浅谈河床岩面上的栈桥钢管桩加固方法

吴钢伟，沈炜

（浙江省大成建设集团有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引言

随着时代经济进步的脚步加快，为促进区域经济的有效流通，各类跨江河大桥开始有序建立，在实现经济互通的同时，不断深化着交通强国的理念。用于运送物资和设备的钢栈桥是确保桥梁顺利建设的基础设施，钢栈桥的稳固和安全为项目建设提供了重要保障。在水深较大，流速平稳的河流中，可将栈桥钢管桩打设在河底的覆盖层中；在水深不大，流速湍急的河流中，栈桥钢管桩只能放置在河床的岩面上。位于岩面上的钢管桩由于没有柱底的锚固，只能靠其自重抵抗水流冲击带来的滑移和倾覆，具有较大的安全风险[1]。

本文结合衢州绿色产业集聚区跨衢江大桥项目的建设，对建造在河床岩面上的栈桥进行稳定性分析，提出一种在钢管桩底部浇筑扩大基础，提供柱底锚固并增加抗倾覆配重的方法，为相关河床岩面上的栈桥钢管桩稳定加固提供参考。

1 工程背景

1.1 工程简介

衢州绿色产业集聚区跨衢江大桥项目位于衢州市龙游县，横跨衢江，连接模环乡和湖镇，在衢江流域建造跨江桥梁，施工期间衢江不通航。衢江水量受气候和季节影响较大，春夏季节雨水丰盈，江水充沛，水流湍急；秋冬季进入枯水期，水流相对平缓。由于衢江上游建设多处水电站，桥位处的实际水深直接与水电站放水发电产生联系。因此在平时的运行中，基本是晚上蓄水，白天防水发电的基本模式。施工期间钢栈桥处常水位平均水深约4m。

1.2 水文地质特点

衢州市的地理位置以盆地为主，地理方位主要呈弯月形。衢江作为其主要河流之一，与区域内其他河流共同形成了钱塘江上游分支。

亚热带季风是衢州的主要气候特点。该气候的特点主要是夏季时易多发雨季，而冬季降雨量低，因此全年降水的高峰集中于温度较高的春季和夏季。

衢州这一区域因为丰富的降水量而拥有多样的地下水资源。第四系松散岩土类孔隙潜水是衢江大桥项目所属区域的主要地下水类型。这类潜水的主要依存区域为细腻的粉质砂石和较大密度的卵石之间，整体的水密度较大。其中水位的波动主要是受到平时降水及其他次要地下水支流的影响，实际静止的水位大概在4～5米左右，地下水位的变动水位大概在2～3米左右。

1.3 工程设计

根据衢江大桥的主河道流向，这个项目的设计需要主引桥梁的有效结合，以实现桥梁实际呈现的稳定性和安全性。整体的桥梁宽度较大，所需的承载力和建筑规模都较大。因此，主桥采用到了v型的刚构结构，以提供拱桥所需的预应力，构建起更为坚固的桥梁基础。其中主桥的结构主要是以组合型的拱桥为基本设计，在引桥的设计上加上混凝土的分离构造，打造坚实的桥梁基础。通过对两种结构的合理设计，让桥梁整体结构拥有双重基础，使得整个桥梁建筑在具备先进技术性的同时，也能够具有传统拱桥的外形特征，达到技术性和美观性的有机统一。

2 栈桥方案

从整体上来看，在钢栈桥的架设过程当中，主要是以轻便的标准化来实现高强钢材料对整个桥梁的连接构造。如图1所示，衢江大桥的项目建设主要是应用到贝雷梁，工字钢，钢管桩等材料，通过科学的力学计算，保证其使用规格的有效合理，再进行均匀科学的组装，以完成整个桥梁的架构，为后续工程提供坚实的桥梁基础。其中钢管桩是在整体桥梁工程中处于下部的主要传力结构，其通过机械振动穿透岩土表层，在岩土层或软土层找到一定的支撑点来进行桥梁架构，实现桥梁最基础的支撑，因此钢管桩施工的稳定性在直接程度上决定了整个桥梁工程的实际稳定程度。但在目前的工程施工基础上容易出现的一个问题就是随着公路基础设施的不断完善，水土冲刷的作用力会越来越大，对桥梁整体设计的影响也就越来越大。比如经过实际的测评，在水电站下游的水土冲刷力较之上游更大，在下游能够附着的基本上是较大的卵石，其余细微的泥沙都被冲沙殆尽。因此整个栈桥的设计需要合理且有效[2]。

图1 栈桥横断面原设计图

项目的具体情况如下。栈桥长度为180.33m，考虑到贝雷梁底高于20年一遇洪水位，定桥面标高38.7m。栈桥连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贝雷梁栈桥长120.4m，跨径组合为3×12+3×12+4×12m，伸缩缝的设计将设定为20cm，以保证联与联之间的安全距离，在8#主墩处设置一个24m长，9.6m宽的加宽段作洪水期停放材料车、砼罐车、砼输送泵用。从主航道栈桥下到衢江北岸施工便道的栈桥采用I56a工字钢主梁，栈桥长60m，跨径组合为10×6m。为防止I56a工字钢主梁被洪水冲走，洪水来临前将I56a工字钢主梁拆除，洪水期只保留贝雷梁栈桥。

本栈桥为单车道，桥面总宽4.5m，行车道宽2.7m，栈桥中心距桥中心27m，车道考虑通过1辆60t重车，同时按挂-80校核。汛期考虑汽车吊机、地泵、汽车泵落在栈桥上施工。

整个栈桥基础建设所使用的钢管桩为φ630mm，厚8mm。覆盖层为卵石层的，将钢管桩通过振动下沉至卵石层中，航道中无覆盖层的裸露基岩，将钢管板凳桩安置在河床岩面上。钢管桩间焊接槽钢做横向联系。

I45a工字钢将成为上、下横梁的桩顶，横梁上进行贝雷梁的布设。

桥面设计的行车道会使用槽钢和花纹钢板作为基础，而以I18a工字钢为基础横向分配梁将搭建在纵向的贝雷梁上。

前后桥台采用C25钢筋砼，桥台落在卵石层上，外侧设置防冲刷设施；台背回填采用透水性材料回填。

3 加固方案

钢栈桥的加固施工过程中，常出现河床厚漂石覆盖层上钢管桩穿透岩土层或渗入软土层的情况，导致整体桥梁的构造稳定性不足。这样的情况下只能在整体栈桥施工完成后对钢管的薄弱处进行二度加固，实际操作主要是采取到冲孔植桩的方式。这一方式的主要操作即在施工完成后，针对已完成的钢管桩嵌入的实际深度进行实时测量，对于实际深度不足的钢管，在其附近预埋一定数量的钢护筒，为后续冲孔作业打下基础（见图2）。但是这样的冲孔植桩作业整套工序较为复杂，且所需成本较高。因此，针对于衢江大桥项目的具体情况，如果栈桥钢管桩直接落在裸露的岩面上，在洪水来临时，栈桥本身的自重无法抵抗洪水冲击力。考虑到在桥位上游打设钢管锚固桩的施工难度较大，最终选择在枯水期施作钢管桩扩大基础以提供钢管桩底的摩擦力和本身的抗倾覆力来抵抗洪水冲击力[3]。

图2 栈桥钢管桩基础加固图

由于增设的钢管桩扩大基础在航道中，常水位期间水深较大。因此，只有在晚上上游小溪滩水电站关闭闸门后水位下降时（水深不足1m）才能施工C20扩大基础。

（1）模板安装。扩大基础模板采用钢模板，模板安装好后及时用水泵将模板内的水抽干，然后将河床面的杂物清理干净，保证扩大基础与河床间的粘结力，加大摩擦系数。

（2）砼浇筑。混凝土拌和站集中拌制，砼罐车开至栈桥上用滑槽将砼直接从滑槽滑入模板内，采用水下混凝土浇筑法。

通过使用振动棒对待处理的混凝土进行分层式的频率性振捣，保证在整个操作过程中混凝土始终处于分层状态，且层级实际厚度在30cm以下，保持上述状态对混凝土分层浇注振捣，直至完全混合。

在进行振捣砼的操作时，要注意进快出慢，进入混凝土的实际深度控制在5～10cm，振动频率要安全适宜，不漏不过。同时，为了保证预埋设备和模板不被损坏，振动棒在运行过程中要注意与其的擦碰。而振动最终要达成的效果是混凝土不再下沉，出现气泡，能够达到紧实平整的状态。因此在具体的操作过程中要严格控制振捣的规范性，保证混凝土最终呈现状态的良好，为后续工程的开展打下基础。

振动过程中，设备实际移动需要固定在1.5倍的半径距离内，并与模板保持10～15cm的安全距离。

（3）拆模。基础拆模在混凝土浇筑一天以后。上个基础拆模与下一个基础模板安装，在水电站关闸，水位下降后有序进行，直至最后一个基础浇筑完成。

4 位移观测

为了满足变形观测的需要，需要在每孔栈桥桥面上跨中位置左右各设一个观测点，同时扩大基础的钢管桩上设置观测点。

在岸上架设全站仪，对栈桥全线进行变形观测，并记录汇总成表。平时过程中一周观测一次，洪水期间一天3次。

（1）栈桥测量的实际精度控制在±10mm，数值精确至1mm。

（2）观测完成后，对测量的数据资料要进行有效的汇总探究，及时送往定向专业单位进行进一步的测评估量。

（3）针对栈桥全线的变形观测不能仅针对一个阶段进行考察，要全面观察分析各阶段实际数值。

（4）观测的变形量和时间关系曲线直接决定了变形是否已持续稳定，因此近三个周期变形量在误差范围以内，即可认定其变形值已稳定。

5 结语

在栈桥钢管桩底增设的扩大基础与河床岩面胶结，不仅提供了阻止栈桥滑移的摩阻力，还通过增加自重和抗倾覆力矩阻止了栈桥倾覆。施工实践证明，此方法可有效抵抗洪水对栈桥的冲击力，保全栈桥在55年一遇大洪水中屹立不倒。当然，此方法有一定的局限性，需要把握好枯水期难得的几天上游水电站晚上关闸的机会，也为后期栈桥拆除增加了一定的难度。