廣園大橋混凝土套箱施工技術(shù)

賀 強(qiáng)，李順清

(中鐵港航局集團(tuán)有限公司，廣東廣州510660)

1 工程概況

廣園東路延長(zhǎng)線YA6標(biāo)廣園大橋跨東江主、副航道上部結(jié)構(gòu)分別采用60 m+100 m+100 m+60 m四跨和55 m+85 m+55 m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，基礎(chǔ)均采用圓端形承臺(tái)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

原計(jì)劃其主、副航道基礎(chǔ)均采用先下沉鋼套箱后施工樁基及承臺(tái)的方法。但在實(shí)施過(guò)程中根據(jù)副航道水位較淺的實(shí)際情況，決定副航道基礎(chǔ)采用吹砂筑島施工樁基，然后下沉混凝土套箱施工承臺(tái)的方法。按實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)的要求，在副航道C22、C23基礎(chǔ)施工范圍內(nèi)先筑島施工樁基，樁基全部完成后平整筑島面進(jìn)行混凝土套箱施工。在施工前期混凝土套箱下沉均勻并且比較順利，然而當(dāng)套箱下沉到一定深度后就停止下沉，各種常規(guī)處理方法都作用甚微，嚴(yán)重地影響了施工的順利進(jìn)展。因此有必要通過(guò)理論分析與計(jì)算尋找解決套箱停止下沉的原因。

圖1 基礎(chǔ)平面圖

2 混凝土套箱下沉受力計(jì)算

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)介紹

副航道C22、C23主墩承臺(tái)平面圖及混凝土套箱圖尺寸見圖1、圖2，承臺(tái)平面尺寸9.0 m×7.6 m，套箱平面尺寸11.6 m×10.2 m?；炷撂紫洳捎肅25鋼筋混凝土，內(nèi)設(shè)支撐(其具體施工圖從略)。

圖2 混凝土套箱平面圖

2.2 混凝土套箱停止下沉原因分析

在施工過(guò)程中曾發(fā)生過(guò)套箱停止下沉，為了找出套箱停止下沉的原因，對(duì)混凝土套箱的摩擦阻力進(jìn)行以下分析。

2.2.1 混凝土套箱計(jì)算參數(shù)

(1)混凝土套箱頂部6.7 m每1 m混凝土體積:

0.8×(11.6×2+8.6×2)+4×(0.8×0.6+0.2×0.2÷2)=34.32 m3

(2)混凝土套箱底部刃角1.5 m混凝土體積:

［0.5×0.8+(0.2+0.8)×1÷2］×(11.6×2+8.6×2)+1.5×0.6×0.8×4/2=37.8 m3

(3)混凝土套箱總重(鋼筋混凝土按25 kN/m3計(jì)):

(34.32×6.7+37.8)×25=6 694 kN

(4)混凝土套箱外側(cè)周長(zhǎng)

(11.6+10.2)×2+8×0.6=48.4 m

2.2.2 地質(zhì)計(jì)算參數(shù)

(1)工程地質(zhì)鉆孔報(bào)告中各小孔的地質(zhì)情況見表1。

表1 工程地質(zhì)情況

(2)根據(jù)上表及混凝土套箱底標(biāo)高為－1.2 m可知，除4號(hào)鉆孔處混凝土套箱底處于粗砂層外，其余均在可塑亞黏土層中?；炷撂紫湎鲁?xí)r主要穿過(guò)地層為表層吹填細(xì)砂、中砂層(粗砂層)、可塑亞黏土層，根據(jù)工程地質(zhì)鉆孔報(bào)告中的土樣取值建議參數(shù)，取各層土樣參數(shù)如表2。

表2 土樣計(jì)算參數(shù)

2.2.3 混凝土套箱下沉摩擦阻力估算

根據(jù)以上混凝土套箱及地質(zhì)土樣參數(shù)，本文取C23右幅混凝土套箱進(jìn)行計(jì)算分析。由吹砂層頂標(biāo)高為+7.0可知，混凝土套箱穿越各土層厚度分別為細(xì)砂層約5.9 m、中砂層約1.5 m、可塑性亞黏土層約0.8 m。按混凝土套箱為剛性體，且不考濾混凝土套箱傾斜及底部阻力影響，套箱摩擦阻力估算為:

48.4×(5.9×25+1.5×35+0.8×60)=12 003 kN

在不考慮水浮力時(shí)，混凝土套箱的摩擦阻力為12 003 kN，遠(yuǎn)大于套箱自重重量6 694 kN。因此摩擦阻力過(guò)大，自重不足是混凝土套箱下沉困難的主要原因。

3 混凝土套箱繼續(xù)下沉的處理方法及效果

為解決下沉問題，混凝土套箱施工采用分節(jié)就地澆筑的方法進(jìn)行施工。施工前對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，按設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行放樣測(cè)量，刃腳底部采用土模施工，省去了采用墊木施工需抽墊的工序。混凝土套箱第一節(jié)完成后，用吊機(jī)配合抓除套箱內(nèi)細(xì)砂進(jìn)行沉降的方法，下沉到距地面約1.0 m左右開始進(jìn)行套箱接高施工。但混凝土套箱全部完成后，套箱下沉至5.0 m左右時(shí)停止下沉，現(xiàn)場(chǎng)分別采用了各種方法，效果均不是很理想。通過(guò)對(duì)混凝土套箱的受力分析后，找到了套箱自重與摩擦阻力相比過(guò)小是主要原因，采用單一方法解決套箱下沉比較困難，因此根據(jù)實(shí)際情況采用了多種方法結(jié)合施工，主要是從以下幾各方面進(jìn)行。

3.1 減小混凝土套箱所受的摩擦阻力

混凝土套箱下沉到一定深度，整體基本穩(wěn)定后，在套箱內(nèi)進(jìn)行支撐加固。主要通過(guò)兩個(gè)方面來(lái)減小混凝土套箱的摩擦阻力讓混凝土套箱繼續(xù)下沉。一方面在低水位時(shí)用挖機(jī)對(duì)稱挖除套箱四周土體，減少混凝土套箱與周圍土體的摩擦面積;另一方面采用了水下松動(dòng)爆破，對(duì)土體進(jìn)行擾動(dòng)，降低減少土體的極限摩阻力。

3.2 加大下沉重量

采用了水箱壓重的方法。施工時(shí)在混凝土套箱的兩個(gè)對(duì)角對(duì)稱放置兩根Ⅰ45工字鋼，每個(gè)對(duì)角壓3個(gè)水箱，單個(gè)水箱重達(dá)250 kN，每個(gè)水箱上口都有進(jìn)水口，可對(duì)水箱內(nèi)水量進(jìn)行調(diào)控。通過(guò)壓重措施后，下沉重量增加約1 600 kN。

3.3 選擇低水位時(shí)下沉套箱

通過(guò)采取壓重及降低摩擦阻力后，為進(jìn)一步加大混凝土套箱下沉重量與摩擦阻力的比值，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)處于潮水影響區(qū)域，每天水位漲落較大的情況，選擇在低水位時(shí)下沉套箱，減小水浮力，增大沉降比。在低水位施工時(shí)用高壓水對(duì)混凝土套箱內(nèi)砂層進(jìn)行沖射，并采用大功率的抽砂船進(jìn)行抽砂作業(yè)，使整個(gè)套箱刃角懸空，以便套箱下沉。

通過(guò)采用以上方法處理后，不考慮浮力時(shí)其下沉重量達(dá)到8 294 kN，摩擦阻力降低到約7 768 kN，下沉重量大于摩擦阻力。采用以上方法處理后，混凝土套箱由停止下沉轉(zhuǎn)為開始緩慢下沉，下沉量達(dá)到每天50 cm左右，達(dá)到了預(yù)期的效果。但需注意的是套箱下沉必須不間斷進(jìn)行施工，避免由于存在浮力及水位漲落引起翻砂等不利因素引起阻力增大造成套箱下沉困難。

4 技術(shù)方案比較及總結(jié)

廣園東路延長(zhǎng)線YA6標(biāo)副航道基礎(chǔ)施工方案采用筑島混凝土套箱施工替代水上鋼套箱施工后從經(jīng)濟(jì)及技術(shù)角度上來(lái)說(shuō)是可行的。首先，采用筑島混凝土套箱施工從經(jīng)濟(jì)上來(lái)說(shuō)比用鋼套箱節(jié)約，其次，從技術(shù)角度來(lái)看，地質(zhì)、水文條件較好，筑島施工簡(jiǎn)易方便，混凝土套箱施工技術(shù)成熟。另外，由于廣園大橋施工工期緊，采用混凝土套箱可以進(jìn)行平行作業(yè)，對(duì)于工期安排比較有利，緩解工期壓力。