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東海大橋上部直縫鋼管樁施工技術研究

08-22 13:20:26  瀏覽次數:391次  欄目:結構設計
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    東海大橋(中國第一跨海大橋)是上海國際航運中心洋山深水港一期工程的一個重要項目。它起始于上海南匯蘆潮港,跨越杭州灣,直達浙江嵊泗小洋山島,是連接港區和蘆潮港陸地的海上通道。
    大橋使用抗彎能力強、承載能力高的Φ1500鋼管樁。此批鋼管樁約5000余根計25萬噸的工程量。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規格參數如下:外直徑Φ1500mm;厚度25mm;長度30m(工廠制造長度15m,分2節出廠);重量約28.4t(30m);材質Q345C(σb≥510MPa;σs≥345MPa)。本文重點對于上部直縫鋼管樁(以下簡稱管樁)的施工技術的研究進行論述。
    一.施工難點
    管樁具有施工生產周期短、生產效率和質量要求高的特點,因此,整個管樁生產必須進行工廠化流水作業,高效、優質生產的理念須滲透到每道工序。管樁生產幾個重點工序的控制就成為施工的難點。主要為:管樁單節制造的圓度控制;管樁整體拼接后的直線度控制;管樁所有縱、環焊縫實現自動焊;管樁焊縫保持高的無損檢測合格率。
    二.技術研究
    1、預彎、成型工藝
    預彎工藝
    為了最大限度地減少整根管樁的焊縫,管樁采用3m板寬鋼板進行生產。而達到3m寬度卷制的設備一般為40mm卷板機,其工作能力是滿足厚度40mm、直徑1600mm、寬度3000mm、材質為Q235管子的卷制。
    卷板機的各項工藝參數如下:上輥直徑Φ540mm,下輥直徑Φ440mm,下輥中心距600mm,滿載時最小卷筒直徑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
    根據計算,卷板機能進行管樁的卷板工作,但是若在此卷板機上用墊板預彎板端時,只能使用其最大能力的60%。即不能利用此卷板機進行管樁的預彎工序。
    為解決預彎問題,我們提出采用壓模法進行預彎成型。根據Q345C材料性能特點,經過了多次試驗,我們確定模具回彈量為7%,且規定板端預彎中心間隔移動距離為50mm,以確保曲率一致性。批量生產后,用選長為300mm的樣板對預彎曲率檢查,都能滿足0.5mm以下的質量要求。
    成型工藝
    對于1500mm直徑的管子而言,其下壓行程約為47.6mm,考慮到管樁生產批量特大,在綜合考慮成型質量和生產產量的因素后,決定將每節管子的下壓行程分為6-8次進行,即每次下壓行程控制在6-8mm之內,這樣既保證了每天的產量,成型后的管樁圓度也達到了5mm的要求。
    2、總裝工藝
    總裝是保證管樁直線度的關鍵。通常的總裝工藝一般以兩根小口徑鋼管為基準,但管樁長度為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度要求,而作為基準管本身拼接的話其基準的準確性就有所下降,且由于小口徑管就地安置,調整管節錯邊也比較困難。
    為保證管樁直線度控制在10mm以內,而且方便相鄰管節的錯邊調整,我們設計了一套全新的總裝模具,管樁15m長,有5節管子組合。我們選用了10塊基準板,每2塊基準板支撐1節管子,基準板制作時采用水平儀找準,然后采用統一圓規切割三點基準圓弧。如此,基準直線度就有了可靠保證,而且由于相鄰兩塊基準板之間留有足夠的間隙,錯邊調整也有了足夠的操作空間。采用此種方法進行總裝配,管樁的直線度以及錯邊都得到了很好的控制。
    3、焊縫埋弧自動焊接工藝
    所有焊縫實現埋弧自動焊接主要分成四個方面:內縱縫;外縱縫;內環縫,外環縫。管子內直徑較大,焊接機頭能全部伸入管子內部進行焊接操作,因此,上述四方面中最難以實現的就是內環縫。
    按通常卷管看,板寬1800mm,5節總長9000mm,5000mm伸臂的普通焊接機架已完全能夠滿足從管端向內第2道內環縫的焊接要求。但對于總長為15000mm的管樁,普通的焊接機架就只能完成管樁從管端向內第1道內環縫的自動焊接要求,對于從管端向內第2道內環縫也就鞭長莫及了。我們巧妙地對總裝工藝進行調整,將總長為15000mm的管樁分成2節一段和3節一段,分別全部完成自動焊后,再將2節一段和3節一段進行裝配;同時我們又對普通的焊接機架進行改造,在原伸臂的基礎上增加一段15000mm接長段,將焊接機頭轉移到接長臂上,這樣最后2節一段和3節一段的總裝內環縫的自動焊接也就迎刃而解了。
    4、焊接工藝
    管樁按一根30m長度計,縱向焊縫長度30m,環向焊縫長度37.7m,焊縫小計總長為67.7m。管樁的無損檢測要求是100%超聲波檢測(UT)+≥5%射線檢測(RT),即UT的長度為67.7m,RT的長度為3. 385m計36張X光片子,管樁不僅無損檢測覆蓋面廣而且級別要求也高,均要滿足Ⅱ級合格。
    通常25mm的鋼板要滿足100%無損檢測要求。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焊縫的熔深仍能留下1-2mm的鈍邊,不會將其全部焊穿,反面清根時,利用5mm碳棒,在小坡口側將正面焊縫根部全部去處,并進行砂輪打磨,徹底清除滲碳層,最后進行反面的焊接。如此工藝即能保證100%無損檢測的要求。但較為復雜的工藝也就不會有高的生產功效。
    管樁的生產要求優質高效,為了滿足和體現這一生產理念,我們對于常規工藝進行了改進,大坡口深度由13mm提高為15mm,坡口角度不變,鈍邊留10mm,這樣鋼板的下料過程也就由原來的切割直邊、大坡口、小坡口3個工序時段縮短為切割直邊、大坡口2個工序時段,下料工序縮短工時33%,正面大坡口焊接完成進行反面清根時,利用10mm的碳棒,清除深度剛好到達正面的焊接根部,反面焊接時利用自動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的碳棒當然也比采用5mm碳棒清根工時縮短,而且反面小坡口側焊縫金屬填充量也大大減少,反面小坡口焊接工時又可縮短?偣r較原工藝有較大減少,但100%的無損檢測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東海大橋管樁生產任務,經建設指揮單位和監理單位全過程跟蹤和隨機檢查,管樁質量穩定,產量穩步提高。8個月累計完成管樁1805根(按照30m為一根統計),無損檢測一次合格率分別達到超聲波檢測(UT)99.8%、射線檢測(RT)97.5%。獲得建設指揮單位和監理單位一致肯定。
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