填海造陸區(qū)域基坑工程中的箱型鋼板樁制作及其圍護體施工

周屹東

上海建工集團（澳門）有限公司 上海 200120

1 工程概況

1.1 項目概況

澳門離島醫(yī)療綜合體位于路凼連貫公路石排灣水庫側(cè)，工程包括綜合醫(yī)院大樓、輔助設(shè)施大樓、綜合服務(wù)行政大樓、護理學(xué)院、中央化驗大樓、員工宿舍大樓及康復(fù)醫(yī)院（圖1）。

圖1 離島醫(yī)療綜合體規(guī)劃示意

離島醫(yī)療綜合體占地面積約77 000 m2，建筑面積約為320 000 m2。其中綜合醫(yī)院及輔助設(shè)施大樓樁基礎(chǔ)工程占地面積約為29 361 m2，施工內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)工程及支護工程。其基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁徑分別有1.5 m、2.0 m及2.5 m，樁的總數(shù)量為527根。支護工程包括直徑1 200 mm鉆孔樁96根，箱型鋼板樁墻16 896 m2（1 165根、長24.7 m）。另外，地庫基坑采用閘板樁、混凝土樁及旋噴樁作為臨時擋土結(jié)構(gòu)。

本工程基坑圍護設(shè)計采用NSP600箱型鋼板樁作為擋土結(jié)構(gòu)，鋼板樁圍堰周長約700 m，單根鋼板樁打入深度為24.7 m，鋼板樁頂標(biāo)高＋4.9 m，底標(biāo)高－19.8 m。支護邊線為不規(guī)則多邊形，且轉(zhuǎn)角較多，不利于作業(yè)（圖2）。

圖2 工程平面及箱型鋼板樁圍護布置

1.2 地質(zhì)情況

工程地處回填土處理區(qū)域，自上而下分別為填土、海洋沉積物及沖積層（－27.16 m范圍內(nèi)）。

2 箱型鋼板樁概況

2.1 樁型

本工程采用NSP600箱型鋼板樁作為擋土結(jié)構(gòu)，即以原來的LZU607普通槽型鋼板樁，將2根槽型鋼板樁相對組合成箱型后，再焊接2塊厚20 mm的加強鋼板，形成復(fù)合箱型鋼板樁（圖3），既作擋土又兼作防水帷幕。

圖3 NSP600箱型鋼板樁橫斷面示意

2.2 箱型鋼板樁加工

2.2.1 加工準(zhǔn)備

鋼板樁組合成箱型時，為確保拼接的精度，需對鋼板樁原材的線型和截面進行嚴(yán)格的測量，對變形過大的應(yīng)作退換處理。由于鋼板樁長度較大，通長焊縫的焊接還需注意焊接變形的控制，須采取適當(dāng)?shù)暮附哟涡蚝凸に嚒?/p>

其加工準(zhǔn)備分2個部分，一為工廠代工；二為現(xiàn)場定制加工設(shè)備。

1）工廠代工：主要是加強鋼板的切割，將鋼板原材切割為寬250 mm的加強板，打包運輸至施工場地。加強板材質(zhì)亦與原槽型鋼板樁材質(zhì)同，為S430GP，為減少損耗，鋼板采取定尺采購方式直接向鋼廠訂貨。根據(jù)加強板的尺寸，并考慮切割的損耗，確定訂貨規(guī)格為20 mm×2 030 mm×12 500 mm和20 mm×2 030 mm× 11 500 mm兩類。每條加強板的質(zhì)量約為498.46 kg，每10條為1捆進行打包，每捆質(zhì)量約為5 t，每車可運輸6捆，每車運輸質(zhì)量為30 t。

2）現(xiàn)場定制加工設(shè)備：由于本項目鋼板樁使用數(shù)量龐大，加工制作工序精細(xì)，對變形量控制要求較高，為滿足施工要求，在本項目施工場地周邊專門搭建了鋼板樁加工廠棚，進行鋼板樁原材的堆放、篩選、拼裝、焊接、對接等。拼裝前先搭建組立機，形成胎架后進行拼裝，以保證箱型鋼板樁4個側(cè)面的角度；同時使用6臂埋弧自動焊機對箱型復(fù)合鋼板樁6道縱向樁身上的等長焊縫進行焊接，以減小因燒焊引起的形變；使用63#工字鋼制作對接胎架，并定期檢查對接胎架是否在同一水平面上。

2.2.2 箱型樁組合加工

鋼板樁及加強鋼板組合成箱型主要通過組立機及組裝胎架進行校正、定位、點焊固定成型。組立機及胎架上均設(shè)有傳送軸承，依次將底面加強鋼板、底面原材鋼板樁、頂面原材鋼板樁、頂面加強鋼板放置于組裝胎架上，鋼板樁及加強鋼板在傳送軸承的驅(qū)動下來回移動以調(diào)整、校正組合位置直至組合成預(yù)設(shè)箱型形狀。同時，安排工人于組立機處對合拼完好的箱型組合進行點焊定型（圖4）。

圖4 箱型鋼板樁組合加工

1）組合焊縫自動焊接。鋼板樁組合成箱型后，需對樁身上的縱向6道組合焊縫進行焊接，由于焊縫工作量大且質(zhì)量要求高，決定使用埋弧自動焊進行焊接，以保證焊接質(zhì)量、提高加工速度。由于埋弧焊中焊劑和熔渣不僅可防止空氣中的氮、氧侵入熔池，而且熔池凝固較慢，使液態(tài)金屬與熔化的焊劑間有較多時間的冶金反應(yīng)，從而降低了焊縫中產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷的可能性。焊劑還可以向焊縫滲合金，提高焊縫金屬的力學(xué)性能以及成型美觀感。埋弧自動焊所用焊接電流大，加上焊劑和熔渣的隔熱作用，熱效率高，熔深大，單絲埋弧焊在焊件不開坡口的情況下，一次可熔透20 mm，焊接效率高。同時焊接過程的機械化操作顯得更為便利，而且煙塵少，沒有弧光輻射，勞動條件得到很大的改善[1-4]。

2）鋼板樁接長。將2節(jié)箱型鋼板樁進行對接，長度分別為11.7 m和13 m，選取其中一節(jié)鋼板樁，將其對接端頭外側(cè)開設(shè)坡口。構(gòu)件的坡口采用氣刨機加工。坡口形式應(yīng)符合焊接標(biāo)準(zhǔn)圖要求。坡口面應(yīng)無裂紋、夾渣、分層等缺陷（圖5）。氣刨機開制坡口時的切割速度應(yīng)適當(dāng)，使斷面平整無瑕。然后，由專項質(zhì)檢員進行100%的切口、直線度等外觀檢查。焊接施工前，將2節(jié)箱型鋼板樁（11.7 m＋13 m）放入胎架中，先行調(diào)直（豎直方向通常采用水平尺來檢測），以保證鎖口平直并行，不扭曲、彎曲或突變。當(dāng)在胎架中調(diào)直合格后，先點焊加固再進行對接焊接，對接焊接完成后加焊駁口處的加強鋼板。最后，送交檢驗，進入施工環(huán)節(jié)。

圖5 鋼板樁接長

3 鋼板樁施工方法

分兩組機背靠背施打作業(yè)，由于鋼板樁轉(zhuǎn)角位為90°轉(zhuǎn)彎，無法通過原有鎖口進行鋼板樁的固定，因此本工程采用2條鋼板樁軸線調(diào)整法施打，在轉(zhuǎn)角施工處外側(cè)進行鉆孔灌漿以堵截地下水（圖6）。

圖6 鋼板樁90°轉(zhuǎn)彎角位置處理示意

傳統(tǒng)的鋼圍護樁均采用屏風(fēng)式施打法，需在地面安裝設(shè)置雙面雙層導(dǎo)向架，以準(zhǔn)確控制樁的平面位置，所以若采用屏風(fēng)打法，全長24.7 m的鋼板樁需在現(xiàn)場第1節(jié)鋼板樁施打完成后進行第2節(jié)鋼板樁跟第1節(jié)鋼板樁的直立對接工作。但由于箱型鋼板樁直立對接時鎖扣及鎖扣附近處很難完整焊接（本項目鋼板樁對接口仍在基坑深度范圍內(nèi)），故不滿足本項目要求。

本工程選擇采用單樁打入法，即從鋼板樁墻的一角開始，逐樁打設(shè)，直至工程結(jié)束。

全長24.7 m箱型鋼板樁一次性完成施打，須有效控制鋼板樁的垂直度和平面位置，避免傳統(tǒng)單樁打法中易使板樁向一側(cè)傾斜、誤差積累后不易糾正、只適用于鋼板樁墻要求不高且板樁長度較小的情況等缺點。

采用多功能鉆機搭配足夠高度的桅桿以一次性完成鋼板樁的施打，充分利用了多功能鉆機自有高樁架的導(dǎo)向作用，使鋼板樁沿著既定的軌道下沉，沉樁的垂直度得到有效的控制。地面導(dǎo)向架有效控制成樁的平面位置，使鋼板樁墻的總體施工精度得到大大提高。因此，采用液壓振動錘配合多功能鉆機施打箱型復(fù)合鋼板樁，突破了單樁打入法的限制[5-7]。

3.1 導(dǎo)向架制作

1）導(dǎo)向架有足夠的強度和剛度，打樁時樁的軸線偏差和傾斜要靠導(dǎo)向架來控制。

2）導(dǎo)向架每組長為12.0 m，寬2.0 m，主要用200#工字鋼作支架及305#工字鋼作導(dǎo)軌。導(dǎo)向支撐點采用Ⅲ號閘板，打入土層6 m深，作為臨時固定支撐點。

3）一組導(dǎo)向架可以滿足插打10根鋼板樁施工需要。計劃現(xiàn)場每臺機械配備兩組導(dǎo)向架作為循環(huán)使用（圖7）。

圖7 導(dǎo)向架施工示意

3.2 鋼板樁打設(shè)

本工程采用單樁打入法，雖施工簡便，且速度快，但單塊打入易向一邊傾斜，誤差積累不易糾正。因此，在打樁過程中為保證鋼板樁的垂直度，用2臺經(jīng)緯儀加以控制，每組機械各配一臺。開始打設(shè)的第1、2塊鋼板樁的位置和方向應(yīng)確保精確，以便起到導(dǎo)向樣板作用，施打過程中保持垂直度監(jiān)測；打至預(yù)定深度后立即用鋼筋或鋼板與圍檁支架電焊作臨時固定。本工程鋼板樁長度為24.7 m，根據(jù)地質(zhì)情況結(jié)合以往的施工經(jīng)驗，利用振動鉗插入鋼板樁并振沉至一定深度后，鋼板樁可能無法繼續(xù)下沉，這時改用液壓打樁錘進行施工，但需在鋼板樁上安裝樁帽進行套打。

3.3 施工進度安排

合約要求鋼板樁施打所需總工期為150 d，且工地邊上有個直升機維修中心，直升機升降時段不能施工，同時考慮天氣等因素影響，故采用2組機同時施工作業(yè)，每組機再采用2套導(dǎo)向架，作為施打鋼板樁固定架循環(huán)使用。這樣，每一個導(dǎo)架內(nèi)可以施打10根鋼板樁（圖8）。

圖8 箱型鋼板樁施工

4 效益分析

工程實踐表明，在施工現(xiàn)場搭建鋼板樁臨時加工廠，不僅可節(jié)省成品箱型鋼板樁運輸費用，而且還可根據(jù)現(xiàn)場需要調(diào)整加工速度，解決了箱型鋼板樁占用場地和空間較大等問題。

本工程采用液壓振動錘配合多功能鉆機施打鋼板樁是對傳統(tǒng)工法的創(chuàng)新，在離島醫(yī)療綜合體綜合醫(yī)院及輔助設(shè)施大樓樁基礎(chǔ)工程實踐中，突破了單樁打入法只適用于鋼板樁墻要求不高且板樁長度較小這一情況的限制，彌補了屏風(fēng)打入法中鎖扣焊接困難的缺陷，發(fā)揮了較好的工程效益。本工程實際施工工期為120 d，比原計劃提前了30 d完成。實際施打箱型鋼板樁1 168根，平均每組每天施打5根鋼板樁，最高記錄一組一天可施打12根鋼板樁。