深水無(wú)覆蓋層河床鋼棧橋施工技術(shù)

李雪芬

(廣西路橋工程集團(tuán)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(jiàn)的施工臨時(shí)設(shè)施，其能解決水中臨時(shí)施工通道難以修建的問(wèn)題，現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)外均在橋梁建設(shè)中大量使用。目前大多數(shù)修建的鋼棧橋所處河床有覆蓋層，水流流速小，設(shè)計(jì)時(shí)均考慮了5年以上的洪水位，而對(duì)于無(wú)覆蓋層、深水及水流湍急、洪水位不明確的施工環(huán)境則很少遇到，在此種情況下，棧橋穩(wěn)定性尤其需要高度重視，大多數(shù)施工方也缺乏類似的經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有有效的措施去處理該類問(wèn)題。若不深入研究上述問(wèn)題，對(duì)其采取有效措施，容易發(fā)生棧橋被沖毀、傾覆等問(wèn)題，嚴(yán)重影響到施工安全、進(jìn)度，甚至造成人員傷亡，發(fā)生不可挽回的安全事故。因此針對(duì)深水、無(wú)覆蓋層的地質(zhì)條件下對(duì)鋼棧橋穩(wěn)定性展開(kāi)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(shè)工程進(jìn)行深水無(wú)覆蓋層河床鋼棧橋施工技術(shù)研究。

1 工程簡(jiǎn)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(dá)680 m，局部存在深溝壑，最深達(dá)18 m，場(chǎng)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(xiàn)直立狀，河岸大部分均為基巖出露，為典型的深水、無(wú)覆蓋層的復(fù)雜地形特大橋。根據(jù)平南東連接線潯江特大橋通航安全評(píng)估報(bào)告顯示，其20年一遇洪水航道內(nèi)流速最大值2.5 m/s。大橋設(shè)有9個(gè)水中橋墩，施工時(shí)需要進(jìn)行鋼棧橋及平臺(tái)的搭設(shè)，以形成縱向施工通道。

2 工程施工難點(diǎn)分析

橋址河床受沖刷原因的影響，幾乎無(wú)覆蓋層，大部分的河床直接裸露出強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r或中風(fēng)化石灰?guī)r。而且河床裸露部位巖石強(qiáng)度高，一般在60 MPa以上，即使是采用鋼板加強(qiáng)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(wěn)系數(shù)越小。若遇洪水時(shí)極易產(chǎn)生傾覆，存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。深水無(wú)覆蓋層鋼棧橋穩(wěn)定性的影響因素具體分析：

2.1 鋼棧橋基礎(chǔ)不穩(wěn)

對(duì)于鋼棧橋的穩(wěn)定性，我們經(jīng)常采用抗傾覆來(lái)計(jì)算鋼棧橋棧橋的穩(wěn)定，主要利用鋼棧橋的自穩(wěn)力矩和流水阻力產(chǎn)生的力矩考慮棧橋的穩(wěn)定系數(shù)。我們忽略了鋼棧橋還可能產(chǎn)生的滑移影響。在無(wú)覆蓋層的鋼棧橋基礎(chǔ)鋼管樁中，因無(wú)法入巖，鋼管樁直接豎立在河床面上，對(duì)于流水方向的穩(wěn)定力僅有不可估測(cè)的鋼管樁與河床接觸產(chǎn)生的摩阻力，在洪水期間，隨流速的增大，鋼棧橋的穩(wěn)定問(wèn)題不是鋼棧橋力矩的傾覆，而是整體滑移折斷。因此，深水無(wú)覆蓋層鋼棧橋基礎(chǔ)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(wěn)定不管是相對(duì)于力矩的抗傾覆或整體的抗滑移，流水阻力的增加對(duì)鋼棧橋都是不利的。對(duì)于鋼棧橋排除上部結(jié)構(gòu)對(duì)鋼棧橋的影響，影響流水阻力的就是鋼棧橋基礎(chǔ)形式的選擇。單排樁鋼管樁基礎(chǔ)和板凳樁鋼管樁基礎(chǔ)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(diǎn)，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(jì)算，可從減少或避免漂浮物的量這方面來(lái)著手。因此，在深水無(wú)覆蓋層鋼棧橋中單排鋼管樁基礎(chǔ)是相對(duì)優(yōu)先的選擇。

2.3 鋼棧橋基礎(chǔ)自由端大，管頂位移大

鋼棧橋鋼管樁基礎(chǔ)作為單肢立桿的鋼管樁，豎向容許應(yīng)力隨自由端的長(zhǎng)度增加，容許應(yīng)力有所遞減，鋼管之間增設(shè)剪刀撐作為鋼管設(shè)置的步距限制是容許應(yīng)力的保障，同時(shí)也是鋼管在水中因阻水產(chǎn)生位移的限制。通過(guò)計(jì)算，單根鋼管樁由于阻水壓力作用，樁頂位移是從樁底開(kāi)始線性增加的。但在增設(shè)了剪刀撐后，在剪刀撐往上的鋼管位移出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折，管頂位移減少，從而在流水阻力增大的時(shí)候，鋼管的偏心受壓現(xiàn)象減輕，進(jìn)而增加了鋼棧橋的穩(wěn)定。因此，根據(jù)深水無(wú)覆蓋層鋼棧橋水深深度設(shè)立一道或多道剪刀撐是鋼棧橋在深水穩(wěn)定的必要措施。

3 深水無(wú)覆蓋層鋼棧橋具體加固措施

通過(guò)以上分析，我們明確了深水無(wú)覆蓋層鋼棧橋穩(wěn)定的措施主要從減阻力、固基礎(chǔ)、限位移、增自重力矩這幾個(gè)方面來(lái)考慮，具體加固措施有：

3.1 樁頂標(biāo)高的確定

要避開(kāi)貝雷梁處于最高水位附近，避免漂浮物推力增大，影響穩(wěn)定。針對(duì)整個(gè)鋼棧橋而言，漂浮物的阻力是鋼棧橋抗傾覆的最關(guān)鍵因素，而鋼棧橋阻擋漂浮物最嚴(yán)重的位置是上部結(jié)構(gòu)的貝雷片或型鋼，因此樁頂標(biāo)高的確定很有講究。作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，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(duì)歷年洪水位產(chǎn)生很大影響，應(yīng)通過(guò)水文站提供新增水利樞紐后每年洪水位數(shù)據(jù)，綜合對(duì)比造價(jià)和鋼棧橋的穩(wěn)定因素考慮。

3.2 采用單排樁基礎(chǔ)

單排樁基礎(chǔ)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(yīng)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(shí)也產(chǎn)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(shí)將產(chǎn)生不可估量的流水阻力；單排樁在結(jié)構(gòu)上一般不會(huì)攔截到漂浮物，從而比板凳樁更適用于洪水鋼棧橋橋基礎(chǔ)。

3.3 棧橋下游設(shè)置斜撐

通過(guò)斜撐的支撐力減輕流水阻力的影響。在深水無(wú)覆蓋層的鋼棧橋中，斜撐的支點(diǎn)沒(méi)有辦法入巖，支點(diǎn)很難穩(wěn)固，在流水的作用下，斜撐很容易失穩(wěn)，因此，斜撐的支點(diǎn)要特別處理，通過(guò)打樁或?qū)ふ液哟餐箮r和斜巖等形式確保斜撐支腿穩(wěn)固，同時(shí)在斜撐管內(nèi)填滿碎石、砂等填料，確保斜撐在洪水中的自穩(wěn)。

3.4 及時(shí)清理漂浮物

漂浮物是影響棧橋穩(wěn)定的最大因素，因此對(duì)漂浮物的清理必須及時(shí)，在整個(gè)棧橋使用中發(fā)現(xiàn)有漂浮物都必須及時(shí)清理，除非在洪水高峰期清理會(huì)造成人員的不安全時(shí)可待洪峰回落后再及時(shí)清理。

3.5 鋼管樁內(nèi)澆筑混凝土樁

無(wú)覆蓋層的鋼管樁基礎(chǔ)無(wú)法在運(yùn)行中確保安全，因此必須對(duì)鋼管樁與河床進(jìn)行錨接，在管內(nèi)進(jìn)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(nèi)沖孔入巖>4 m，混凝土高于河床3 m，鋼棧橋拆除時(shí)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(shè)后，對(duì)已完成的鋼棧橋鋼管樁位置隔開(kāi)橋面鋼板，臨時(shí)調(diào)整下橫梁，在棧橋橋面采用小于樁徑的沖錘進(jìn)行樁基沖孔施工，沖孔達(dá)到要求深度后放入小鋼筋籠，采用水下導(dǎo)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(qiáng)跟蹤監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)位移及時(shí)采取措施

(1)在鋼管樁上設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，棧橋運(yùn)行期間做好監(jiān)控測(cè)量，特別是相鄰鋼管樁之間的相對(duì)沉降。如果出現(xiàn)相對(duì)沉降超限情況，應(yīng)立即停止使用，通過(guò)采用墊小鋼板方法來(lái)抬高貝雷梁，減少相對(duì)沉降差。

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

(3)每次洪水過(guò)后，監(jiān)測(cè)鋼棧橋變形，對(duì)傾斜鋼管調(diào)直，變形的貝雷片等均應(yīng)一一處理。

3.7 水下設(shè)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(guò)長(zhǎng)，設(shè)計(jì)考慮須設(shè)置水下剪刀撐，在鋼管樁豎立后，潛水員通過(guò)吊船放入提前加工好的剪刀撐連接構(gòu)件，進(jìn)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(hù)欄設(shè)計(jì)

在洪水位漫過(guò)鋼棧橋橋面時(shí)，棧橋護(hù)欄也是阻礙漂流物的設(shè)施，因此護(hù)欄鋼管采用螺栓連接，在洪水來(lái)時(shí)，統(tǒng)一拆除互聯(lián)螺栓，可迅速放到護(hù)欄。這也是減少漂浮物對(duì)棧橋影響的一個(gè)措施。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采取以上加固措施，潯江特大橋鋼棧橋在洪水期間經(jīng)受住了考驗(yàn)，鋼棧橋整體基本未受破壞，運(yùn)行良好。本文從鋼棧橋在無(wú)覆蓋層河床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及受洪水阻力時(shí)的受力特點(diǎn)入手，在受力分析層次對(duì)鋼棧橋的抗滑移穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行了深層次的分析，明確了鋼棧橋失穩(wěn)的具體影響因素，并針對(duì)各個(gè)不利原因總結(jié)出了較好的改良加固措施應(yīng)用于實(shí)際中，提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，消除施工中諸多不安全因素，提升了鋼棧橋在搭設(shè)、使用、拆除等過(guò)程中的安全系數(shù)，產(chǎn)生良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為后續(xù)的棧橋施工設(shè)計(jì)提供了一種分析思路。