覆盖层地区已建悬索桥的锚碇基础工程，针对锚碇的地连墙基础、沉井基础和排桩冻结基础，系统总结了悬索桥锚碇基础的结构形式、设计、施工监测和施工控制技术，阐述了影响深厚覆盖层地区桥用锚碇基础稳定性的主要因素，探讨了深厚覆盖层地区锚碇基础选型、锚碇基础承载力计算、基础沉降计算和基础稳定性分析等问题。以泰州长江公路大桥的锚碇沉井基础为原型，依据结构模型相似理论，基于锚碇基础的模型试验，研究锚碇基础与土体相互作用的力学机理和锚碇基础的覆土效应及地下水位对基础稳定性的影响。此外，《深厚覆盖层下的悬索桥锚碇基础》还简要介绍了国内已建十座悬索桥的有关资料。
《深厚覆盖层下的悬索桥锚碇基础》由十个部分组成，层次分明、重点突出、内容客观，紧密联系工程实际，既翔实叙述了深厚覆盖层地区锚碇基础工程建设的经验，又有一定程度的理论阐述。

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《深厚覆盖层下的悬索桥锚碇基础》可供从事桥梁基础工程建设的设计、施工、监测、科研等工作人员阅读和参考，也可供高等院校相关专业的师生参考。

第1 章 绪 论
1.1 概 述
随着世界经济建设的发展，交通运输在国民经济中的地位和作用日益重要，洲际?海峡两岸和陆岛之间迫切需要修建大跨度?特大跨度或超长跨度桥梁?桥梁工程的建设需求也逐步由跨越大江大河?河口宽阔水域?近海连岛走向跨越海峡更广阔水域，跨江越海大型桥梁工程建设方兴未艾，这对建桥技术提出了更高的要求?
从目前桥梁结构设计来说，悬索桥是跨越能力最大的一种桥型?悬索桥是以悬索为主要承重结构的桥梁类型，主要结构构造包括基础?桥塔?锚碇?主缆索?吊索?加劲梁和桥面等，其受力特征为荷载由吊索传至主缆索，再由主缆索传至锚碇，传力途径明确?由于悬索桥主要构件主缆索承受拉力，材料利用效率高，更因近代悬索桥的主缆索采用高强钢丝，跨越能力大，同时还以整体造型流畅美观和施工安全快捷等优点而倍受推崇?同600m 以上跨度的其他桥型相比，悬索桥具有很强的竞争力?因此，目前跨度超过千米的已建桥梁大多为悬索桥形式，从学术研究来说，大跨度悬索桥的研究也是当前桥梁学科中最重要与最活跃的领域之一?
我国在深厚覆盖层地区规划建设的跨江?跨湖通道不下数十条，其中江苏境内在2020 年前规划建设跨长江与太湖的通道为13 条，目前在建与待建的为8 条?在深厚覆盖层地区建设特大跨度的悬索桥已经成为我国交通高速发展的一个重要选择?例如，目前在建的泰州长江公路大桥位于长江下游，河段两岸均为长江中下游冲积平原，土质松软，覆盖层厚，基岩埋藏一般在180~190m，覆盖层的厚度是目前国内外桥梁建设均没有遇到过的，且锚碇设置于长江大堤之外，还需要考虑基础开挖对堤坝的扰动影响?因此，针对深厚覆盖层锚碇进行系统研究，既是实际工程需要，又可以形成系统的研究成果?这为我国深厚覆盖层地区进行锚碇的设计与施工提供技术支撑，提高我国桥梁建设水平?
1.2 悬索桥的发展
1.2.1 历史上的悬索桥
悬索桥的构思据说来自“猴桥”，它是由若干强壮的猴子组成一条悬链来让病猴或年老体衰的猴子通过的“桥梁”?最原始的人类悬索桥采用植物类的竹子或藤条来制造悬索，例如，早期热带原始人利用森林中藤?竹?树茎做成悬式桥以渡小溪，使用的悬索有竖直的?斜拉的，还有两者混合的，这就是早期悬索桥的雏形?17 世纪出现了最初利用铁链作为悬索的桥梁，又如，1706 年在我国四川省大渡河上建成的由9 根铁链组成的泸定桥;另据文献史料记载，1734 年萨克森的军队远征但泽，途径奥得河时，修建了西方第一座临时铁索桥;1741 年英国建成一座铁链悬索桥，其跨度为21.34m，使用了61 年，毁坏于1802 年?而利用钢缆绳?钢铰线和钢丝等现代钢材制造的悬索桥基本是进入20世纪后才出现的?
1.2.2 现代悬索桥
现代悬索桥的发展经历了四次高峰?第一次发展高峰(以美国为代表)在20 世纪30 年代，以1931 年建成的纽约乔治 华盛顿(George Washington)桥(跨度首次突破千米，主跨1067m)和1937 年建成的旧金山金门(Golden Gate)大桥(主跨1280m)为代表，曾保持世界最大跨度记录达27 年之久?
在经历了1940 年美国华盛顿州塔科马(Tacoma)老桥的风毁事故之后，大跨度悬索桥的修建停顿了10 年之久?但在此期间，针对悬索桥的抗风设计，引入了风洞试验而使悬索桥的发展在20 世纪50 年代得到复苏，并在20 世纪60 年代进入第二次发展高峰(以美国和欧洲为代表)?在20 世纪60 年代建成了三座跨度超过千米的大桥，分别为1964年在纽约建成的维拉扎诺海峡(Verrazano-Narrows)桥(主跨1298m，超过金门大桥18m)?1964 年英国在苏格兰建成的福斯(Foth)公路桥(主跨1006m)?1966 年在葡萄牙首都里斯本建成的4 月25 日大桥(主跨1013m)?第二次发展高峰以美国的维拉扎诺海峡桥(主跨1298m)和英国的塞文(Seven)桥(主跨988m，首次采用钢箱梁与斜吊桥而闻名)为代表?其中，前者为美国流派，后者为新型的英国流派?
在20 世纪七八十年代建成千米以上的大跨度悬索桥共有4 座，形成悬索桥发展史中的第三次高峰(以欧洲和日本为代表)，以1981 年英国建成的恒伯尔(Humber)桥(主跨1410m，破记录)与1988 年在日本建成的南备赞大桥(主跨1100m，其公路铁路合用的荷载规模与结构规模当时为世界第一)为代表?
进入20 世纪90 年代，首先是1998 年日本在本州-四国联络桥的后期建设中出现再度破跨度记录的神户至鸣门线上的明石海峡大桥(主跨 1990m)，以及尾道至今治线上的来岛一桥?二桥和三桥，其中来岛二桥(主跨1020m)和三桥(主跨1030m)的主跨都超过千米;其次是20 世纪90 年代初，中国也进入发展悬索桥的队伍之中，例如，在20 世纪末建成的江阴长江大桥(主跨1385m)和1998 年建成的香港青马大桥(主跨1377m)分别进入世界大跨度桥梁序列中第四和第五位?在20 世纪90 年代修建的跨度超过千米的悬索桥有7 座(其中亚洲有5 座，欧洲有2 座)?从此，悬索桥的发展中心已从欧美移到亚洲，形成了悬索桥建设的第四次发展高峰?
1.2.3 悬索桥的发展趋势
悬索桥的发展历史证明，纤巧美观的悬索桥是特大跨径桥梁的合理结构形式，当今排名世界前十跨度的大桥都是悬索桥，专家分析今后悬索桥的跨径有望超过3000m?在21 世纪，悬索桥技术将会不断向前发展并广泛运用到建桥实践中，其设计理论将会得到不断完善，悬索桥的桥型将会得到不断创新?
现代桥梁跨度的不断增大与材料科学的进步是密不可分的?随着工业技术的发展，出现了许多性能优异的新型材料，如纤维增强聚合物复合材料，这类材料强度高?质量轻，其中的碳纤维增强树脂强度达到3000MPa，而质量仅为钢材的 1/5?但这类高强材料如果用到大跨度悬索桥上，由于其自身重量小?重力刚度小，只有通过增加加劲梁和桥面系的重量，才能使得悬索桥达到一定的刚度，否则高强材料很难发挥作用，因此需要研究新型的结构体系，才能充分发挥材料的抗拉性能?可以预见，随着高强材料的应用?新型结构体系的出现，悬索桥桥梁的跨度将会进一步增大?
1.2.4 世界悬索桥现状
迄今，美国?英国和日本是世界上的悬索桥大国，全球各类悬索桥的总数已超过100座?尽管美国在20 世纪60 年代之后修建的悬索桥相对较少，但它还是拥有与修建悬索桥最多的国家，其建成的跨度超过千米的悬索桥已有4 座，跨度超过500m 的有15 座以上?美国在悬索桥的发展上用了近百年的时间，技术相对成熟，为世界悬索桥的发展奠定了基础?
美国?英国和日本这三大悬索桥大国，在设计和风格等方面随时代的发展各具特色，并自成流派?美国悬索桥的特点:①主缆采用AS 法架设;②加劲梁采用非连续的钢桁梁，适应双层桥面，并在桥塔处设有伸缩缝;③桥塔采用铆接或栓接钢结构;④吊桥采用竖直的4 股骑跨式;⑤索夹分为左右两半，在其上下采用水平高强螺栓紧固;⑥鞍座采用大型铸钢铁;⑦桥面板采用RC 构件?
英国悬索桥的特点:①采用流线型扁平钢箱梁作为加劲梁;②早期采用铰接斜吊索，后期改为竖直吊索;③索夹分为左右两半，在其两侧采用垂直于主缆的高强螺栓紧固;④桥塔采用焊接钢结构或钢筋混凝土结构;⑤钢桥面板采用沥青混合料铺装?
日本悬索桥的特点:①采用预制平行钢丝索固架设主缆，简称PWS 法;②加劲梁主要沿袭美国流派的钢桁梁形式，但近年来对非双层桥面的梁体已转向采用流线型扁平钢箱梁;③吊桥采用竖直的4 股骑跨式，不接受英国流派的斜吊索;④桥塔采用钢结构，主要采用焊接方式;⑤鞍座采用铸焊混合方式;⑥采用钢桥面板沥青混合铺装桥面;⑦主缆索股与锚碇内钢构架采用预应力工艺锚固?
除了美国?英国和日本三个悬索桥大国，世界其他国家(包括中国)对加劲梁基本上采用英国流派的流线型扁平钢箱梁形式，而对吊索仍然保持美国流派的竖直形式?表1-1 给出世界各国已建成的大跨度悬索桥的概要资料，供读者参考?
1.3 悬索桥的类型与构造
1.3.1 悬索桥的基本类型
悬索桥又名吊桥，指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索(或钢链)作为上部结构主要承重构件的桥梁?其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线?从缆索垂下许多吊杆，把桥面吊住，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，与缆索形成组合体系，以减小活载所引起的挠度变形?
悬索桥的构造方式是19 世纪初发明的，现在许多桥梁使用这种结构形式?现代悬索桥是由索桥演变而来的，适用范围以大跨度及特大跨度公路桥为主，当今大跨度桥梁全采用此结构?
悬索桥的类型一般按悬吊跨数?主缆锚固方式和悬吊方式等方面加以分类?
1)按悬吊跨数分类
按悬吊跨数可分为单跨悬索桥?三跨悬索桥?四跨悬索桥和五跨悬索桥?其中，单跨悬索桥和三跨悬索桥最为常用?
(1)单跨悬索桥?单跨悬索桥常用于高山峡谷地区，两岸地势较高，采用桥墩支承边跨更为经济，或者道路的接线受到限制，使得平面曲线布置不得不进入大桥边跨?就结构特性而言，单跨悬索桥由于边跨主缆的垂度较小，主缆长度相对较短，对中跨荷载变形控制更为有利?
(2)三跨悬索桥?三跨悬索桥是当今实际工程中采用最多的桥型，世界上大跨度悬索桥几乎都采用此种桥型，一方面其结构受力特性比较合理，另一方面其流畅对称的建筑造型更能迎合人们的审美观念?
(3)多跨桥悬索桥?相对于三跨悬索桥，四跨或五跨悬索桥又称为多跨悬索桥?鉴于此类桥型结构柔性大?固有振动频率较低，难以满足特大跨度悬索桥的受力及控制变形的刚度需要，也就不具备实际采用的优势，目前世界上还没有此类桥型的特大跨度桥的工程实例?
2)按主缆的锚固方式分类
按照锚固的形式来分，悬索桥主要有自锚式悬索桥和地锚式悬索桥两种?地锚式悬索桥锚于重力式混凝土块或岩洞中混凝土锚块上，锚于重力式混凝土块上的锚碇称为重力式锚碇，锚于岩洞中混凝土锚块上的锚碇称为隧道式锚碇?
(1)自锚式悬索桥?自锚式悬索桥的主缆在边跨两端将主缆直接锚固于加劲梁上，主缆的水平拉力由加劲梁提供，轴向压力自相平衡，无需另外设置锚碇?在较小跨度的悬索桥中，也有以自锚式锚固主缆的?但是由于此种桥型的加劲梁要先于主缆安装施工，实践中因施工困难?经济性较差，一般极少推荐采用?
(2)地锚式悬索桥?目前已建或在建的绝大多数悬索桥均采用地锚式锚固主缆?地锚式悬索桥的主缆通过重力式锚碇或隧道式锚碇将荷载产生的拉力传至地基来达到大桥的受力平衡?此类锚固形式也是大跨度悬索桥最佳的受力方式?
此外，从悬吊方式上分还有双链式和斜拉-悬吊混合形式的悬索桥?前者用于中小跨度的悬索桥，后者作为发展特大跨度悬索桥，学术界也进行了探讨?
1.3.2 悬索桥的构造
悬索桥上部结构的主要构件为桥塔?主缆和加劲梁，以及吊索?鞍座?索夹等，而主缆两端的锚碇(锚固体)通常视为下部结构?
桥塔也称为主塔，它是支撑主缆的主要构件?悬索桥的荷载(含活载和恒载)通过主塔传递到下部的塔墩和基础?主缆是通过塔顶鞍座悬挂在主塔上，并锚固于两端锚固体的柔性承重构件?主缆本身又通过索夹和吊索承受活载及加劲梁和桥面的恒载，此外，还受部分横向风荷载并将其传递到塔顶?
索夹是主缆和吊索的连接件，位于每根吊索和主缆的连接结点上?索夹以套箍的形式紧固在主缆上，它在主缆上夹紧后产生一定的摩阻力来抵抗滑移，由此可固定吊索与主缆的结点位置，同时也是固定主缆外形的主要措施?
吊索是将活载和恒载(含加劲梁和桥面)通过索夹传递到主缆的构件?吊索的上端