乳山口大橋鋼套箱制造與安裝施工技術(shù)

孫志武

（中交二公局第五工程有限公司，陜西西安 710119）

1 工程概況

G228 丹東線乳山口大橋工程起點(diǎn)東連大乳山北側(cè)已建省道S704 乳山段，終點(diǎn)接丹東線海陽乳山界至大辛家西段改建工程。項(xiàng)目路線全長4.01 km，其中橋梁總長2683.4 m、隧道總長100 m、路基總長1225.1 m，橋隧比69.4%，主橋跨越乳山口海灣，橋位處海域?qū)挾燃s800 m，設(shè)計(jì)為（193+666+51.4）m 雙塔鋼箱梁全漂浮體系懸索橋。威海側(cè)主墩承臺(tái)采用圓形承臺(tái)，直徑21.8 m、厚度6 m，承臺(tái)頂標(biāo)高為+5.5 m、底標(biāo)高-0.5 m。

威海側(cè)承臺(tái)鋼套箱的內(nèi)徑設(shè)計(jì)為21.83 m，厚1.2 m、高15 m，單個(gè)鋼套箱自重約214.7 t。鋼套箱內(nèi)、外壁板采用6 mm 鋼板，環(huán)板及隔板采用10 mm 鋼板，豎肋采用L75×50×6 角鋼，間距60 cm，環(huán)板桁架采用2L75×6 角鋼，桁架頂層間距1.2 m、1.5 m 和1.8 m，刃角底板采用厚20 mm 鋼板，封底采用C25 混凝土。鋼套箱在工廠分節(jié)段加工后拼裝成整體運(yùn)輸至橋位附近，采用800 t 浮吊整體吊裝至墩位。

2 制造與安裝過程

2.1 方案選擇

根據(jù)施工海域水文、地質(zhì)條件及鋼套箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有兩種可選方案：方案1，工廠制造節(jié)段陸運(yùn)至現(xiàn)場拼裝下放方案；方案2，工廠制造整體水運(yùn)至現(xiàn)場起重船整體吊裝下放（表1）。

根據(jù)項(xiàng)目施工工期需求，經(jīng)對(duì)比采用方案2，選擇在高潮水位期組織起重船整體吊裝下放。

2.2 制造關(guān)鍵工序控制

為確保鋼套箱制造質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，選取國內(nèi)優(yōu)秀鋼結(jié)構(gòu)制造單位，利用其優(yōu)質(zhì)的施工質(zhì)量和先進(jìn)的工藝設(shè)備完成鋼套箱制造任務(wù)。

2.2.1 制造技術(shù)準(zhǔn)備

（1）創(chuàng)建數(shù)字三維模型。在二維圖紙的基礎(chǔ)上，制造單位采用計(jì)算機(jī)軟件建立鋼套箱三維模型，并對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行檢驗(yàn)。如果發(fā)現(xiàn)模型中的干涉和施工不便性，應(yīng)與項(xiàng)目技術(shù)人員協(xié)同在開工前將問題解決。

（2）工藝余量添加系統(tǒng)自動(dòng)套料。為提高鋼材利用效率，采用制造單位二次開發(fā)的工藝余量添加系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)套料，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與工藝的有機(jī)結(jié)合和銜接，縮短技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間，用優(yōu)化套料結(jié)果指導(dǎo)項(xiàng)目鋼材訂貨，實(shí)現(xiàn)材料采購及套料的精確控制，降低制造成本。

2.2.2 工藝試驗(yàn)評(píng)定

根據(jù)鋼套箱制造的特點(diǎn)，需對(duì)關(guān)鍵工序的制作工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)和相關(guān)試驗(yàn)，以保證鋼套箱質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，確保施工方案的可靠和安全。制造單位內(nèi)部就切割、表面預(yù)處理和涂裝等工藝方案組織內(nèi)外部評(píng)審，針對(duì)節(jié)段拼裝及運(yùn)輸方案、焊接工藝評(píng)定等重要技術(shù)方案和工藝試驗(yàn)，組織項(xiàng)目技術(shù)人員和監(jiān)理參與評(píng)定審核，工藝、方案評(píng)審后，按照程序提交批準(zhǔn)，獲得批準(zhǔn)后在項(xiàng)目中進(jìn)行實(shí)施，實(shí)施前組織施工、質(zhì)量等人員進(jìn)行技術(shù)交底，同時(shí)邀請監(jiān)理工程師參加。

2.2.3 制造質(zhì)量控制

2.2.3.1 制造精度控制與檢驗(yàn)

（1）編寫板單元制造工藝，內(nèi)容包括胎架結(jié)構(gòu)、裝配次序、焊接順序、檢查方法、運(yùn)輸方法等。下料工作將采用計(jì)算機(jī)放樣，使用數(shù)控切割設(shè)備進(jìn)行下料。采用人工放樣和號(hào)料時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按施工圖和工藝要求進(jìn)行，并預(yù)留焊接收縮量。

（2）鋼套箱節(jié)段整體組裝必須在專用胎架上進(jìn)行，節(jié)段制造中應(yīng)盡量減少臨時(shí)連接碼板完成組裝工序并經(jīng)檢查驗(yàn)收合格的箱體節(jié)段方可實(shí)施組焊。組焊過程中要求采取可靠措施來防止零件部位發(fā)生焊接變形，保證組裝精度。

（3）本項(xiàng)目所用鋼板下料前均進(jìn)行預(yù)處理，通過鋼板矯正消除鋼板的軋制變形（尤其是局部硬彎）減小軋制內(nèi)應(yīng)力，從而減小制造中的變形。

（4）鋼板的起吊、搬移、堆放過程中，采用磁力吊，保持鋼板平整度。

2.2.3.2 焊接質(zhì)量控制與檢驗(yàn)

（1）制造單位根據(jù)焊接工藝評(píng)定結(jié)果和焊評(píng)報(bào)告，編寫焊接作業(yè)指導(dǎo)書，對(duì)焊接材料、焊接設(shè)備、焊接工藝參數(shù)、焊前預(yù)熱溫度等技術(shù)參數(shù)和措施做出規(guī)定。

（2）嚴(yán)格焊工上崗資格管理，在認(rèn)定范圍內(nèi)從事焊接作業(yè)，并做好焊接記錄，記錄的內(nèi)容包括構(gòu)件號(hào)、焊縫部位、焊縫編號(hào)、焊接參數(shù)、操作者、焊接日期。

（3）施焊后的焊縫外形應(yīng)光順、均勻，焊道與焊道，焊道與基本金屬之間應(yīng)平緩地過渡，不得有截面的突然變化，并應(yīng)符合表2 的規(guī)定（圖1）。

圖1 參數(shù)尺寸示意

（4）對(duì)外觀檢查合格的焊縫進(jìn)行無損檢驗(yàn)，無損檢驗(yàn)在焊接24 h 后進(jìn)行，針對(duì)不同部位的焊縫采用不同的檢驗(yàn)方法控制焊縫質(zhì)量，焊縫內(nèi)部質(zhì)量分級(jí)、無損探傷范圍和檢驗(yàn)等級(jí)。

2.2.3.3 防腐質(zhì)量控制與檢驗(yàn)

（1）鋼套箱采用重防腐樹脂漆輔以犧牲陽極防腐措施，犧牲陽極由項(xiàng)目另行委托專業(yè)單位制造。

（2）涂裝材料運(yùn)抵后，制造單位應(yīng)按照施工技術(shù)要求中對(duì)應(yīng)的防腐配套體系或進(jìn)行樣板涂裝，并對(duì)涂裝后的樣本進(jìn)行防腐性能檢驗(yàn)。

（3）首件現(xiàn)場正式施工前通知相關(guān)方到場參加施工前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作的檢查驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后開始施工。

（4）每道工序完工后都應(yīng)經(jīng)過自檢、互檢和專檢并填寫記錄，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和頻次。

2.3 成品交付

鋼套箱出廠時(shí)，提交產(chǎn)品合格證、鋼材、焊接材料質(zhì)量證明書及復(fù)驗(yàn)報(bào)告、施工圖、焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)報(bào)告及其他主要工藝試驗(yàn)報(bào)告、焊縫無損檢驗(yàn)報(bào)告、焊縫重大修補(bǔ)記錄、涂裝試驗(yàn)報(bào)告節(jié)段預(yù)拼裝及成品檢查記錄等相關(guān)制造資料，查驗(yàn)合格后根據(jù)項(xiàng)目施工計(jì)劃裝船水運(yùn)至施工現(xiàn)場。

2.4 主要安裝設(shè)備配置

（1）運(yùn)輸船。根據(jù)鋼套箱的重量、直徑的要求，自加工基地由5000 t 自航式干貨船運(yùn)輸運(yùn)輸?shù)綐蛭桓浇臀弧?/p>

（2）起重船。根據(jù)鋼套箱的重量、直徑、吊裝距離及設(shè)備資源情況，選擇特順起重1 號(hào)800 t 自航式全回轉(zhuǎn)浮吊進(jìn)行吊裝作業(yè)。

（3）輔助下沉機(jī)具。輔助下沉設(shè)備主要有挖掘機(jī)、空壓機(jī)、水泵等設(shè)備設(shè)施。

（4）吊裝輔助設(shè)備。輔助設(shè)備主要有50 t 吊車、交通船、錨艇等。

2.5 安裝關(guān)鍵工序控制

2.5.1 基底處理

施工海域水下河床面高差較大，為保證鋼套箱就位姿態(tài)和受力均勻，在吊裝前對(duì)海床面進(jìn)行平整處理，鋼套箱下放前將套箱范圍內(nèi)鉆渣、硬質(zhì)砂層采用2 臺(tái)長臂挖機(jī)進(jìn)行挖除，將套箱范圍內(nèi)砂層開挖至-4.5 m，并整平，等待鋼套箱的下放就位。

長臂挖機(jī)整平后，采用吊錘對(duì)套箱范圍內(nèi)每隔4 m測量一個(gè)河床標(biāo)高，確保將套箱范圍內(nèi)的河床標(biāo)高相差控制在10 cm 以內(nèi)，不平整處采用長臂挖機(jī)進(jìn)行挖平、回填，避免鋼套箱局部受力。

2.5.2 鋼套箱吊裝

（1）吊裝時(shí)間安排。因吊裝區(qū)域低潮時(shí)水位時(shí)不滿足運(yùn)輸船和起重船吃水深度要求，必須在高潮位期間吊裝完畢后將船舶駛出橋位附近水位，避免船舶擱淺。結(jié)合橋位水位變化情況，應(yīng)將鋼套箱吊裝作業(yè)安排在風(fēng)速小于5 級(jí)的13：00—19：00 進(jìn)行。

（2）吊裝就位。完成浮吊、運(yùn)輸船舶的拋錨定位后，安裝吊裝鋼絲繩，吊裝鋼絲繩采用直徑80 mm 索具鋼絲繩，所有吊點(diǎn)連接完畢，并檢查無任何問題后，進(jìn)行鋼套箱的試吊，試吊按照起吊重分級(jí)10%、60%、90%和起高20 cm，停滯5 min，觀察鋼套箱整體結(jié)構(gòu)、吊耳焊縫的情況、索具連接情況、浮吊卷揚(yáng)機(jī)等情況，試吊一切正常后，正式進(jìn)行鋼套箱起吊作業(yè)。

（3）浮吊將鋼套箱自運(yùn)輸船上吊起后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。吊裝角度約60°，吊裝半徑37 m，吊裝高度48 m，可吊裝重量約400 t，鋼套箱自重約214 t，滿足吊裝荷載要求，吊裝時(shí)鋼套箱底部離水面14 m，吊裝穿過鋼棧橋后攜帶鋼套箱往小樁號(hào)側(cè)行駛，將鋼套箱吊裝到設(shè)計(jì)位置。

2.5.3 鋼套箱下沉

（1）注水輔助下沉。鋼套箱吊裝到位后，先往鋼套箱9 個(gè)倉室內(nèi)注水，注水過程中應(yīng)時(shí)刻保持各倉室內(nèi)水深偏差不超過10 cm，通過測量水位至鋼套箱頂部的高度來計(jì)算倉室內(nèi)水深，注水下沉至鋼套箱著床后，摘除浮吊吊鉤，浮吊退出施工水域。

（2）清砂下沉。鋼套箱內(nèi)注水的同時(shí)安裝泥漿泵和高壓清水泵，在鋼套箱內(nèi)部設(shè)置絞吸泵用于攪動(dòng)砂層，通過絞吸泵、泥漿泵清除砂層，直至下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（3）空氣幕輔助下沉。為保證鋼套箱豎直下沉，鋼套箱外壁板上設(shè)計(jì)空氣幕管道，空氣幕管道平面分4 段，豎向分為3 層，支管道、主管道分別采用Φ25 mm 和Φ54 mm 鍍鋅鋼管，鋼管上每隔1.5 m 設(shè)有一個(gè)1 mm的噴氣孔，噴氣孔呈梅花形布置，采用空壓機(jī)向管道內(nèi)通氣，使鋼套箱外側(cè)的砂層攪動(dòng)，減少鋼套箱與外側(cè)砂層的摩擦力，用以輔助下沉。

（4）鋼套箱姿態(tài)控制：①在外層樁基鋼護(hù)筒上設(shè)置導(dǎo)向系統(tǒng)，用于鋼套箱下沉?xí)r的位置導(dǎo)向，同時(shí)也充當(dāng)限位裝置的作用，鋼套箱的偏位將控制在一定范圍內(nèi)；②鋼套箱加水下沉過程中，實(shí)時(shí)測量各個(gè)倉室內(nèi)水深，確保各個(gè)倉室的水深基本一致，從而保證鋼套箱的垂直度可控制在一定范圍內(nèi)，同時(shí)根據(jù)下沉過程鋼套箱姿態(tài)，及時(shí)調(diào)整各倉室內(nèi)水深，確保鋼套箱下沉姿態(tài)；③若鋼套箱已沉底，可在刃腳較高一側(cè)多清砂（鋼套箱內(nèi)側(cè)），在鋼套箱下沉的同時(shí)把傾斜糾正過來。

2.6 封底

鋼套箱下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后進(jìn)行封底混凝土澆筑作業(yè)，威海側(cè)索塔承臺(tái)水下封底混凝土厚2 m，采用C25混凝土，分兩次澆筑：第一層厚度為1.8 m，通過水下封封底的方式澆筑；第二層厚度為0.2 m 作為調(diào)平層，待第一層封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，將鋼套箱內(nèi)部海水抽出后再進(jìn)行第二層混凝土的施工。

3 結(jié)束語

鋼套箱作為跨海橋梁工程永久結(jié)構(gòu)，由于長期浸泡在海水中，施工期間兼做承臺(tái)施工模板，勢必對(duì)施工單位就鋼套箱制造質(zhì)量控制提出了更高的要求；乳山口大橋威海側(cè)索塔鋼套箱整體下放施工，鋼套箱下水后，經(jīng)測量，平面位置偏差滿足設(shè)計(jì)要求，整體式下放工藝節(jié)約工期近30 d，為項(xiàng)目后續(xù)施工創(chuàng)造了有利條件，也為同類項(xiàng)目施工提供了可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。