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摘要：栈桥为跨越江河大型桥梁工程常见临时设施，其造型种类较多，目前在桥梁施工行业研究临时栈桥个例的论文较多，但在不同水文地质条件下分析增加栈桥稳定性措施的论文较少，在此笔者研究了国内常见的栈桥形式及适用特点，并进行归纳总结，以便于桥梁建设者借鉴。
关键词：栈桥稳定性；深水栈桥；浅覆盖层栈桥；漫水栈桥
1.栈桥概述
栈桥是水上大型桥梁施工的重要临时工程，为解决水中主体桥梁建设材料、机械设备及人员通行而修建的临时桥梁设施。目前广泛采用钢结构栈桥，本文所述栈桥即指钢栈桥，一般采用钢管桩为基础，少部分为钢管灌砂①、钢管混凝土基础②，特殊设计有锚杆锚固钢管桩基础②、钻孔锚固桩基础②。上部采用贝雷梁或型钢、桥面钢板或混凝土预制板结构，用来承载施工中的桥面荷载，其纵向主要采用简支梁或者连续梁结构。相对于栈桥横向稳定性和抗水流冲击能力，栈桥上部纵向结构设计及施工均比较简单，一般按照偏安全的简支梁模型验算。本文主要分析栈桥横向稳定性与水文地质环境的关系，以及建议采取加强横向稳定性的措施。目前大型桥梁施工栈桥的种类较多，按照栈桥所处的水文环境，有深水栈桥、浅水栈桥；按照钢管桩入土深度，有深覆盖层、浅覆盖层、无覆盖层钢管桩基础栈桥；按照桥面与水面位置关系，有水上栈桥、漫水栈桥。下面分类对各种形式栈桥进行探讨。
2.浅、深水栈桥稳定性探讨
施工栈桥通常紧邻主体桥梁结构，栈桥的水文环境基本上与主桥一致。栈桥设计属于临时工程范畴，目前并无相关规范定义深水与浅水的具体界限，一般认为在超过10m的水域进行栈桥设计即可视为深水栈桥，国内有少数在深达27m③、30m②水域仍然采用栈桥作为临时工程的案例，但从节省工程措施费角度出发，深水域采用栈桥作为临时设施的方案需与其他方案多方面比选，技术上满足使用要求，经济上与其他方案有优势的情况下方可采用。在确定栈桥设计水深时首先需要注意的情况为：在冲刷深度大、范围广的水域，应按照临时工程短期频率出现的冲刷深度来考虑栈桥的水流冲击深度，这一因素影响到横向水流冲击力计算以及作用位置，还将影响钢管桩插打深度，从而影响栈桥横向稳定性设计。
2.1浅水栈桥稳定性探讨
浅水区域栈桥钢管桩自由长度较小，根据河床覆盖层厚度分深覆盖层和浅覆盖层两种情况讨论。浅水、深覆盖层水文地质条件是栈桥较为理想的设计施工环境，根据桥面宽度、车辆荷载、地质情况、水流以及风荷载因素，基本确定栈桥横断面结构形式，一般选择单排双桩、单排多桩形式。浅水、深覆盖层条件下栈桥依靠钢管桩、连接系、横梁形成的框架通常可满足横向稳定性要求。遇到水流速度大的河流，若通过有限元结构分析软件计算出横向刚度不足，则可采取横向抛锚斜拉满足稳定性要求，这一措施投入成本低，效果明显。浅水、浅覆盖层栈桥由于钢管桩插打深度浅，横向抗弯、抗水流冲击力弱，在流速小的河流一般采用灌砂桩、混凝土桩增加结构自重，提高框架自身刚度，或者也采用横向抛锚斜拉措施抵抗水流冲击力。在流速大且无覆盖层的河流，需要考虑锚固桩与抛锚斜拉共用方式提高横向刚度，浅覆盖层锚固桩工艺详见下文3.2章节。
2.2 深水栈桥稳定性探讨
深水栈桥亦按照深、浅覆盖层两种情况进行分析。深覆盖层是深水栈桥较为理想的地质条件，其断面结构形式常采用单排多桩，桩间距可适当加大，减小断面框架的高宽比，有利于提高栈桥自身的横向刚度。对于高宽比大的深水栈桥，单排多桩的边桩可设置在桥面范围以外，不直接承受竖向荷载，可竖直插打也可倾斜插打；对于深水且流速大的水域，水下钢管桩自由长度较长，侧向水流冲击力大，需要采取横向抛锚斜拉与斜桩并举措施来保证横向稳定性③。
深水、浅覆盖层地质条件下的栈桥方案应慎重选择，尤其流速大的水域，技术风险和造价成本高，工序复杂。栈桥作为临时设施需结合主体桥梁工程施工方案整体考虑，在与其他方案相比，技术上可行，经济上有优势方值得采用。由于钢管桩在浅覆盖层中入土深度小，甚至无法入基岩，需采取措施将桩底部与基岩固接，可采用的方法有锚杆锚固钢管桩、钻孔锚固桩基础。为保证横向稳定性，流速小的水域中可加设抛锚斜拉装置作为安全储备措施，流速大水域中必须采取锚固桩和抛锚斜拉共用措施。锚固桩横向布置时，可将单排中两侧钢管桩锚固于基岩中，中间桩采用灌砂或者混凝土钢管桩。现将提高栈桥稳定性措施与水文地质环境关系总结出来，详见下表1。
表1 栈桥稳定性措施与环境关系.png)
3.深、浅覆盖层栈桥探讨
栈桥所处的地质条件对栈桥结构形式的选择影响重大，主要原因为河流、湖泊水域下覆盖层厚度影响钢管桩插打深度，进而影响栈桥结构稳定性。所谓覆盖层是指覆盖在桥址处基岩之上的各种成因的松散堆积、沉积物，例如砂卵砾石层、砂土层、淤泥层及人工倾填的碎石土体。
3.1深覆盖层栈桥钢管桩探讨
在深覆盖层中插打钢管桩能较为容易地插打至设计高程或者深度，因此适当厚度的覆盖层对栈桥钢管桩设计和施工是有利的，钢管插打入覆盖层中一定深度后，既可满足设计的承载力，河床以上部分钢管桩亦具备一定的抗弯能力，桩底部也能有效抵抗水流冲击，增加栈桥的稳定性。深覆盖层钢管桩工法简单，施工机械单一，钢材可重复利用的特点，因而造价成本低，得到最广泛地应用。
3.2浅覆盖层栈桥钢管桩工艺
水下覆盖层很浅甚至无覆盖层，基岩强度较高，钢管桩难以插打入基岩④，甚至竖直钢管桩都不能自稳。此类地质条件虽然承载力不成问题，但也将给栈桥设计及施工带来较大的困难。通俗地说，由于钢管桩变成钢管柱，在水下的钢管底部无处生根，反而不利于栈桥的稳定性，尤其在水深、流速较大的河流中，相对于水流的巨大冲击力，结构轻便的钢栈桥容易被洪水冲垮。因此无覆盖层河床钢管桩底部需采取加固措施，目前有两种方法可选择：锚杆锚固钢管桩和钻孔锚固钢管桩。锚杆锚固桩工艺：钢管桩插打完之后，利用钻孔取芯机在钢管桩底部基岩成孔几个直径约90mm，深度5m左右嵌岩孔，在孔内插入锚杆并及时压注管道压浆料，锚杆伸入钢管内5m，此深度范围灌入水下混凝土使得钢管下部形成锚固段。钢管内钻孔锚固桩工艺：采用钻孔机械在钢管桩内钻成直径比钢管桩小0.2m，深度约5m嵌岩孔，内插钢筋笼，伸入钢管约5m，灌注水下混凝土形成嵌岩锚固桩。当然锚固桩所采用的具体参数应根据实际情况计算后确定，此处仅举例说明。现将不同深度覆盖层条件下栈桥钢管桩工艺情况总结如下表2。
表2 不同覆盖层栈桥钢管桩基础工艺情况.png)
4.漫水栈桥探讨
栈桥作为临时性工程，所服务的主体工程完工后必须拆除。因此栈桥桥面与河流洪水位标高差并不需要像主体工程一样严格，需综合考虑主体工程施工方案、通行车辆及设备吨位、桥址水文地质情况、经济性等因素，确定临时栈桥面标高，部分地区可考虑漫水栈桥。顾名思义，漫水栈桥为遇到洪水时被淹没，洪水退去后又露出水面的桥梁。适用于桥址处河流短期频率水位较高，流量变化大，水位暴涨暴落的情况，水位上涨至一定高度后，连接栈桥的道路一并被淹没，因此修建桥面高出洪水位栈桥已失去意义。河流水位特点：年平均流量小，水位低，非汛期时间占绝大部分，汛期出现次数少，时间持续短，水位上涨和回落迅速，整个过程仅持续几天时间。
漫水栈桥所处桥位水流速度较大，横桥向水流冲击力亦较大，为增加栈桥横向稳定性，需合理选择栈桥梁部结构形式，减小梁部高度以缩小迎水面积，从而降低横向水流冲击力，采用H型钢代替常用的贝雷梁作为纵梁，同时在迎水面梁高范围，设置迎水锥面，进一步减小水流冲击力，且有效避免水面漂浮杂物堆积；同时还可减小栈桥纵向跨径，增加钢管桩排架抵抗水流冲击力。漫水栈桥断面框架形式则根据水文地质条件按照前述情况初步选定，一般采用有限元结构计算软件验算，并按照上文提高稳定性的措施逐步调整栈桥断面结构形式，以满足横向稳定性要求后最终确定。
5.结语
通过研究不同水文地质环境的栈桥个例，可得出栈桥断面结构形式的确定主要取决于水流作用下横向稳定性是否满足要求。国内已出现过栈桥设计对短期频率水流冲击力考虑不足，导致被洪水冲垮造成较大经济损失的情况，作为桥梁建设者，为避免类似情况发生，选定合理的稳定性措施尤为关键，因此可参照本文总结归纳的方法，以找到可行、经济的方案来提高栈桥稳定性。
参考文献
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论文作者:张新宇
论文发表刊物:《基层建设》2016年32期
论文发表时间:2017/1/17
标签：栈桥论文; 钢管论文; 锚固论文; 横向论文; 稳定性论文; 深水论文; 水流论文; 《基层建设》2016年32期论文;