周屹東

上海建工集團(tuán)（澳門(mén)）有限公司 上海 200120

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

澳門(mén)離島醫(yī)療綜合體位于路凼連貫公路石排灣水庫(kù)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(hù)理學(xué)院、中央化驗(yàn)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(hù)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(hù)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(zhǎng)24.7 m）。另外，地庫(kù)基坑采用閘板樁、混凝土樁及旋噴樁作為臨時(shí)擋土結(jié)構(gòu)。

本工程基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)采用NSP600箱型鋼板樁作為擋土結(jié)構(gòu)，鋼板樁圍堰周長(zhǎng)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(hù)邊線(xiàn)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(hù)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(lái)的LZU607普通槽型鋼板樁，將2根槽型鋼板樁相對(duì)組合成箱型后，再焊接2塊厚20 mm的加強(qiáng)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(shí)，為確保拼接的精度，需對(duì)鋼板樁原材的線(xiàn)型和截面進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)量，對(duì)變形過(guò)大的應(yīng)作退換處理。由于鋼板樁長(zhǎng)度較大，通長(zhǎng)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(gè)部分，一為工廠(chǎng)代工；二為現(xiàn)場(chǎng)定制加工設(shè)備。

1）工廠(chǎng)代工：主要是加強(qiáng)鋼板的切割，將鋼板原材切割為寬250 mm的加強(qiáng)板，打包運(yùn)輸至施工場(chǎng)地。加強(qiáng)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(gòu)方式直接向鋼廠(chǎng)訂貨。根據(jù)加強(qiáng)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(lèi)。每條加強(qiáng)板的質(zhì)量約為498.46 kg，每10條為1捆進(jìn)行打包，每捆質(zhì)量約為5 t，每車(chē)可運(yùn)輸6捆，每車(chē)運(yùn)輸質(zhì)量為30 t。

2）現(xiàn)場(chǎng)定制加工設(shè)備：由于本項(xiàng)目鋼板樁使用數(shù)量龐大，加工制作工序精細(xì)，對(duì)變形量控制要求較高，為滿(mǎn)足施工要求，在本項(xiàng)目施工場(chǎng)地周邊專(zhuān)門(mén)搭建了鋼板樁加工廠(chǎng)棚，進(jìn)行鋼板樁原材的堆放、篩選、拼裝、焊接、對(duì)接等。拼裝前先搭建組立機(jī)，形成胎架后進(jìn)行拼裝，以保證箱型鋼板樁4個(gè)側(cè)面的角度；同時(shí)使用6臂埋弧自動(dòng)焊機(jī)對(duì)箱型復(fù)合鋼板樁6道縱向樁身上的等長(zhǎng)焊縫進(jìn)行焊接，以減小因燒焊引起的形變；使用63#工字鋼制作對(duì)接胎架，并定期檢查對(duì)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(qiáng)鋼板組合成箱型主要通過(guò)組立機(jī)及組裝胎架進(jìn)行校正、定位、點(diǎn)焊固定成型。組立機(jī)及胎架上均設(shè)有傳送軸承，依次將底面加強(qiáng)鋼板、底面原材鋼板樁、頂面原材鋼板樁、頂面加強(qiáng)鋼板放置于組裝胎架上，鋼板樁及加強(qiáng)鋼板在傳送軸承的驅(qū)動(dòng)下來(lái)回移動(dòng)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(shí)，安排工人于組立機(jī)處對(duì)合拼完好的箱型組合進(jìn)行點(diǎn)焊定型（圖4）。

圖4 箱型鋼板樁組合加工

1）組合焊縫自動(dòng)焊接。鋼板樁組合成箱型后，需對(duì)樁身上的縱向6道組合焊縫進(jìn)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(dòng)焊進(jìn)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(shí)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(dòng)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(kāi)坡口的情況下，一次可熔透20 mm，焊接效率高。同時(shí)焊接過(guò)程的機(jī)械化操作顯得更為便利，而且煙塵少，沒(méi)有弧光輻射，勞動(dòng)條件得到很大的改善[1-4]。

2）鋼板樁接長(zhǎng)。將2節(jié)箱型鋼板樁進(jìn)行對(duì)接，長(zhǎng)度分別為11.7 m和13 m，選取其中一節(jié)鋼板樁，將其對(duì)接端頭外側(cè)開(kāi)設(shè)坡口。構(gòu)件的坡口采用氣刨機(jī)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(wú)裂紋、夾渣、分層等缺陷（圖5）。氣刨機(jī)開(kāi)制坡口時(shí)的切割速度應(yīng)適當(dāng)，使斷面平整無(wú)瑕。然后，由專(zhuān)項(xiàng)質(zhì)檢員進(jìn)行100%的切口、直線(xiàn)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(lái)檢測(cè)），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(diǎn)焊加固再進(jìn)行對(duì)接焊接，對(duì)接焊接完成后加焊駁口處的加強(qiáng)鋼板。最后，送交檢驗(yàn)，進(jìn)入施工環(huán)節(jié)。

圖5 鋼板樁接長(zhǎng)

3 鋼板樁施工方法

分兩組機(jī)背靠背施打作業(yè)，由于鋼板樁轉(zhuǎn)角位為90°轉(zhuǎn)彎，無(wú)法通過(guò)原有鎖口進(jìn)行鋼板樁的固定，因此本工程采用2條鋼板樁軸線(xiàn)調(diào)整法施打，在轉(zhuǎn)角施工處外側(cè)進(jìn)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(hù)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(zhǎng)24.7 m的鋼板樁需在現(xiàn)場(chǎng)第1節(jié)鋼板樁施打完成后進(jìn)行第2節(jié)鋼板樁跟第1節(jié)鋼板樁的直立對(duì)接工作。但由于箱型鋼板樁直立對(duì)接時(shí)鎖扣及鎖扣附近處很難完整焊接（本項(xiàng)目鋼板樁對(duì)接口仍在基坑深度范圍內(nèi)），故不滿(mǎn)足本項(xiàng)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(kāi)始，逐樁打設(shè)，直至工程結(jié)束。

全長(zhǎng)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(zhǎng)度較小的情況等缺點(diǎn)。

采用多功能鉆機(jī)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(jī)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(dòng)錘配合多功能鉆機(jī)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(qiáng)度和剛度，打樁時(shí)樁的軸線(xiàn)偏差和傾斜要靠導(dǎo)向架來(lái)控制。

2）導(dǎo)向架每組長(zhǎng)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(diǎn)采用Ⅲ號(hào)閘板，打入土層6 m深，作為臨時(shí)固定支撐點(diǎn)。

3）一組導(dǎo)向架可以滿(mǎn)足插打10根鋼板樁施工需要。計(jì)劃現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)機(jī)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(jiǎn)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(guò)程中為保證鋼板樁的垂直度，用2臺(tái)經(jīng)緯儀加以控制，每組機(jī)械各配一臺(tái)。開(kāi)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(guò)程中保持垂直度監(jiān)測(cè)；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(shí)固定。本工程鋼板樁長(zhǎng)度為24.7 m，根據(jù)地質(zhì)情況結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，利用振動(dòng)鉗插入鋼板樁并振沉至一定深度后，鋼板樁可能無(wú)法繼續(xù)下沉，這時(shí)改用液壓打樁錘進(jìn)行施工，但需在鋼板樁上安裝樁帽進(jìn)行套打。

3.3 施工進(jìn)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(gè)直升機(jī)維修中心，直升機(jī)升降時(shí)段不能施工，同時(shí)考慮天氣等因素影響，故采用2組機(jī)同時(shí)施工作業(yè)，每組機(jī)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(gè)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(shí)踐表明，在施工現(xiàn)場(chǎng)搭建鋼板樁臨時(shí)加工廠(chǎng)，不僅可節(jié)省成品箱型鋼板樁運(yùn)輸費(fèi)用，而且還可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要調(diào)整加工速度，解決了箱型鋼板樁占用場(chǎng)地和空間較大等問(wèn)題。

本工程采用液壓振動(dòng)錘配合多功能鉆機(jī)施打鋼板樁是對(duì)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(shí)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(zhǎng)度較小這一情況的限制，彌補(bǔ)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(shí)際施工工期為120 d，比原計(jì)劃提前了30 d完成。實(shí)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。