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， 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構，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，與香港潛水協會溝通咨詢，確定將本工程鋼套箱與現有格型鋼板樁大圓筒采用水下焊接鋼板的方式。根據現場情況，將套箱與圓筒連接處，每邊焊接2 塊通長鋼板，鋼板、套箱、大圓筒圍三棱柱結構，焊縫為每側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側做止水圍堰（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）鋼套箱臨時結構拆除問題。將鋼套箱設計成上下兩層結構，下層高度為3.4m（不拆除），上層高度3.4m（拆除），其中鋼套箱結構3.1m，為防止極高潮時在風浪作用下海水灌入鋼套箱內，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既安全可靠，又節約成本。根據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20 根H 型鋼樁及擬現澆的地梁、箱涵出水口全部包圍在內，為減少基槽開挖、基床水下整平工作量，同時考慮節約鋼套箱制作成本，故設計的鋼套箱為“凸”字型。因香港當地加工、運輸成本太高，故考慮從國內進行加工制作，船運至現場，并采用現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。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）鋼套箱結構驗算如表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域堆存，后續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。基床整平采用潛水員進行水下整平，長臂挖掘機配合進行補料。

表1 鋼套箱結構計算書（抗浮力、鋼結構、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。根據自有起重船（三航起16）吊梁參數及鋼套箱重心位置，在鋼套箱制作時焊接吊耳。現場為鋼套箱吊裝配備4 條40t 鋼絲繩及10 個40t 卡環，4 條鋼絲繩分為2 長2 短，靠近起重16 船側的2 條鋼絲繩為短鋼絲繩（7.189m 長），遠離起重16 側的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，若鋼套箱呈現前后傾斜較大，則在內側或外側增加1 組卡環進行調平。鋼套箱安裝前需要在岸側設置地錨，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，防止漲落潮導致套箱傾覆。鋼套箱水下焊接固定，選擇業內信譽好的專業潛水隊，討論研究施工可行性，然后進行充分技術交底。經測量，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，后續灌入混凝土進行止水，防止局部焊接不充分發生滲漏情況。

（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，導管從每塊區域中心位置拆入水底，保持垂直狀態。同時計算每塊區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，根據估算當澆筑區域理論厚度達到1m 時，移至下一區域進行澆筑，依次循環，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，鋼套箱結構經過嚴密的設計與驗算，合理利用現有閑置設備進行安裝，成功為箱涵出水口創造“干施工”作業環境，既解決了不得不干施工的困擾，又有效保證了施工質量、進度及安全，控制了施工成本，為類似鋼套箱（鋼封門）施工推廣提供經驗參考。