廣園大橋混凝土套箱施工技術

賀 強，李順清

(中鐵港航局集團有限公司，廣東廣州510660)

1 工程概況

廣園東路延長線YA6標廣園大橋跨東江主、副航道上部結構分別采用60 m+100 m+100 m+60 m四跨和55 m+85 m+55 m三跨預應力混凝土變截面連續箱梁，基礎均采用圓端形承臺、鉆孔灌注樁基礎。

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

圖1 基礎平面圖

2 混凝土套箱下沉受力計算

2.1 基礎設計介紹

副航道C22、C23主墩承臺平面圖及混凝土套箱圖尺寸見圖1、圖2，承臺平面尺寸9.0 m×7.6 m，套箱平面尺寸11.6 m×10.2 m。混凝土套箱采用C25鋼筋混凝土，內設支撐(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

在施工過程中曾發生過套箱停止下沉，為了找出套箱停止下沉的原因，對混凝土套箱的摩擦阻力進行以下分析。

2.2.1 混凝土套箱計算參數

(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):

(34.32×6.7+37.8)×25=6 694 kN

(4)混凝土套箱外側周長

(11.6+10.2)×2+8×0.6=48.4 m

2.2.2 地質計算參數

(1)工程地質鉆孔報告中各小孔的地質情況見表1。

表1 工程地質情況

(2)根據上表及混凝土套箱底標高為－1.2 m可知，除4號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。混凝土套箱下沉時主要穿過地層為表層吹填細砂、中砂層(粗砂層)、可塑亞黏土層，根據工程地質鉆孔報告中的土樣取值建議參數，取各層土樣參數如表2。

表2 土樣計算參數

2.2.3 混凝土套箱下沉摩擦阻力估算

根據以上混凝土套箱及地質土樣參數，本文取C23右幅混凝土套箱進行計算分析。由吹砂層頂標高為+7.0可知，混凝土套箱穿越各土層厚度分別為細砂層約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，混凝土套箱的摩擦阻力為12 003 kN，遠大于套箱自重重量6 694 kN。因此摩擦阻力過大，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就地澆筑的方法進行施工。施工前對場地進行平整，按設計尺寸進行放樣測量，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。混凝土套箱第一節完成后，用吊機配合抓除套箱內細砂進行沉降的方法，下沉到距地面約1.0 m左右開始進行套箱接高施工。但混凝土套箱全部完成后，套箱下沉至5.0 m左右時停止下沉，現場分別采用了各種方法，效果均不是很理想。通過對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，因此根據實際情況采用了多種方法結合施工，主要是從以下幾各方面進行。

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，整體基本穩定后，在套箱內進行支撐加固。主要通過兩個方面來減小混凝土套箱的摩擦阻力讓混凝土套箱繼續下沉。一方面在低水位時用挖機對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爆破，對土體進行擾動，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。施工時在混凝土套箱的兩個對角對稱放置兩根Ⅰ45工字鋼，每個對角壓3個水箱，單個水箱重達250 kN，每個水箱上口都有進水口，可對水箱內水量進行調控。通過壓重措施后，下沉重量增加約1 600 kN。

3.3 選擇低水位時下沉套箱

通過采取壓重及降低摩擦阻力后，為進一步加大混凝土套箱下沉重量與摩擦阻力的比值，根據現場處于潮水影響區域，每天水位漲落較大的情況，選擇在低水位時下沉套箱，減小水浮力，增大沉降比。在低水位施工時用高壓水對混凝土套箱內砂層進行沖射，并采用大功率的抽砂船進行抽砂作業，使整個套箱刃角懸空，以便套箱下沉。

通過采用以上方法處理后，不考慮浮力時其下沉重量達到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為開始緩慢下沉，下沉量達到每天50 cm左右，達到了預期的效果。但需注意的是套箱下沉必須不間斷進行施工，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 技術方案比較及總結

廣園東路延長線YA6標副航道基礎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濟及技術角度上來說是可行的。首先，采用筑島混凝土套箱施工從經濟上來說比用鋼套箱節約，其次，從技術角度來看，地質、水文條件較好，筑島施工簡易方便，混凝土套箱施工技術成熟。另外，由于廣園大橋施工工期緊，采用混凝土套箱可以進行平行作業，對于工期安排比較有利，緩解工期壓力。