建筑論文-東海大橋上部直縫鋼管樁施工技術(shù)研究

　　海大橋（中國(guó)第一跨海大橋）是上海國(guó)際航運(yùn)中心洋山深水港一期工程的一個(gè)重要項(xiàng)目。它起始于上海南匯蘆潮港，跨越杭州灣，直達(dá)浙江嵊泗小洋山島，是連接港區(qū)和蘆潮港陸地的海上通道。
大橋使用抗彎能力強(qiáng)、承載能力高的Φ1500鋼管樁。此批鋼管樁約5000余根計(jì)25萬(wàn)噸的工程量。大橋鋼管樁由上下兩部分組合而成，上部為直縫卷板鋼管，下部為螺旋鋼管。上部直縫鋼管樁的技術(shù)規(guī)格參數(shù)如下：外直徑Φ1500mm；厚度25mm；長(zhǎng)度30m（工廠制造長(zhǎng)度15m，分2節(jié)出廠）；重量約28.4t（30m）；材質(zhì)Q345C（σb≥510MPa；σs≥345MPa）。本文重點(diǎn)對(duì)于上部直縫鋼管樁（以下簡(jiǎn)稱管樁）的施工技術(shù)的研究進(jìn)行論述。

一.施工難點(diǎn)
管樁具有施工生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率和質(zhì)量要求高的特點(diǎn)，因此，整個(gè)管樁生產(chǎn)必須進(jìn)行工廠化流水作業(yè)，高效、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的理念須滲透到每道工序。管樁生產(chǎn)幾個(gè)重點(diǎn)工序的控制就成為施工的難點(diǎn)。主要為：管樁單節(jié)制造的圓度控制；管樁整體拼接后的直線度控制；管樁所有縱、環(huán)焊縫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊；管樁焊縫保持高的無(wú)損檢測(cè)合格率。
二.技術(shù)研究
1、預(yù)彎、成型工藝
預(yù)彎工藝
為了最大限度地減少整根管樁的焊縫，管樁采用3m板寬鋼板進(jìn)行生產(chǎn)。而達(dá)到3m寬度卷制的設(shè)備一般為40mm卷板機(jī)，其工作能力是滿足厚度40mm、直徑1600mm、寬度3000mm、材質(zhì)為Q235管子的卷制。
卷板機(jī)的各項(xiàng)工藝參數(shù)如下：上輥直徑Φ540mm，下輥直徑Φ440mm，下輥中心距600mm，滿載時(shí)最小卷筒直徑T40*B3000*Φ1600（σs≤260MPa）。
已知：σs1=235、b1=3000、D1=1600、S1=40mm
σs2=345、b2=3000、D2=1500-2*25=1400，且a2=c2，Ko1= Ko1。
求：S2
解：S2=31.7mm≥25mm
S2*60%=31.7mm*60%=19.1mm＜25mm
根據(jù)計(jì)算，卷板機(jī)能進(jìn)行管樁的卷板工作，但是若在此卷板機(jī)上用墊板預(yù)彎板端時(shí)，只能使用其最大能力的60%。即不能利用此卷板機(jī)進(jìn)行管樁的預(yù)彎工序。
為解決預(yù)彎問(wèn)題，我們提出采用壓模法進(jìn)行預(yù)彎成型。根據(jù)Q345C材料性能特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)了多次試驗(yàn)，我們確定模具回彈量為7%，且規(guī)定板端預(yù)彎中心間隔移動(dòng)距離為50mm，以確保曲率一致性。批量生產(chǎn)后，用選長(zhǎng)為300mm的樣板對(duì)預(yù)彎曲率檢查，都能滿足0.5mm以下的質(zhì)量要求。
成型工藝
對(duì)于1500mm直徑的管子而言，其下壓行程約為47.6mm，考慮到管樁生產(chǎn)批量特大，在綜合考慮成型質(zhì)量和生產(chǎn)產(chǎn)量的因素后，決定將每節(jié)管子的下壓行程分為6-8次進(jìn)行，即每次下壓行程控制在6-8mm之內(nèi)，這樣既保證了每天的產(chǎn)量，成型后的管樁圓度也達(dá)到了5mm的要求。
2、總裝工藝
總裝是保證管樁直線度的關(guān)鍵。通常的總裝工藝一般以兩根小口徑鋼管為基準(zhǔn)，但管樁長(zhǎng)度為15m，若仍要用此法，須將2-3根小口徑管拼接才能滿足總裝長(zhǎng)度要求，而作為基準(zhǔn)管本身拼接的話其基準(zhǔn)的準(zhǔn)確性就有所下降，且由于小口徑管就地安置，調(diào)整管節(jié)錯(cuò)邊也比較困難。
為保證管樁直線度控制在10mm以內(nèi)，而且方便相鄰管節(jié)的錯(cuò)邊調(diào)整，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套全新的總裝模具，管樁15m長(zhǎng)，有5節(jié)管子組合。我們選用了10塊基準(zhǔn)板，每2塊基準(zhǔn)板支撐1節(jié)管子，基準(zhǔn)板制作時(shí)采用水平儀找準(zhǔn)，然后采用統(tǒng)一圓規(guī)切割三點(diǎn)基準(zhǔn)圓弧。如此，基準(zhǔn)直線度就有了可靠保證，而且由于相鄰兩塊基準(zhǔn)板之間留有足夠的間隙，錯(cuò)邊調(diào)整也有了足夠的操作空間。采用此種方法進(jìn)行總裝配，管樁的直線度以及錯(cuò)邊都得到了很好的控制。
3、焊縫埋弧自動(dòng)焊接工藝
所有焊縫實(shí)現(xiàn)埋弧自動(dòng)焊接主要分成四個(gè)方面：內(nèi)縱縫；外縱縫；內(nèi)環(huán)縫，外環(huán)縫。管子內(nèi)直徑較大，焊接機(jī)頭能全部伸入管子內(nèi)部進(jìn)行焊接操作，因此，上述四方面中最難以實(shí)現(xiàn)的就是內(nèi)環(huán)縫。
按通常卷管看，板寬1800mm，5節(jié)總長(zhǎng)9000mm，5000mm伸臂的普通焊接機(jī)架已完全能夠滿足從管端向內(nèi)第2道內(nèi)環(huán)縫的焊接要求。但對(duì)于總長(zhǎng)為15000mm的管樁，普通的焊接機(jī)架就只能完成管樁從管端向內(nèi)第1道內(nèi)環(huán)縫的自動(dòng)焊接要求，對(duì)于從管端向內(nèi)第2道內(nèi)環(huán)縫也就鞭長(zhǎng)莫及了。我們巧妙地對(duì)總裝工藝進(jìn)行調(diào)整，將總長(zhǎng)為15000mm的管樁分成2節(jié)一段和3節(jié)一段，分別全部完成自動(dòng)焊后，再將2節(jié)一段和3節(jié)一段進(jìn)行裝配；同時(shí)我們又對(duì)普通的焊接機(jī)架進(jìn)行改造，在原伸臂的基礎(chǔ)上增加一段15000mm接長(zhǎng)段，將焊接機(jī)頭轉(zhuǎn)移到接長(zhǎng)臂上，這樣最后2節(jié)一段和3節(jié)一段的總裝內(nèi)環(huán)縫的自動(dòng)焊接也就迎刃而解了。
4、焊接工藝
管樁按一根30m長(zhǎng)度計(jì)，縱向焊縫長(zhǎng)度30m，環(huán)向焊縫長(zhǎng)度37.7m，焊縫小計(jì)總長(zhǎng)為67.7m。管樁的無(wú)損檢測(cè)要求是100%超聲波檢測(cè)（UT）+≥5%射線檢測(cè)（RT），即UT的長(zhǎng)度為67.7m，RT的長(zhǎng)度為3. 385m計(jì)36張X光片子，管樁不僅無(wú)損檢測(cè)覆蓋面廣而且級(jí)別要求也高，均要滿足Ⅱ級(jí)合格。
通常25mm的鋼板要滿足100%無(wú)損檢測(cè)要求。采用雙面坡口型式，大坡口深度約為總厚度一半，大坡口角度55°，鈍邊約5mm，小坡口角度65°；大坡口正面先焊接時(shí)焊縫的熔深仍能留下1-2mm的鈍邊，不會(huì)將其全部焊穿，反面清根時(shí)，利用5mm碳棒，在小坡口側(cè)將正面焊縫根部全部去處，并進(jìn)行砂輪打磨，徹底清除滲碳層，最后進(jìn)行反面的焊接。如此工藝即能保證100%無(wú)損檢測(cè)的要求。但較為復(fù)雜的工藝也就不會(huì)有高的生產(chǎn)功效。
管樁的生產(chǎn)要求優(yōu)質(zhì)高效，為了滿足和體現(xiàn)這一生產(chǎn)理念，我們對(duì)于常規(guī)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，大坡口深度由13mm提高為15mm，坡口角度不變，鈍邊留10mm，這樣鋼板的下料過(guò)程也就由原來(lái)的切割直邊、大坡口、小坡口3個(gè)工序時(shí)段縮短為切割直邊、大坡口2個(gè)工序時(shí)段，下料工序縮短工時(shí)33%，正面大坡口焊接完成進(jìn)行反面清根時(shí)，利用10mm的碳棒，清除深度剛好到達(dá)正面的焊接根部，反面焊接時(shí)利用自動(dòng)焊大電流熔深消除正面焊接根部可能存在的一些缺陷，反面清根的深度較原工藝淺，采用10mm的碳棒當(dāng)然也比采用5mm碳棒清根工時(shí)縮短，而且反面小坡口側(cè)焊縫金屬填充量也大大減少，反面小坡口焊接工時(shí)又可縮短。總工時(shí)較原工藝有較大減少，但100%的無(wú)損檢測(cè)要求還是能得以有效保證。
上海市安裝工程有限公司壓力容器制造廠承擔(dān)東海大橋管樁生產(chǎn)任務(wù)，經(jīng)建設(shè)指揮單位和監(jiān)理單位全過(guò)程跟蹤和隨機(jī)檢查，管樁質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)量穩(wěn)步提高。8個(gè)月累計(jì)完成管樁1805根（按照30m為一根統(tǒng)計(jì)），無(wú)損檢測(cè)一次合格率分別達(dá)到超聲波檢測(cè)（UT）99.8%、射線檢測(cè)（RT）97.5%。獲得建設(shè)指揮單位和監(jiān)理單位一致肯定。

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