淺談河床巖面上的棧橋鋼管樁加固方法

吳鋼偉，沈煒

（浙江省大成建設集團有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引言

隨著時代經濟進步的腳步加快，為促進區域經濟的有效流通，各類跨江河大橋開始有序建立，在實現經濟互通的同時，不斷深化著交通強國的理念。用于運送物資和設備的鋼棧橋是確保橋梁順利建設的基礎設施，鋼棧橋的穩固和安全為項目建設提供了重要保障。在水深較大，流速平穩的河流中，可將棧橋鋼管樁打設在河底的覆蓋層中；在水深不大，流速湍急的河流中，棧橋鋼管樁只能放置在河床的巖面上。位于巖面上的鋼管樁由于沒有柱底的錨固，只能靠其自重抵抗水流沖擊帶來的滑移和傾覆，具有較大的安全風險[1]。

本文結合衢州綠色產業集聚區跨衢江大橋項目的建設，對建造在河床巖面上的棧橋進行穩定性分析，提出一種在鋼管樁底部澆筑擴大基礎，提供柱底錨固并增加抗傾覆配重的方法，為相關河床巖面上的棧橋鋼管樁穩定加固提供參考。

1 工程背景

1.1 工程簡介

衢州綠色產業集聚區跨衢江大橋項目位于衢州市龍游縣，橫跨衢江，連接模環鄉和湖鎮，在衢江流域建造跨江橋梁，施工期間衢江不通航。衢江水量受氣候和季節影響較大，春夏季節雨水豐盈，江水充沛，水流湍急；秋冬季進入枯水期，水流相對平緩。由于衢江上游建設多處水電站，橋位處的實際水深直接與水電站放水發電產生聯系。因此在平時的運行中，基本是晚上蓄水，白天防水發電的基本模式。施工期間鋼棧橋處常水位平均水深約4m。

1.2 水文地質特點

衢州市的地理位置以盆地為主，地理方位主要呈彎月形。衢江作為其主要河流之一，與區域內其他河流共同形成了錢塘江上游分支。

亞熱帶季風是衢州的主要氣候特點。該氣候的特點主要是夏季時易多發雨季，而冬季降雨量低，因此全年降水的高峰集中于溫度較高的春季和夏季。

衢州這一區域因為豐富的降水量而擁有多樣的地下水資源。第四系松散巖土類孔隙潛水是衢江大橋項目所屬區域的主要地下水類型。這類潛水的主要依存區域為細膩的粉質砂石和較大密度的卵石之間，整體的水密度較大。其中水位的波動主要是受到平時降水及其他次要地下水支流的影響，實際靜止的水位大概在4～5米左右，地下水位的變動水位大概在2～3米左右。

1.3 工程設計

根據衢江大橋的主河道流向，這個項目的設計需要主引橋梁的有效結合，以實現橋梁實際呈現的穩定性和安全性。整體的橋梁寬度較大，所需的承載力和建筑規模都較大。因此，主橋采用到了v型的剛構結構，以提供拱橋所需的預應力，構建起更為堅固的橋梁基礎。其中主橋的結構主要是以組合型的拱橋為基本設計，在引橋的設計上加上混凝土的分離構造，打造堅實的橋梁基礎。通過對兩種結構的合理設計，讓橋梁整體結構擁有雙重基礎，使得整個橋梁建筑在具備先進技術性的同時，也能夠具有傳統拱橋的外形特征，達到技術性和美觀性的有機統一。

2 棧橋方案

從整體上來看，在鋼棧橋的架設過程當中，主要是以輕便的標準化來實現高強鋼材料對整個橋梁的連接構造。如圖1所示，衢江大橋的項目建設主要是應用到貝雷梁，工字鋼，鋼管樁等材料，通過科學的力學計算，保證其使用規格的有效合理，再進行均勻科學的組裝，以完成整個橋梁的架構，為后續工程提供堅實的橋梁基礎。其中鋼管樁是在整體橋梁工程中處于下部的主要傳力結構，其通過機械振動穿透巖土表層，在巖土層或軟土層找到一定的支撐點來進行橋梁架構，實現橋梁最基礎的支撐，因此鋼管樁施工的穩定性在直接程度上決定了整個橋梁工程的實際穩定程度。但在目前的工程施工基礎上容易出現的一個問題就是隨著公路基礎設施的不斷完善，水土沖刷的作用力會越來越大，對橋梁整體設計的影響也就越來越大。比如經過實際的測評，在水電站下游的水土沖刷力較之上游更大，在下游能夠附著的基本上是較大的卵石，其余細微的泥沙都被沖沙殆盡。因此整個棧橋的設計需要合理且有效[2]。

圖1 棧橋橫斷面原設計圖

項目的具體情況如下。棧橋長度為180.33m，考慮到貝雷梁底高于20年一遇洪水位，定橋面標高38.7m。棧橋連接衢江南岸施工便道和北岸施工便道。其中跨越衢江主航道部分采用上承式貝雷梁棧橋長120.4m，跨徑組合為3×12+3×12+4×12m，伸縮縫的設計將設定為20cm，以保證聯與聯之間的安全距離，在8#主墩處設置一個24m長，9.6m寬的加寬段作洪水期停放材料車、砼罐車、砼輸送泵用。從主航道棧橋下到衢江北岸施工便道的棧橋采用I56a工字鋼主梁，棧橋長60m，跨徑組合為10×6m。為防止I56a工字鋼主梁被洪水沖走，洪水來臨前將I56a工字鋼主梁拆除，洪水期只保留貝雷梁棧橋。

本棧橋為單車道，橋面總寬4.5m，行車道寬2.7m，棧橋中心距橋中心27m，車道考慮通過1輛60t重車，同時按掛-80校核。汛期考慮汽車吊機、地泵、汽車泵落在棧橋上施工。

整個棧橋基礎建設所使用的鋼管樁為φ630mm，厚8mm。覆蓋層為卵石層的，將鋼管樁通過振動下沉至卵石層中，航道中無覆蓋層的裸露基巖，將鋼管板凳樁安置在河床巖面上。鋼管樁間焊接槽鋼做橫向聯系。

I45a工字鋼將成為上、下橫梁的樁頂，橫梁上進行貝雷梁的布設。

橋面設計的行車道會使用槽鋼和花紋鋼板作為基礎，而以I18a工字鋼為基礎橫向分配梁將搭建在縱向的貝雷梁上。

前后橋臺采用C25鋼筋砼，橋臺落在卵石層上，外側設置防沖刷設施；臺背回填采用透水性材料回填。

3 加固方案

鋼棧橋的加固施工過程中，常出現河床厚漂石覆蓋層上鋼管樁穿透巖土層或滲入軟土層的情況，導致整體橋梁的構造穩定性不足。這樣的情況下只能在整體棧橋施工完成后對鋼管的薄弱處進行二度加固，實際操作主要是采取到沖孔植樁的方式。這一方式的主要操作即在施工完成后，針對已完成的鋼管樁嵌入的實際深度進行實時測量，對于實際深度不足的鋼管，在其附近預埋一定數量的鋼護筒，為后續沖孔作業打下基礎（見圖2）。但是這樣的沖孔植樁作業整套工序較為復雜，且所需成本較高。因此，針對于衢江大橋項目的具體情況，如果棧橋鋼管樁直接落在裸露的巖面上，在洪水來臨時，棧橋本身的自重無法抵抗洪水沖擊力。考慮到在橋位上游打設鋼管錨固樁的施工難度較大，最終選擇在枯水期施作鋼管樁擴大基礎以提供鋼管樁底的摩擦力和本身的抗傾覆力來抵抗洪水沖擊力[3]。

圖2 棧橋鋼管樁基礎加固圖

由于增設的鋼管樁擴大基礎在航道中，常水位期間水深較大。因此，只有在晚上上游小溪灘水電站關閉閘門后水位下降時（水深不足1m）才能施工C20擴大基礎。

（1）模板安裝。擴大基礎模板采用鋼模板，模板安裝好后及時用水泵將模板內的水抽干，然后將河床面的雜物清理干凈，保證擴大基礎與河床間的粘結力，加大摩擦系數。

（2）砼澆筑。混凝土拌和站集中拌制，砼罐車開至棧橋上用滑槽將砼直接從滑槽滑入模板內，采用水下混凝土澆筑法。

通過使用振動棒對待處理的混凝土進行分層式的頻率性振搗，保證在整個操作過程中混凝土始終處于分層狀態，且層級實際厚度在30cm以下，保持上述狀態對混凝土分層澆注振搗，直至完全混合。

在進行振搗砼的操作時，要注意進快出慢，進入混凝土的實際深度控制在5～10cm，振動頻率要安全適宜，不漏不過。同時，為了保證預埋設備和模板不被損壞，振動棒在運行過程中要注意與其的擦碰。而振動最終要達成的效果是混凝土不再下沉，出現氣泡，能夠達到緊實平整的狀態。因此在具體的操作過程中要嚴格控制振搗的規范性，保證混凝土最終呈現狀態的良好，為后續工程的開展打下基礎。

振動過程中，設備實際移動需要固定在1.5倍的半徑距離內，并與模板保持10～15cm的安全距離。

（3）拆模。基礎拆模在混凝土澆筑一天以后。上個基礎拆模與下一個基礎模板安裝，在水電站關閘，水位下降后有序進行，直至最后一個基礎澆筑完成。

4 位移觀測

為了滿足變形觀測的需要，需要在每孔棧橋橋面上跨中位置左右各設一個觀測點，同時擴大基礎的鋼管樁上設置觀測點。

在岸上架設全站儀，對棧橋全線進行變形觀測，并記錄匯總成表。平時過程中一周觀測一次，洪水期間一天3次。

（1）棧橋測量的實際精度控制在±10mm，數值精確至1mm。

（2）觀測完成后，對測量的數據資料要進行有效的匯總探究，及時送往定向專業單位進行進一步的測評估量。

（3）針對棧橋全線的變形觀測不能僅針對一個階段進行考察，要全面觀察分析各階段實際數值。

（4）觀測的變形量和時間關系曲線直接決定了變形是否已持續穩定，因此近三個周期變形量在誤差范圍以內，即可認定其變形值已穩定。

5 結語

在棧橋鋼管樁底增設的擴大基礎與河床巖面膠結，不僅提供了阻止棧橋滑移的摩阻力，還通過增加自重和抗傾覆力矩阻止了棧橋傾覆。施工實踐證明，此方法可有效抵抗洪水對棧橋的沖擊力，保全棧橋在55年一遇大洪水中屹立不倒。當然，此方法有一定的局限性，需要把握好枯水期難得的幾天上游水電站晚上關閘的機會，也為后期棧橋拆除增加了一定的難度。