深水无覆盖层河床钢栈桥施工技术

李雪芬

(广西路桥工程集团有限公司道桥分公司，广西 南宁 530011)

0 引言

钢栈桥是一种较为常见的施工临时设施，其能解决水中临时施工通道难以修建的问题，现如今国内外均在桥梁建设中大量使用。目前大多数修建的钢栈桥所处河床有覆盖层，水流流速小，设计时均考虑了5年以上的洪水位，而对于无覆盖层、深水及水流湍急、洪水位不明确的施工环境则很少遇到，在此种情况下，栈桥稳定性尤其需要高度重视，大多数施工方也缺乏类似的经验，没有有效的措施去处理该类问题。若不深入研究上述问题，对其采取有效措施，容易发生栈桥被冲毁、倾覆等问题，严重影响到施工安全、进度，甚至造成人员伤亡，发生不可挽回的安全事故。因此针对深水、无覆盖层的地质条件下对钢栈桥稳定性展开研究，以确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连接线浔江特大桥建设工程进行深水无覆盖层河床钢栈桥施工技术研究。

1 工程简介

浔江特大桥跨越浔江，大桥地处冲积平原地貌和岩溶平原地貌交汇处。水面宽阔，河床宽达680 m，局部存在深沟壑，最深达18 m，场地岸坡与河岸高差一般为10～15 m，岸坡坡度变化不大，约30°～60°，局部出现直立状，河岸大部分均为基岩出露，为典型的深水、无覆盖层的复杂地形特大桥。根据平南东连接线浔江特大桥通航安全评估报告显示，其20年一遇洪水航道内流速最大值2.5 m/s。大桥设有9个水中桥墩，施工时需要进行钢栈桥及平台的搭设，以形成纵向施工通道。

2 工程施工难点分析

桥址河床受冲刷原因的影响，几乎无覆盖层，大部分的河床直接裸露出强风化石灰岩或中风化石灰岩。而且河床裸露部位岩石强度高，一般在60 MPa以上，即使是采用钢板加强并做成锯齿形以方便入岩的钢管桩，也是击入困难，造成钢管桩底端锚固力不够，栈桥抗推、抗倾覆性能较差，而且水深越深，栈桥自稳系数越小。若遇洪水时极易产生倾覆，存在较高的安全风险。深水无覆盖层钢栈桥稳定性的影响因素具体分析：

2.1 钢栈桥基础不稳

对于钢栈桥的稳定性，我们经常采用抗倾覆来计算钢栈桥栈桥的稳定，主要利用钢栈桥的自稳力矩和流水阻力产生的力矩考虑栈桥的稳定系数。我们忽略了钢栈桥还可能产生的滑移影响。在无覆盖层的钢栈桥基础钢管桩中，因无法入岩，钢管桩直接竖立在河床面上，对于流水方向的稳定力仅有不可估测的钢管桩与河床接触产生的摩阻力，在洪水期间，随流速的增大，钢栈桥的稳定问题不是钢栈桥力矩的倾覆，而是整体滑移折断。因此，深水无覆盖层钢栈桥基础的首要要求就是钢管桩与河床的锚固。

2.2 流水阻力大

钢栈桥的流水阻力随水深增加而增加，而钢栈桥的稳定不管是相对于力矩的抗倾覆或整体的抗滑移，流水阻力的增加对钢栈桥都是不利的。对于钢栈桥排除上部结构对钢栈桥的影响，影响流水阻力的就是钢栈桥基础形式的选择。单排桩钢管桩基础和板凳桩钢管桩基础的钢栈桥中，双排钢管桩除比单排钢管桩钢管多外，连接双排钢管桩的剪刀撑是钢栈桥阻水的一大重点，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难以计算，可从减少或避免漂浮物的量这方面来着手。因此，在深水无覆盖层钢栈桥中单排钢管桩基础是相对优先的选择。

2.3 钢栈桥基础自由端大，管顶位移大

钢栈桥钢管桩基础作为单肢立杆的钢管桩，竖向容许应力随自由端的长度增加，容许应力有所递减，钢管之间增设剪刀撑作为钢管设置的步距限制是容许应力的保障，同时也是钢管在水中因阻水产生位移的限制。通过计算，单根钢管桩由于阻水压力作用，桩顶位移是从桩底开始线性增加的。但在增设了剪刀撑后，在剪刀撑往上的钢管位移出现了转折，管顶位移减少，从而在流水阻力增大的时候，钢管的偏心受压现象减轻，进而增加了钢栈桥的稳定。因此，根据深水无覆盖层钢栈桥水深深度设立一道或多道剪刀撑是钢栈桥在深水稳定的必要措施。

3 深水无覆盖层钢栈桥具体加固措施

通过以上分析，我们明确了深水无覆盖层钢栈桥稳定的措施主要从减阻力、固基础、限位移、增自重力矩这几个方面来考虑，具体加固措施有：

3.1 桩顶标高的确定

要避开贝雷梁处于最高水位附近，避免漂浮物推力增大，影响稳定。针对整个钢栈桥而言，漂浮物的阻力是钢栈桥抗倾覆的最关键因素，而钢栈桥阻挡漂浮物最严重的位置是上部结构的贝雷片或型钢，因此桩顶标高的确定很有讲究。作为临时结构，通常按5年洪水位考虑，桩顶高程不低于5年洪水位高程。如因新增水利枢纽，已对历年洪水位产生很大影响，应通过水文站提供新增水利枢纽后每年洪水位数据，综合对比造价和钢栈桥的稳定因素考虑。

3.2 采用单排桩基础

单排桩基础也是减少流水阻力的一种措施。在同样的自重下，板凳桩比单排桩增加了一倍的钢管，相应阻水面积增加了一倍，且板凳桩的纵桥向剪刀撑处于水中时也产生了部分流水阻力。板凳桩容易拦截漂浮物，在拦截漂浮物多时将产生不可估量的流水阻力；单排桩在结构上一般不会拦截到漂浮物，从而比板凳桩更适用于洪水钢栈桥桥基础。

3.3 栈桥下游设置斜撑

通过斜撑的支撑力减轻流水阻力的影响。在深水无覆盖层的钢栈桥中，斜撑的支点没有办法入岩，支点很难稳固，在流水的作用下，斜撑很容易失稳，因此，斜撑的支点要特别处理，通过打桩或寻找河床凸岩和斜岩等形式确保斜撑支腿稳固，同时在斜撑管内填满碎石、砂等填料，确保斜撑在洪水中的自稳。

3.4 及时清理漂浮物

漂浮物是影响栈桥稳定的最大因素，因此对漂浮物的清理必须及时，在整个栈桥使用中发现有漂浮物都必须及时清理，除非在洪水高峰期清理会造成人员的不安全时可待洪峰回落后再及时清理。

3.5 钢管桩内浇筑混凝土桩

无覆盖层的钢管桩基础无法在运行中确保安全，因此必须对钢管桩与河床进行锚接，在管内进行冲孔浇筑混凝土处理，确保钢管桩与裸岩的连接。钢管桩内冲孔入岩>4 m，混凝土高于河床3 m，钢栈桥拆除时采用水下切割钢管桩平齐河床，然后折断钢管桩混凝土，吊出钢管桩。具体施工如下：在钢栈桥往前搭设后，对已完成的钢栈桥钢管桩位置隔开桥面钢板，临时调整下横梁，在栈桥桥面采用小于桩径的冲锤进行桩基冲孔施工，冲孔达到要求深度后放入小钢筋笼，采用水下导管按水下桩基施工方式完成钢管桩与河床的锚固。

3.6 加强跟踪监测，发现位移及时采取措施

(1)在钢管桩上设置沉降观测点，栈桥运行期间做好监控测量，特别是相邻钢管桩之间的相对沉降。如果出现相对沉降超限情况，应立即停止使用，通过采用垫小钢板方法来抬高贝雷梁，减少相对沉降差。

(2)定期观测钢栈桥钢管桩冲刷情况，对于冲刷严重的地方采用抛砂袋或者片石的方法进行处理。

(3)每次洪水过后，监测钢栈桥变形，对倾斜钢管调直，变形的贝雷片等均应一一处理。

3.7 水下设置剪刀撑

因水深的缘故，浔江特大桥钢栈桥钢管在水中的自由端过长，设计考虑须设置水下剪刀撑，在钢管桩竖立后，潜水员通过吊船放入提前加工好的剪刀撑连接构件，进行水下连接，采取抱箍和锚栓连接形式代替焊接。水面上的剪刀撑施工直接采用焊接的方法。

3.8 采用可放倒的栈桥护栏设计

在洪水位漫过钢栈桥桥面时，栈桥护栏也是阻碍漂流物的设施，因此护栏钢管采用螺栓连接，在洪水来时，统一拆除互联螺栓，可迅速放到护栏。这也是减少漂浮物对栈桥影响的一个措施。

4 结语

通过采取以上加固措施，浔江特大桥钢栈桥在洪水期间经受住了考验，钢栈桥整体基本未受破坏，运行良好。本文从钢栈桥在无覆盖层河床的结构特点以及受洪水阻力时的受力特点入手，在受力分析层次对钢栈桥的抗滑移稳定性和抗倾覆稳定性进行了深层次的分析，明确了钢栈桥失稳的具体影响因素，并针对各个不利原因总结出了较好的改良加固措施应用于实际中，提高了结构的稳定性，消除施工中诸多不安全因素，提升了钢栈桥在搭设、使用、拆除等过程中的安全系数，产生良好的社会效益和经济效益，为后续的栈桥施工设计提供了一种分析思路。