鋼套箱工藝在香港人工島中庭B 箱涵施工中的應用

孫二猛，周 杰

（中交第三航務工程局有限公司 江蘇分公司，江蘇 連云港 222042）

1 工程概況

1.1 工程概述

港珠澳大橋香港人工島中庭項目B 箱涵作為人工島內(nèi)向北方向的一條泄水箱涵，其長度為212m，截面為7.4m×4.4m，是一條雙孔箱涵，孔徑為3.1m×3.1m。

由于箱涵出水口位置海堤工程已經(jīng)完成，如圖1 所示，故H 型鋼樁施工前需要對已成型的海堤進行部分拆除，移走護面塊石，格型鋼板樁副格外側(cè)的堤心石保留，上層填筑公眾填料；H 型鋼樁施工由甲方指定專業(yè)隊伍施工，首先在樁位上引孔打入鋼護筒，然后進行H 型鋼樁打樁施工。

圖1 B 箱涵施工前海堤平面、斷面圖

B 箱 涵 共 分 為16 節(jié)， 箱 涵 基 礎 為H 型 鋼 樁（305mm×305mm×223kg/m），共有326 根，樁長平均為63m。上部為樁帽和箱涵結(jié)構(gòu)，樁帽為焊接鋼板（550mm×550mm×50mm），出水口處樁帽最低底標高為-0.9mPD，故施工時需要先進行開挖，將H 型鋼樁開挖至-0.9mPD 標高，然后割除上部套管與H 型樁，再進行樁帽的施工。

設計要求H 型樁與樁帽鋼板焊接焊縫厚度不小于6mm，需由第三方進行探傷檢測，并出具合格報告后方可進行下道工序施工，因此水下焊接樁帽鋼板、水下澆筑地梁、預制安裝出水口工藝就此擱置，必須為箱涵出水口的施工提供干施工環(huán)境。

1.2 水文條件

本工程設計平均高水位+2.1mPD，極高水位+2.8mPD，平均低水位+0.3mPD。

1.3 鋼套箱設計思路

（1）鋼套箱安裝與固定。借鑒香港人工島其他分項工程水下焊接工藝的可行性，與香港潛水協(xié)會溝通咨詢，確定將本工程鋼套箱與現(xiàn)有格型鋼板樁大圓筒采用水下焊接鋼板的方式。根據(jù)現(xiàn)場情況，將套箱與圓筒連接處，每邊焊接2 塊通長鋼板，鋼板、套箱、大圓筒圍三棱柱結(jié)構(gòu)，焊縫為每側(cè)4 道通長焊縫（-3.65mPD ～+2.1mPD）。為防止極高潮位時海水從大圓筒頂部灌入，需在鋼套箱安裝完成后在大圓筒內(nèi)側(cè)做止水圍堰（鋪設防水模袋，澆筑混凝土擋水墻）。

（2）鋼套箱抗浮問題。經(jīng)研究決定采用澆筑封底混凝土+鋼套箱自重抵抗浮力，鋼套箱拼裝縫采用橡膠止水條止水。

（3）鋼套箱臨時結(jié)構(gòu)拆除問題。將鋼套箱設計成上下兩層結(jié)構(gòu)，下層高度為3.4m（不拆除），上層高度3.4m（拆除），其中鋼套箱結(jié)構(gòu)3.1m，為防止極高潮時在風浪作用下海水灌入鋼套箱內(nèi)，后在鋼套箱頂部增加焊接一圈30#槽鋼進行擋水，待箱涵出水口現(xiàn)澆完成后拆除。

（4）成本角度考慮。鋼套箱的設計與加工需要從成本角度考慮如何實現(xiàn)既安全可靠，又節(jié)約成本。根據(jù)H型鋼樁的樁位布置圖，擬設計的鋼套箱需將格型鋼板樁副格外側(cè)20 根H 型鋼樁及擬現(xiàn)澆的地梁、箱涵出水口全部包圍在內(nèi)，為減少基槽開挖、基床水下整平工作量，同時考慮節(jié)約鋼套箱制作成本，故設計的鋼套箱為“凸”字型。因香港當?shù)丶庸?、運輸成本太高，故考慮從國內(nèi)進行加工制作，船運至現(xiàn)場，并采用現(xiàn)有起重船進行吊裝安裝。

1.4 鋼套箱設計及驗算

（1）鋼套箱設計參數(shù)。面板采用10mm 鋼板，豎楞采用[12.5 槽鋼，最大間距為600mm；橫楞采用200×200 工字鋼，最大間距為900mm；豎撐采用400×400 工字鋼，最大間距為2600mm；底座采用350×350 工字鋼。鋼套箱最長邊23.57m，最大寬度10m，高度為6.8m，總重量為96.4t。

（2）鋼套箱結(jié)構(gòu)驗算如表1 所示。

2 鋼套箱施工工藝

2.1 工藝流程

鋼套箱施工工藝流程圖如圖2 所示。

2.2 鋼套箱施工主要工藝介紹

（1）基槽開挖、整平施工。采用臂長21m 的長臂挖掘機，在格型鋼板樁大圓筒上站位，進行圓筒外拋石護坡的挖除工作，開挖石料運至指定區(qū)域堆存，后續(xù)箱涵施工完成后需要進行海堤的恢復。開挖順序按照先遠后近的原則，邊挖邊退，開挖時勤打水砣測水深，按照-3.7mPD 標高進行控制?；舱讲捎脻撍畣T進行水下整平，長臂挖掘機配合進行補料。

表1 鋼套箱結(jié)構(gòu)計算書（抗浮力、鋼結(jié)構(gòu)、螺栓等均嚴格計算）

圖2 鋼套箱施工工藝流程圖

（2）鋼套箱安裝工藝。首先需要進行鋼套箱重心計算，配備合適的吊裝鋼絲繩及卡環(huán)。根據(jù)自有起重船（三航起16）吊梁參數(shù)及鋼套箱重心位置，在鋼套箱制作時焊接吊耳?，F(xiàn)場為鋼套箱吊裝配備4 條40t 鋼絲繩及10 個40t 卡環(huán)，4 條鋼絲繩分為2 長2 短，靠近起重16 船側(cè)的2 條鋼絲繩為短鋼絲繩（7.189m 長），遠離起重16 側(cè)的2 條鋼絲繩為長鋼絲繩（8.740m 長），吊裝方式如圖3 所示。吊裝前需起重16 進行試吊，若鋼套箱呈現(xiàn)前后傾斜較大，則在內(nèi)側(cè)或外側(cè)增加1 組卡環(huán)進行調(diào)平。鋼套箱安裝前需要在岸側(cè)設置地錨，便于起重船帶纜就位。安裝選擇高平潮時段，防止因水位太低，導致起重船底觸碰到護坡的扭王字塊，而發(fā)生事故。

圖3 鋼套箱吊裝方式

（3）鋼套箱水下焊接工藝。待鋼套箱安裝完成后，首先進行臨時固定，采用岸上地錨與套箱吊裝鋼絲繩鎖緊，同時在套箱外側(cè)采用長臂挖機拋填1m 厚塊石壓腳，最后在套箱及大圓筒預設吊耳位置采用手拉葫蘆拉緊，防止?jié)q落潮導致套箱傾覆。鋼套箱水下焊接固定，選擇業(yè)內(nèi)信譽好的專業(yè)潛水隊，討論研究施工可行性，然后進行充分技術交底。經(jīng)測量，安裝后的鋼套箱與主格C092 大圓筒距離32cm，與C093 大圓筒距離46cm；焊接連接鋼板采用寬600mm、厚10mm、長6m 鋼板共4 塊，利用岸上現(xiàn)有60t 履帶吊輔助吊裝，每個大圓筒與鋼套箱之間水下焊接2 塊鋼板圍成三棱柱，后續(xù)灌入混凝土進行止水，防止局部焊接不充分發(fā)生滲漏情況。

（4）水下封底混凝土澆筑工藝。待鋼套箱與格型鋼板樁大圓筒連接位置水下焊接完成，同時大圓筒與套箱相鄰位置后方做好防水圍堰及擋水墻之后，進行水下混凝土澆筑施工。水下封底混凝土采用商品砼，混凝土中摻加一定比例絮凝劑，使混凝土具有水下不分散性，選擇人工島內(nèi)水下灌注樁C40 配合比，砼澆筑時配置導管與汽車泵軟管連接，插入水底進行澆筑。水下封底混凝土澆筑時分塊、分層進行澆筑，澆筑前在鋼套箱上部拉尼龍繩進行分塊，導管從每塊區(qū)域中心位置拆入水底，保持垂直狀態(tài)。同時計算每塊區(qū)域每米厚封地砼的理論方量，確保導管底口始終處于砼面層以下50cm，根據(jù)估算當澆筑區(qū)域理論厚度達到1m 時，移至下一區(qū)域進行澆筑，依次循環(huán)，直至水下砼頂標高達到-0.9mPD。水下封底混凝土澆筑分塊示意圖如圖4 所示。

圖4 水下封底混凝土澆筑分塊示意圖

3 結(jié)束語

本工程鋼套箱與格型鋼板樁大圓筒采用水下焊接的連接方式，輔以澆筑水下封底混凝土進行抗浮，鋼套箱結(jié)構(gòu)經(jīng)過嚴密的設計與驗算，合理利用現(xiàn)有閑置設備進行安裝，成功為箱涵出水口創(chuàng)造“干施工”作業(yè)環(huán)境，既解決了不得不干施工的困擾，又有效保證了施工質(zhì)量、進度及安全，控制了施工成本，為類似鋼套箱（鋼封門）施工推廣提供經(jīng)驗參考。