深水無覆蓋層河床鋼棧橋施工技術

李雪芬

(廣西路橋工程集團有限公司道橋分公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

鋼棧橋是一種較為常見的施工臨時設施，其能解決水中臨時施工通道難以修建的問題，現如今國內外均在橋梁建設中大量使用。目前大多數修建的鋼棧橋所處河床有覆蓋層，水流流速小，設計時均考慮了5年以上的洪水位，而對于無覆蓋層、深水及水流湍急、洪水位不明確的施工環境則很少遇到，在此種情況下，棧橋穩定性尤其需要高度重視，大多數施工方也缺乏類似的經驗，沒有有效的措施去處理該類問題。若不深入研究上述問題，對其采取有效措施，容易發生棧橋被沖毀、傾覆等問題，嚴重影響到施工安全、進度，甚至造成人員傷亡，發生不可挽回的安全事故。因此針對深水、無覆蓋層的地質條件下對鋼棧橋穩定性展開研究，以確保施工安全是很有必要的。本文主要依托梧柳高速公路平南連接線潯江特大橋建設工程進行深水無覆蓋層河床鋼棧橋施工技術研究。

1 工程簡介

潯江特大橋跨越潯江，大橋地處沖積平原地貌和巖溶平原地貌交匯處。水面寬闊，河床寬達680 m，局部存在深溝壑，最深達18 m，場地岸坡與河岸高差一般為10～15 m，岸坡坡度變化不大，約30°～60°，局部出現直立狀，河岸大部分均為基巖出露，為典型的深水、無覆蓋層的復雜地形特大橋。根據平南東連接線潯江特大橋通航安全評估報告顯示，其20年一遇洪水航道內流速最大值2.5 m/s。大橋設有9個水中橋墩，施工時需要進行鋼棧橋及平臺的搭設，以形成縱向施工通道。

2 工程施工難點分析

橋址河床受沖刷原因的影響，幾乎無覆蓋層，大部分的河床直接裸露出強風化石灰巖或中風化石灰巖。而且河床裸露部位巖石強度高，一般在60 MPa以上，即使是采用鋼板加強并做成鋸齒形以方便入巖的鋼管樁，也是擊入困難，造成鋼管樁底端錨固力不夠，棧橋抗推、抗傾覆性能較差，而且水深越深，棧橋自穩系數越小。若遇洪水時極易產生傾覆，存在較高的安全風險。深水無覆蓋層鋼棧橋穩定性的影響因素具體分析：

2.1 鋼棧橋基礎不穩

對于鋼棧橋的穩定性，我們經常采用抗傾覆來計算鋼棧橋棧橋的穩定，主要利用鋼棧橋的自穩力矩和流水阻力產生的力矩考慮棧橋的穩定系數。我們忽略了鋼棧橋還可能產生的滑移影響。在無覆蓋層的鋼棧橋基礎鋼管樁中，因無法入巖，鋼管樁直接豎立在河床面上，對于流水方向的穩定力僅有不可估測的鋼管樁與河床接觸產生的摩阻力，在洪水期間，隨流速的增大，鋼棧橋的穩定問題不是鋼棧橋力矩的傾覆，而是整體滑移折斷。因此，深水無覆蓋層鋼棧橋基礎的首要要求就是鋼管樁與河床的錨固。

2.2 流水阻力大

鋼棧橋的流水阻力隨水深增加而增加，而鋼棧橋的穩定不管是相對于力矩的抗傾覆或整體的抗滑移，流水阻力的增加對鋼棧橋都是不利的。對于鋼棧橋排除上部結構對鋼棧橋的影響，影響流水阻力的就是鋼棧橋基礎形式的選擇。單排樁鋼管樁基礎和板凳樁鋼管樁基礎的鋼棧橋中，雙排鋼管樁除比單排鋼管樁鋼管多外，連接雙排鋼管樁的剪刀撐是鋼棧橋阻水的一大重點，而且，河床的漂浮物也是增大流水阻力的一大因素，漂浮物增加的流水阻力難以計算，可從減少或避免漂浮物的量這方面來著手。因此，在深水無覆蓋層鋼棧橋中單排鋼管樁基礎是相對優先的選擇。

2.3 鋼棧橋基礎自由端大，管頂位移大

鋼棧橋鋼管樁基礎作為單肢立桿的鋼管樁，豎向容許應力隨自由端的長度增加，容許應力有所遞減，鋼管之間增設剪刀撐作為鋼管設置的步距限制是容許應力的保障，同時也是鋼管在水中因阻水產生位移的限制。通過計算，單根鋼管樁由于阻水壓力作用，樁頂位移是從樁底開始線性增加的。但在增設了剪刀撐后，在剪刀撐往上的鋼管位移出現了轉折，管頂位移減少，從而在流水阻力增大的時候，鋼管的偏心受壓現象減輕，進而增加了鋼棧橋的穩定。因此，根據深水無覆蓋層鋼棧橋水深深度設立一道或多道剪刀撐是鋼棧橋在深水穩定的必要措施。

3 深水無覆蓋層鋼棧橋具體加固措施

通過以上分析，我們明確了深水無覆蓋層鋼棧橋穩定的措施主要從減阻力、固基礎、限位移、增自重力矩這幾個方面來考慮，具體加固措施有：

3.1 樁頂標高的確定

要避開貝雷梁處于最高水位附近，避免漂浮物推力增大，影響穩定。針對整個鋼棧橋而言，漂浮物的阻力是鋼棧橋抗傾覆的最關鍵因素，而鋼棧橋阻擋漂浮物最嚴重的位置是上部結構的貝雷片或型鋼，因此樁頂標高的確定很有講究。作為臨時結構，通常按5年洪水位考慮，樁頂高程不低于5年洪水位高程。如因新增水利樞紐，已對歷年洪水位產生很大影響，應通過水文站提供新增水利樞紐后每年洪水位數據，綜合對比造價和鋼棧橋的穩定因素考慮。

3.2 采用單排樁基礎

單排樁基礎也是減少流水阻力的一種措施。在同樣的自重下，板凳樁比單排樁增加了一倍的鋼管，相應阻水面積增加了一倍，且板凳樁的縱橋向剪刀撐處于水中時也產生了部分流水阻力。板凳樁容易攔截漂浮物，在攔截漂浮物多時將產生不可估量的流水阻力；單排樁在結構上一般不會攔截到漂浮物，從而比板凳樁更適用于洪水鋼棧橋橋基礎。

3.3 棧橋下游設置斜撐

通過斜撐的支撐力減輕流水阻力的影響。在深水無覆蓋層的鋼棧橋中，斜撐的支點沒有辦法入巖，支點很難穩固，在流水的作用下，斜撐很容易失穩，因此，斜撐的支點要特別處理，通過打樁或尋找河床凸巖和斜巖等形式確保斜撐支腿穩固，同時在斜撐管內填滿碎石、砂等填料，確保斜撐在洪水中的自穩。

3.4 及時清理漂浮物

漂浮物是影響棧橋穩定的最大因素，因此對漂浮物的清理必須及時，在整個棧橋使用中發現有漂浮物都必須及時清理，除非在洪水高峰期清理會造成人員的不安全時可待洪峰回落后再及時清理。

3.5 鋼管樁內澆筑混凝土樁

無覆蓋層的鋼管樁基礎無法在運行中確保安全，因此必須對鋼管樁與河床進行錨接，在管內進行沖孔澆筑混凝土處理，確保鋼管樁與裸巖的連接。鋼管樁內沖孔入巖>4 m，混凝土高于河床3 m，鋼棧橋拆除時采用水下切割鋼管樁平齊河床，然后折斷鋼管樁混凝土，吊出鋼管樁。具體施工如下：在鋼棧橋往前搭設后，對已完成的鋼棧橋鋼管樁位置隔開橋面鋼板，臨時調整下橫梁，在棧橋橋面采用小于樁徑的沖錘進行樁基沖孔施工，沖孔達到要求深度后放入小鋼筋籠，采用水下導管按水下樁基施工方式完成鋼管樁與河床的錨固。

3.6 加強跟蹤監測，發現位移及時采取措施

(1)在鋼管樁上設置沉降觀測點，棧橋運行期間做好監控測量，特別是相鄰鋼管樁之間的相對沉降。如果出現相對沉降超限情況，應立即停止使用，通過采用墊小鋼板方法來抬高貝雷梁，減少相對沉降差。

(2)定期觀測鋼棧橋鋼管樁沖刷情況，對于沖刷嚴重的地方采用拋砂袋或者片石的方法進行處理。

(3)每次洪水過后，監測鋼棧橋變形，對傾斜鋼管調直，變形的貝雷片等均應一一處理。

3.7 水下設置剪刀撐

因水深的緣故，潯江特大橋鋼棧橋鋼管在水中的自由端過長，設計考慮須設置水下剪刀撐，在鋼管樁豎立后，潛水員通過吊船放入提前加工好的剪刀撐連接構件，進行水下連接，采取抱箍和錨栓連接形式代替焊接。水面上的剪刀撐施工直接采用焊接的方法。

3.8 采用可放倒的棧橋護欄設計

在洪水位漫過鋼棧橋橋面時，棧橋護欄也是阻礙漂流物的設施，因此護欄鋼管采用螺栓連接，在洪水來時，統一拆除互聯螺栓，可迅速放到護欄。這也是減少漂浮物對棧橋影響的一個措施。

4 結語

通過采取以上加固措施，潯江特大橋鋼棧橋在洪水期間經受住了考驗，鋼棧橋整體基本未受破壞，運行良好。本文從鋼棧橋在無覆蓋層河床的結構特點以及受洪水阻力時的受力特點入手，在受力分析層次對鋼棧橋的抗滑移穩定性和抗傾覆穩定性進行了深層次的分析，明確了鋼棧橋失穩的具體影響因素，并針對各個不利原因總結出了較好的改良加固措施應用于實際中，提高了結構的穩定性，消除施工中諸多不安全因素，提升了鋼棧橋在搭設、使用、拆除等過程中的安全系數，產生良好的社會效益和經濟效益，為后續的棧橋施工設計提供了一種分析思路。