深水急流裸岩复杂环境条件下钢栈桥加固技术

邹 兴

（中铁十八局集团 第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

1 工程概况

某特大桥为单线变双线桥，桥梁全长875.315m，于DK21+262 桪K21+939 跨越江河段，设计采用(144+288+144）m 钢构斜拉加劲方式跨越江中主航道。桥位所在河段为感潮河段、受潮汐影响较大，百年一遇设计水位和设计平均水流速分别为5.37m/s、2.25m/s。经现场勘查5#至9#墩处于深水区，最大水深约30m，且河床覆盖层较薄，尤其是8-9# 墩范围无覆盖层、河床基岩裸露呈斜坡面，钢栈桥施工难度很大。如何在无覆盖层水中搭设钢栈桥和保持其稳定性是施工的重难点。本栈桥最终采用布设板凳桩+锚杆锚固及冲孔锚固钢管桩+抛混凝土锚等施工工艺，[1-2]使搭设钢栈桥施工在深水、急流、裸岩的恶劣条件下实现平稳推进，且能够保证运营安全、稳定。

2 钢栈桥结构设计及加固方案

2.1 钢栈桥结构设计

钢栈桥设计为钢管桩基础，采用三排桩板凳式布置，桩间距为3.2m，钢管平联、斜撑采用[20槽钢，桩顶横向承重梁采用2I36 工字钢，纵向架设4 组贝雷梁，跨径为12m+3m(详见图1)。桥面宽8m，采用铺设钢筋混凝土预制板，栈桥施工考虑用履带吊逐跨推进施工。

2.2 钢桟桥加固方案

经现场勘查得知从岸边至8# 墩范围河床覆盖层较浅且冲刷较大，钢管桩人土深度有限，稳定性能差；从8# 至9# 墩河床岩面裸露且呈斜坡状，钢管桩嵌岩难度大，无法直立；此外钢管桩还要承受洪水、潮水冲击影响，钢管桩基础稳定性受到严峻考验。为增加栈桥整体稳定性，经多次现场勘查及方案论证，最终确定以下三项加固方案。

图1 钢栈桥结构设计图

第一项方案：在岸边至8#墩范围的河床覆盖层较浅基础施工采用直接插打钢管桩+ 锚杆桩方案，钢管桩通过锚杆与河床形成固结。

第二项方案：在8#至9#墩范围的河床基岩裸露呈斜坡状基础施工采用冲击钻孔锚固桩方案,通过灌注钻孔混凝土使钢管桩与河床形成固结,以抵抗水平力及倾覆对桩产生的上拔力。

第三项方案：从8# 墩至9# 墩间144m 无钻孔平台，且河床基岩裸露呈斜坡面，现场拟定从8#墩开始，在栈桥的上下游每跨两侧各增加一根Ф1200*10mm 钢管增加受力截面，同时利用这两根钢管桩施做冲孔锚固桩进行锚固，锚固桩与其它钢管联接为一体，保证栈桥支撑体系的整体稳定。考虑水深流速急，钢管桩长细比较大，为保证上部稳定，在已施工完的8-9# 墩栈桥两侧锚固桩，对称设置30t 混凝土地锚作为辅助结构，增大桟桥抵抗水平荷载能力。

3 栈桥加固施工的应用

3.1 锚杆锚固桩施工

5# 墩至8# 墩河床为浅覆盖层区域，钢管桩贯人度难以满足，因此栈桥钢管桩采用锚杆锚固法。

3.1.1 搭设钻机平台利用已经插打及焊连的钢管桩为基础搭设简易钻孔平台，在每组板凳桩大里程侧的三根钢管桩内设置锚杆锚固桩，并安装XY-2B 型钻芯机就位。

3.1.2 下放套管

在选做锚固桩的钢管桩内插人三根套管，套管直径为194mm，套管间距为40cm，成三角形布置。

3.1.3 锚孔钻芯

锚孔设计直径为170mm，每一钢管桩内布设3 个锚固孔。因水深及河床地质不一，其锚固长度也不相同，设计要求锚人强- 弱风化岩的长度不小于5m。钻机调整就位后开启钻进，采用接长钻杆的方式使钻筒深人河床基岩取芯成孔，测量孔深合格后用高压风完成清孔。[1]

3.1.4 锚筋制作与下放

锚筋采用3 根Ф32 螺纹钢筋点焊捆绑在一起形成锚杆束，单根长度不小于10m (长度由锚孔深度确定）。制作好的锚筋上捆绑两根注浆管，注浆管采用Ф25mm 的高强度塑料管，一根作观察孔，一根作压浆。根据实测锚孔深人基岩深度，计算压浆管出岩面位置，在此处破开一个辅助孔，并用无纺布包裹此孔，孔口上下各20cm 位置的用铁丝扎紧形成袋状。（详见图2)

图2 锚筋实体图

3.1.5 锚孔注浆

锚孔注浆采用压浆机注人，孔底返浆法施工。注浆材料采用压浆料，浆液水灰比为0.4～0.7,根据现场水流渗透压力可适当调整浆体配合比，注浆压力控制为0.5～0.8Mpa。具体施工中浆液通过压浆管至辅助孔处流出，此时无纺布袋撑开膨胀形成胶囊封堵锚孔顶口，隔绝上部水层，防止浆液向河道流失。而后浆液从孔底流出，孔内水从观察孔排出，直至观察孔内流出浓浆后立即停止压浆。

3.1.6 钢管桩锚固处理

利用钻机将套管拔除，注意不要将锚筋带出，移开钻机，考虑管桩内泥砂难以清净，在管桩内填人粒径20～40mm 碎石进行高压旋喷处理，使钢管桩与锚杆基岩形成一体，确保整体的稳定。最后形成岩层—锚杆—立柱稳定系统。（详见图3）

图3 栈桥锚杆锚固桩示意图

3.2 冲击钻孔锚固桩施工

8# 墩至9# 主墩段靠主航道，水深流速急、下部河床为裸岩，采用冲孔锚固形式，在栈桥上下游两侧各增加一根Ф1000 x 10mm 钢管，距离栈桥钢管桩3.2m，加大受力截面，同时利用这两根钢管桩进行钻孔桩锚固，锚固桩与栈桥管桩联接为一体，保证栈桥支撑体系的整体稳定。[2]

搭设临时工作平台，吊装冲击钻机就位，利用新增Ф1000mm 的钢管做为护筒，在钢管桩内冲孔施工钢筋混凝土锚桩以增加桩长，选用Ф800mm 钻头进行冲孔作业，钻进岩层深度达到5m 后清孔，吊放10m 长的钢筋笼人孔，下导管向孔内灌注水下混凝土至10m 高度，使钢管桩与基岩形成一体，确保整体的稳定。

3.3 混凝土地锚施工

3.3.1 锚锭的制作

抛锚锚锭采用钢筋混凝土锚锭，设计为前端带尖三角脚趾的楔形块（详见图4)。单个重量约为30t，现场在岸边空地上绑扎锚锭钢筋、安装模板后浇筑混凝土成形，施工时要注意预埋起吊吊环和锁链连接拉环。

图4 混凝土锚大样图

3.3.2 抛锚施工

针对江河道水深、流速急，栈桥钢管桩长细比大，自由段长度较大，下部管桩虽进行锚固，但栈桥晃动仍较大，为保证栈桥的稳定，在已施工的北岸栈桥8# 墩至9# 主墩间主栈桥设置抛锚锚固，抛锚锚锭采用钢筋混凝土锚锭。

将预制好的锚锭块吊人驳船上运输至锚固钢管桩位置，采用47# 钢丝绳缠绕钢管桩一圈，利用卷扬机带紧钢丝绳，套上卡扣锁紧。钢丝绳另一端与48 型锚链连接，锚链长50m。启动驳船将混凝土锚锭运至抛锚范围。抛锚地点为锚固桩上下游对称各140m 左右处，用100t 浮吊吊起锚锭缓慢放入水中直至沉人河底。（详见图5)，调整至对称两根绳索松紧度均匀时锁紧卡扣。

图5 抛锚断面图

4 结语

实践证明该钢栈桥已多次经受强台风和洪水侵袭，稳定性好、安全系数高，加固技术应用成功。在复杂河床地质条件下搭设钢栈桥，加固技术是关键，上述三项加固技术具有施工难度小、速度快、效果好的优点，为以后类似工程提供有意义的参考。