雙壁鋼吊箱圍堰制造質(zhì)量監(jiān)控的關(guān)鍵及方法

【摘 要】黃岡公鐵兩用長江大橋主塔墩基礎(chǔ)采用雙壁鋼吊箱圍堰法施工，其制造質(zhì)量直接關(guān)系到主體基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。通過制造過程中測(cè)量、各單元制造質(zhì)量、整體組裝質(zhì)量控制。成果反映下固定導(dǎo)環(huán)偏差在24mm內(nèi)，鋼吊箱垂直度在1/500內(nèi)。表明該方法快捷、有效，為同類鋼圍堰制造的質(zhì)量監(jiān)控積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】雙壁鋼吊箱圍堰；制造；質(zhì)量監(jiān)控；關(guān)鍵；方法

1.工程概況

黃岡公鐵兩用長江大橋是新建武漢至黃岡城際鐵路及黃岡至鄂州高速公路的關(guān)鍵性控制工程。大橋主橋?yàn)椋?1＋243＋567＋243＋81）m雙塔雙索面鋼桁梁斜拉橋，公鐵合建段全長4008.192m，上層為四車道高速公路、下層為雙線鐵路，主橋布置圖見圖1。

2號(hào)主墩、3號(hào)位于長江主河槽，基礎(chǔ)采用31根φ3.0m鉆孔灌注樁；承臺(tái)為51.2×34.2×6.5m矩形高樁承臺(tái)，底面高程+2.5m，頂面高程+9.0m。根據(jù)河床施工沖刷計(jì)算資料，決定2號(hào)、3號(hào)主墩基礎(chǔ)均采用雙壁鋼吊箱圍堰法施工。圍堰尺寸為55.4×38.4×22.0m，其中底板高0.5m，雙壁側(cè)板高16.5m，單臂側(cè)板高5.0m雙壁艙寬2.0m。浮運(yùn)總重約2794t（不含單臂部分），圍堰自浮狀態(tài)下吃水深度約3.0m（含底底板高0.5m）。鋼圍堰由底龍骨、底板、側(cè)板、底隔艙、吊桿、內(nèi)支撐桁架及上下導(dǎo)環(huán)組成。底龍骨為格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，側(cè)板和底隔艙板采用雙壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)支撐桁架兼起鉆孔平臺(tái)的作用。圍堰總布置圖見圖2[1]。

2. 鋼圍堰制造總體方案

根據(jù)水文及場(chǎng)地資料決定決定2號(hào)、3號(hào)主墩雙壁鋼吊箱圍堰采用將其分為若干個(gè)單元塊，在下水場(chǎng)地進(jìn)行拼裝方案制造。其底板和底龍骨在下水場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行制造安裝；側(cè)板分成單塊最大重量約為30t的單元，在鋼結(jié)構(gòu)車間加工成壁板單元，用汽車運(yùn)到拼裝場(chǎng)地焊接拼裝；內(nèi)支架在鋼結(jié)構(gòu)車間內(nèi)加工成桁架單元，運(yùn)到拼裝現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接；吊桿在拼裝場(chǎng)地加工成單桁進(jìn)行拼裝，桁間散件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接；其他附屬結(jié)構(gòu)在車間內(nèi)分別制造，運(yùn)到拼裝場(chǎng)拼焊。

3、圍堰制造質(zhì)量監(jiān)控關(guān)鍵及方法

雙壁鋼吊箱圍堰形體尺寸龐大，受焊接變形與制造精度的影響，其樁位、上下導(dǎo)環(huán)同心度及吊箱輪廓尺寸產(chǎn)生一定偏差，影響樁位和承臺(tái)的施工偏差及鋼吊箱圍堰的下放精度。通過實(shí)測(cè)、計(jì)算、控制各項(xiàng)影響因素的誤差量，根據(jù)誤差傳播規(guī)律確定各類誤差量對(duì)承臺(tái)底面標(biāo)高處樁位偏差與承臺(tái)位置偏差的影響值，從而有效控制鋼圍堰施工過程對(duì)主墩樁位與承臺(tái)偏差的影響是雙壁鋼吊箱圍堰制造質(zhì)量監(jiān)控的關(guān)鍵。

3.1測(cè)量控制

鋼圍堰在制造過程中需要嚴(yán)格測(cè)量控制圍堰的輪廓尺寸、樁位、上下導(dǎo)環(huán)的位置、上下導(dǎo)環(huán)的同心度。

3.1.1 底龍骨及底板制造測(cè)量控制

在制造場(chǎng)地，建立局部控制網(wǎng)，并以圍堰中心為原點(diǎn)、圍堰縱橫軸為坐標(biāo)軸建立獨(dú)立坐標(biāo)系。用相對(duì)高程控制點(diǎn)檢查制造前的臺(tái)座平整度，控制鋼吊箱圍堰的四個(gè)角點(diǎn)和理論縱橫軸線，放樣并控制底龍骨中心線。利用獨(dú)立坐標(biāo)系放樣出各鉆孔樁樁位的理論位置，指導(dǎo)安裝固定下導(dǎo)環(huán)及底板。

3.1.2 測(cè)量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換及外側(cè)板、內(nèi)支架、上導(dǎo)環(huán)的測(cè)量控制

底龍骨及底板制造完成后，為了防止誤差累積影響整體制造質(zhì)量，設(shè)定底板中間一排兩端的固定下導(dǎo)環(huán)中心連線為縱軸，過連線中點(diǎn)并垂直縱軸的線為橫軸的獨(dú)立坐標(biāo)系，并測(cè)量各個(gè)固定下導(dǎo)環(huán)中心的坐標(biāo)。根據(jù)各固定下導(dǎo)環(huán)實(shí)際中心的偏差，進(jìn)行求和平均計(jì)算。然后對(duì)鋼吊箱圍堰縱橫軸線進(jìn)行調(diào)整，并建立新的坐標(biāo)系。利用新坐標(biāo)系對(duì)外側(cè)板、內(nèi)支架、上導(dǎo)環(huán)進(jìn)行測(cè)量控制，同時(shí)重新測(cè)量各個(gè)固定下導(dǎo)環(huán)中心的坐標(biāo)和圍堰外輪廓尺寸。

3.1.3 數(shù)據(jù)分析及成果應(yīng)用

用新坐標(biāo)系及時(shí)測(cè)量下固定導(dǎo)環(huán)的中心位置、下活動(dòng)導(dǎo)環(huán)的中心位置和上固定導(dǎo)環(huán)的中心位置，并且用下固定導(dǎo)環(huán)的中心位置檢查上固定導(dǎo)環(huán)的同心度，并檢查各導(dǎo)環(huán)8個(gè)方位的內(nèi)徑尺寸。在鋼圍堰的頂部測(cè)量圍堰的理論縱橫軸線、測(cè)量圍堰頂部四個(gè)角點(diǎn)的相對(duì)高程。通過對(duì)下固定導(dǎo)環(huán)、下活動(dòng)導(dǎo)環(huán)、上固定導(dǎo)環(huán)的數(shù)據(jù)分析比較，我們可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)鋼圍堰作為承臺(tái)模板底模板，分析得出下固定導(dǎo)環(huán)實(shí)際中心偏離設(shè)計(jì)樁中心位置最大偏差。

(2)鋼圍堰作為承臺(tái)側(cè)模，測(cè)量承臺(tái)頂標(biāo)高處鋼圍堰內(nèi)側(cè)，鋼圍堰的理論縱橫軸線至各邊緣的距離最大偏差。

以上兩項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)合鋼圍堰入水后水流影響即可得出鋼圍堰精定位的平面偏差控制范圍。

(3)鋼圍堰作為鉆孔樁鋼護(hù)筒導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，測(cè)量在鋼圍堰制造狀態(tài)下活動(dòng)下導(dǎo)環(huán)與下固定導(dǎo)環(huán)的水平距離的最小距離?？赏扑愣ㄎ粯朵撟o(hù)筒允許最大垂直度。

(4)鋼圍堰作為鉆孔樁鋼護(hù)筒導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，測(cè)量在鋼圍堰制造狀態(tài)下活動(dòng)下導(dǎo)環(huán)與固定上導(dǎo)環(huán)的水平最小距離?？赏扑愠鰢叩闹圃齑怪倍?。

分析以上兩項(xiàng)數(shù)據(jù)可得出鋼圍堰精定位的垂直度控制范圍[2]。

3.2各單元制造質(zhì)量控制

各單元制造的質(zhì)量直接影響整體組裝的質(zhì)量，因此合理劃分各單元、及時(shí)獲取各單元制造的偏差信息并進(jìn)行合理分析是單元制造質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

（1）由于各單元制造構(gòu)件小，焊接變形相對(duì)較小，胎具重復(fù)利用率高，工廠化的施工環(huán)境相對(duì)較好，這樣更有利于保證單元構(gòu)件的加工質(zhì)量。（2）各單元構(gòu)件在下料時(shí)應(yīng)充分考慮構(gòu)件本身的焊接變形及焊接收縮量，同時(shí)也應(yīng)考慮組裝時(shí)各單元件間對(duì)接接縫的焊接收縮量，以確保構(gòu)件成型后滿足設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量要求。（3）各單元在制造時(shí)必須根據(jù)組裝的誤差分析結(jié)果來進(jìn)行下料和組裝，尤其是底龍骨和內(nèi)支架，以防止各種誤差的累積。

3.3整體組裝質(zhì)量控制

由于結(jié)構(gòu)尺寸龐大受焊接變形影響程度也比較大，且單元制造中存在一定的制造誤差，整體組裝的關(guān)鍵在于盡量消除單元誤差的累積。

（1）整體組裝受施工環(huán)境影響大，施焊前環(huán)境溫度、風(fēng)力、濕度均對(duì)組裝造成影響，應(yīng)此組裝過程中應(yīng)對(duì)施工環(huán)境嚴(yán)格按要求來控制。（2）每組裝一個(gè)單元均應(yīng)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，以便指導(dǎo)后續(xù)單元的制造及組裝。

3.4質(zhì)量檢驗(yàn)方法

3.4.1 焊接檢驗(yàn)

焊接檢驗(yàn)包括外觀檢查和測(cè)量、射線探傷和密封性試驗(yàn)等。

(1)所有焊縫均進(jìn)行外觀檢查和測(cè)量，不得有裂紋、未熔合、焊瘤、夾渣、未填滿弧坑及漏焊等缺陷[3]。(2)吊桿立柱對(duì)接焊縫、其他對(duì)接焊接、主要桿件受拉橫向及縱向?qū)雍缚p、主要角焊縫均應(yīng)進(jìn)行射線探傷[4]。(3)在焊縫外部檢查和X光探傷后進(jìn)行密封性試驗(yàn)，包括水密試驗(yàn)和煤油滲透試驗(yàn)兩種。根據(jù)圍堰入水后承受水壓大小范圍選取試驗(yàn)類型。

3.4.2 結(jié)構(gòu)尺寸驗(yàn)收

鋼圍堰組拼完成后，根據(jù)《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》[5]要求，吊箱圍堰就位允許偏差為：圍堰半面扭角≤10，圍堰傾斜度≤H/50（H為圍堰高度），圍堰軸線偏位≤50mm，進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸檢驗(yàn)。

4、質(zhì)量控制成果

經(jīng)過系統(tǒng)有效地質(zhì)量監(jiān)控，黃岡公鐵兩用長江大橋2號(hào)、3號(hào)主墩雙壁鋼吊箱圍堰制造控制成果如下：

4.1焊接外觀檢查和測(cè)量、射線探傷和密封性試驗(yàn)一次通過率為98%，且一級(jí)、二級(jí)焊接一次合格。

4.2結(jié)構(gòu)尺寸控制成果

（1）下固定導(dǎo)環(huán)實(shí)際中心偏離設(shè)計(jì)樁中心位置最大偏差為23.8mm。

（2）鋼圍堰活動(dòng)下導(dǎo)環(huán)與固定上導(dǎo)環(huán)的水平距離最小的為35mm。由此推算圍堰的垂直度為1/500。

（3）鋼圍堰下活動(dòng)下導(dǎo)環(huán)與下固定導(dǎo)環(huán)的水平距離的最小距離為24mm。推算定位樁鋼護(hù)筒允許最大垂直度為1/400。

（4）在承臺(tái)頂標(biāo)高處鋼圍堰內(nèi)側(cè)，鋼圍堰的理論縱橫軸線至各邊緣的距離偏差最大為-20mm。

5、總結(jié)

黃岡公鐵兩用長江大橋主塔墩基礎(chǔ)采用雙壁鋼吊箱圍堰法施工，鋼吊箱圍堰集擋水結(jié)構(gòu)、鋼護(hù)筒導(dǎo)向、鉆孔施工平臺(tái)、承臺(tái)模板四種功能為一體，其制造質(zhì)量直接關(guān)系到主體基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。控制成果反映下固定導(dǎo)環(huán)偏差在24mm內(nèi)，鋼吊箱垂直度在1/500內(nèi)，焊接質(zhì)量良好，在雙壁鋼吊箱圍堰制造質(zhì)量監(jiān)控方面取得了新的成果，為同類鋼圍堰制造的質(zhì)量監(jiān)控積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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