钢管砼主塔施工工艺研究.doc

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1、钢管砼主塔施工工艺研究第二工程公司机械厂一、工程概况淮北市长山路斜拉桥是以钢管混凝土为塔柱的独塔双索面斜拉桥，主塔钢柱共四根，外径1.5m，塔柱高61.459m主塔钢管采用18mm厚，16Mn钢板卷制而成，顺桥向钢管中心距3.5m，通过腹板组成哑铃形结构，内充C50微膨胀混凝土。横桥向桥面下设剪刀撑两道，桥面处设钢骨横梁两道，桥面上设上、下风撑两道，塔顶设梯形套箱及避雷针两套。二、技术要求管口椭圆度4mm；图1主塔布置图管端不平度2mm；环缝对接错边量3mm；环缝对接间隙03mm；管节纵向弯曲小于管节长度的1/1000，且10mm；塔柱安装的不垂直度偏差小于20mm；焊缝达到JTJ041891

2、类焊缝标准；钢管外表面喷砂除锈达到Sa2.5标准，喷除IC531， 后达75100m；管内砼密实；三、该项目所要研究的技术难题选择怎样的焊接工艺，使焊缝达到质量标准；选择怎样的制作工艺，控制钢管的制作精度；塔柱外表面的防腐（维修很困难）；塔柱安装时垂直度及柱间距控制；钢管内砼密实性的控制；四、焊接工艺选择塔柱钢管是16Mn钢，属正火钢，其碳当量CqCMn6Si24Ni15Cr5Mo4Cu13P20.4，焊接性能良好，无淬硬倾向，热烈纹、冷裂纹倾向不明显，现从结构形式、材料厚度等几个方面对焊对接材料和工艺参数做几点讨论：1、焊接方法选择：焊接方法可选择手弧焊封底、埋弧焊填满的方法。2、焊接附材的

3、选择：为了达到焊缝与母材等强，物理性能相等的原则，在手弧焊时，采用E5015，直径4.0焊条，使用前350烘烤2小时，在埋弧时焊采用H10MnA，直径4.0焊丝，配焊剂HJ431，焊剂使用前250烘烤2小时，4小时未使用则重新烘烤。3、焊接参数的选择：在多次生产实践的基础上，结合现在的生产实际情况，进行多次试焊对比，对比情况见表1：经评定可知：手弧焊时电流160200A，电压2426V，焊速69mh，埋弧焊时电流550600A，电40V，焊速2526mh。焊接时湿度不宜高于80，环境温度不应低于5。五、塔柱钢管加工制作工艺：制作时，首先下料精确方正，卷制垂直进给以保证管节端面的垂直度，用预压弯

4、头及多次进给法滚卷以保证管节圆顺度，用对接平台调整对接间隙、错边量以及钢管的直线度，焊接时严格按焊接工艺评定进行。 具体工艺如下:表1焊接方法焊接条件焊接情况检验情况 手弧焊电流低于160A电压低于24V起弧不易进行，焊速慢易出现未熔合、未焊透有未熔合、未焊透缺陷电流160200A电压2426V焊速可达69m/h焊接情况良好外观良好，探伤良好，力学性能试验良好电流高于200A电压大于26V易烧穿和咬边有气孔、夹渣及咬边等缺陷埋弧焊电流低于550A电压低于40V焊速较慢，易出现未熔合、未焊透有未熔合、未焊透缺陷电流550600A电压40V焊速可达2526m/h焊接情况良好外观良好，探伤良好，力学

5、性能试验良好电流高于600A电压大于40V易咬边和下塌有咬边、气孔、下塌等缺陷 金属材料的储存金属材料的复验材料的校正放样、划线下料、坡口制作 卷 制焊 接检 验 1、工 艺 流 程 ： 材料堆放稳固且不变形，入库前要严格验收检查规格钢号及质量保证书。对钢材 的化学成份，力学性能晶相组织进行复验。钢板的局部挠度大于 11000时，要用钢板校 平机校正。主塔钢管板材采用1：1比例放样，号料后打上代号、标记 下料后复核尺寸，及时调整放尺寸，坡口除钢管最上端、最下端为外坡口，其余为内坡口。 多次进给法滚卷，并经常性检查，以防超卷。 严格按焊接工艺评定进 行，手弧焊埋弧焊 焊缝的外观检验，探伤检验及管

6、节成型后直线度、管端不平度，管口椭圆度的检验 以上每道工序检查合格后，方可进入下道工序。2、塔柱钢管板材的放样，下料及坡口制作放样前所有测量工具、仪器均校验合格后方可使用。塔柱钢管采用卷板机卷制成形，根据中心层不变原理，钢管展开理论长度LD3.14（150018）4656mm放样采用钢卷尺测量定位，直角采用角尺放样，划线采用划针划线，对用自动切割机加工的边增加1.5mm割线宽度。放样允差见表2（如超差重新划线）表2类 别长度mm宽度mm对角线mm放样0.50.51.0下料时，采用半自动火焰切割机下料，根据钢材厚度、材质确定火焰切割参数，先进行模拟切割。如割缝达不到要求，再重新修订有关参数，直到

7、满足要求。切割后待构件冷却至室测量长、宽、对角线、直线度允许差见表3：表3类 别长度mm宽度mm对角线mm直线度允差2122坡口加工可使板材容易焊接，塔柱最底端，最上端为角焊坡口，其余为对接坡口，如图2所示：6005050050图2 焊接坡口示意图坡口可用刨边机切削加工，也可用火焰切割机加工，坡口加工好后，用坡度尺检查坡度，如超差用磨光机修正，坡口表面毛刺要清理干净。3、卷制钢板卷制前，用手提砂轮机打磨周边氧化皮，见金属光泽，做一预压弯头胎模，利用胎模上卷板机预压弯头，保证钢板与胎模贴实。在与卷板机垂直的方向设置一块挡铁，喂料时钢板一边靠近挡铁，以保证喂料方向与卷板机的轧辊垂直。卷制过程中采用

8、多次进给法滚卷，调节轧辊的上、下位置使得钢板曲率半径逐渐变形，当半径接近要求时，上轧辊的调整量逐渐减少，并用样板进行经常性检查，以防超卷。4、纵缝、环缝焊接（1）纵缝焊接：焊前用丙酮清洗污物，彻底清除切割熔渣。纵缝两端焊上引弧和收弧板，将筒体平放，使纵缝处于平焊位置，先用手工电弧焊进行定位焊，内第1层采用手工电弧焊封底，第23层采用埋弧焊填满，外侧用碳弧气刨清根，再用埋弧自动焊焊第2层。焊后用清渣器将焊渣彻底清理干净。（2）环缝焊接：将两标准管节放置在对接平台上，先调整管节的直线度，直线度调好后检查对接间隙是否超差，如超过3mm修磨管口相应的部位，重新对接达到标准后，再调整错台用多头螺旋撑圆器

9、反复调整直至错台在3mm以内，用手弧焊定位焊，然后在滚轮架上进行焊接，焊接步骤、要求均与纵焊缝相同。5、检验（1）焊接检验： 图 3 试拼平台序号外观缺陷质量要求备 注1未满焊0.2+0.02为钢板厚2根部收缩0.2+0.02为钢板厚3咬 边不允许4外部裂纹不允许5弧坑裂纹不允许6飞 溅清除干净7焊 瘤不允许8表面夹渣不允许9表面气孔不允许10焊缝厚度不够不允许外观检查要求见表4 表4无损探伤主要用于检查焊缝内部缺陷，应在焊后24小时以后才能进行探伤。探伤长度为100焊缝长度，无裂纹，未熔后，未焊透，无夹渣等缺陷。如不合格，碳弧气刨清除后，重新施焊。（2）筒体检验：检查筒体直线度，端面不平度，

10、管口椭圆度及坡口，合格后出具成品检验报告。六、塔柱钢管防腐：无机硅酸锌涂料要求除锈等级为Sa2.5,应采取喷砂除锈，钢管内部加劲结构焊接完毕后，进行喷砂除锈，将1.53mm粒径石英砂，烘干后装入砂罐，用9m3空压机提供风动力，将喷头与待喷件保持2545、300-500mm实行干喷，用轴流风机将灰尘吸进除尘间，用喷淋器除尘。喷砂效果要达到Sa2.5级，除去金属上的油脂，氧化皮，锈蚀等一切杂物，呈现金属光泽并有一定的粗糙度。 图4喷砂除锈布置图 喷砂作业完成应尽快进行喷涂IC531，并应在8小时以内喷涂完毕。IC531混合时，硅酸溶液与锌粉重量比是1：2.62，在搅拌硅酸的同时加入锌粉，并持续搅拌

11、，以保持锌粉悬浮，混合后经一个40100目的滤网过滤，倒入压力罐中用0.6m3打气泵供气进行喷涂。IC531混合后，保存时间不得超过4小时，喷涂时环境温度至少达到10、相对湿度小于85。待IC531干燥后，再喷涂丙稀酸聚胺脂面漆两道。施工时，常用湿膜测厚仪测定湿漆膜厚度，以保证干漆膜的厚度和涂层的均匀，漆膜干透后，用干膜测厚仪测出干膜厚度。涂装过程中，对环境温度、相对湿度、表面清洁度、各层涂刷遍数、涂料种类、用量、湿膜、干膜厚度等进行详细记录。涂装表面质量应均匀、细致、无明显色差，附着良好。七、塔柱钢管安装工艺：1、吊装方案比较见表5通过比较，选择分节吊装方案，即将塔柱钢管共分七节，第一节7.

12、559m，第二节8m，第三节6m，第四至六节10m，第七节9.5m，采用一台1450KNm塔吊，安装在主跨一侧桥轴线处，距中心点15.45m（拆塔吊时后臂长度限制）。塔吊负荷检算：塔柱最长节10m，加锚固筋、联接板共重：9.8（1.482 3.1410141.3+0.350.158125.6+8100.80.888)65563（N）6556319.121252.6KNm1450KNm在塔吊起重范围内。 图5 塔吊平面布置图 表5类别主 要 内 容优 点缺 点单根整体吊装将每根钢管组装成整体再吊装，吊装四次吊装时间短每根钢管重达45T，高度61.459m，地面场地狭小，整体拼装困难，起吊困难，且

13、起吊时易变形哑铃形结构吊装将每侧钢管在地面拼成十一节哑铃形结构，然后对接，吊装二十二次吊装次数较少，腹板锚垫板焊接为平焊两个管口同时对接，管口对接间隙，错台较难调整，垂直度较难调整，索导管在地面已定位，塔柱安装偏差影响其精度。分节吊装每根钢管分成七节，单节吊装，共吊装二十八次垂直度较易调整，对接间隙及错边量易保证，吊装对位易进行，环缝焊完后再确定索导管位置消除安装偏差对索导管后影响吊装次数较多，工期较长2.安装工艺流程： 组拼平台上试拼 每三节在平台上试拼，调整对接间隙错台及垂直度， 弹测量线 测量线要精确 塔柱基础处理 定出钢管的安装线，处理底板的平整度 钢管吊装 精确定位，调整垂直度，柱间

14、距 现场环缝的焊接 严格按接焊工艺评定进行，焊后100探伤 以上各道工序检查合格后，方可进入下一道工序。3、塔柱钢管组拼平台上试拼组拼平台的制作安装：如图用厚16mm，钢板长6m，宽2.3m，割制两m1500mm圆，误差在2mm以内，割孔前严格控制钢板的长、宽以及对角线，割孔后沿两圆心一分为二，割制成八块两半圆形立板，在间距3500mm和1500mm槽钢上焊接牢固并调平。图6图7 钢管纵缝排列图塔柱钢管试拼：为了使索导管错开纵缝，钢管纵缝排列如图7，接口处纵缝要错开90度，且腹板要错开纵缝，将三节钢管按从小号到大号排列，先调整对接间隙，再调整错台，调整好后测量纵向弯曲，达到要求后用联接法兰临时

15、固定（联接法兰如图8）先焊接联接构造钢板，再将法兰成对用螺栓连好，销子销紧，焊在上节钢管及联接构造板上，联接构造板要对称焊接，联接构造板孔作为吊装孔，安装时用定位销定位，螺栓联接又恢复到试拼时状态。如垂直度需调整，用顶升螺栓调整。图8联接法兰 4、放测量线及基础线放测量线：由于测量时用两台经纬仪在相互垂直的两条轴线上同时测钢管的垂直度，这就要求我们放测量线时，两条线必须直且在相互垂直（过圆心）的两个面上。如图9，用两只铅锤跨过管顶垂下，沿管口拉线BD，调整A点位置，使BOOD，调整BD线使AOCOBODO=750mm，同理另一端A1、B1、C1、D1定位与此相同，用墨线弹出AA1、BB1、CC

16、1、DD1线。 图9放测量线示意图图10 钢管安装平面图图11 吊装架示意图放基础线：以钢管联接构造板为吊耳，6.8D型卸扣两只，钢丝绳选用19.5mm，637股，长5m，插头后3m以上，保证钢丝绳夹角不大于60度。底节钢管吊装：先把底节钢管平放至吊装架上，待质检工程师及监理检验合格后起吊，放入临时定位板时，钢管外四分线与基础轴线粗。如图12。图12底节钢管吊装定位在1位观测AA1轴线A点与基础轴线偏移量，用千斤顶调整后，再观测BB1线B点与基础轴线BD线偏移量，调整好后同时观测A1、B1点与AA1、BB1偏移量，如A1点偏东，在管东外壁焊顶升板，用千斤顶顶升，A1、B1点同时调整，调整好后把

17、加劲板定位焊后，塔吊松钩。其它钢管吊装第二节以上的钢管安装均与第二节相同，现以第二节为例，将第二节钢管准备就绪后，放在吊装架上，待检验合格后，起吊就位。 先粗对好轴线，用定位销子定位后，法兰螺栓紧固，利用顶升螺栓调整对接间隙及钢管垂直度。在1、2位同时测量，在1位测如A2点偏西，调整D1位顶升螺栓，2位测时，用A1、C1处顶升螺栓调整。调整好后，在对接环缝外侧用八块定位板临时定位。5、现场安装焊接按焊接工艺评定进行、焊接时，必须两人对称焊接，经纬仪经常观测钢管的垂直度，并通知焊工及时调整焊接，纠正偏差，焊后复测垂直度、进行无损探伤，如有夹渣、未焊透等缺陷，碳弧气刨清除后重新焊接。图13环缝焊接

18、八、钢管内砼施工工艺：管内填充C50微膨胀混凝土，混凝土的浇筑随钢管的逐节接高而分段进行，采用泵送顶升浇灌法，在管内焊有加强钢板和拉索套筒的地方，要对混凝土加以振捣，保证内部混凝土的密实性。C50微膨胀混凝土采用搅拌站集中拌合，6.0m3及7.5m3砼运输车水平运输，HBT60A1406拖式砼输送泵垂直运输浇筑。砼输送泵垂直输送距离达100m。由于采用泵送砼，设计配合比时除考虑正常的振动方式外，还要求砼泵送效率高，不阻塞、不离析，对砼输送泵机件磨损小，在水泥用量、坍落度、砂率等构成砼少泵性的关键因素方面需特殊处理。待钢管对接环缝，管内锚固筋，加劲板检验完好后进行管内砼的施工，每次浇筑至管口以下

19、1.5m处，设接头钢筋，下次浇筑时要凿毛，柱顶浇筑至管口。C50微膨胀砼配喝比见表6。表6 项 目具体要求备 注配合比（水泥：砂：碎石：VEA：HNF）1：1.22:2.49:10%:6水灰比（w/c）0.34外加剂UEA：U型砼膨胀剂HNF：高效减水剂UEA产地安徽庐江HNF产地合肥九、主要机具：见表7 表7序号名 称规格型号单位数量1半自动校平机台12半自动直线切割机CG-2000台23卷板机16-202000台14直流电焊机BX550台85自动埋弧焊机台26焊接定位滚轮架台27焊条、焊剂烘干箱台28塔 吊1450KNm台19喷砂设备套110打气泵06m3台111喷 枪套112砼输送泵HB

20、T60A1406台213砼输送车6m3/7.5m3台1/1十、实施效果在施工中按焊接工艺参数进行焊接，焊缝外观良好，经100探伤无未熔后，未焊透等缺陷，达到JTJ041891类焊接标准。按制作安装工艺施工，塔柱钢管的直线度，端面不平度，管口椭圆度均能满足设计及规范要求，安装好后，经实测塔柱垂直度、柱间距偏差均在允许范围内，具体见表8。钢管喷涂，管内砼均满足设计及规范要求，实施效果良好。通过对C50微膨胀砼配合比的选定和塔柱砼的灌注，确保了塔柱砼的密实，混凝土无脱粘现象，索力张拉及调整时，塔柱挠度均匀，无扭曲现象，砼标养28d后，力学性能满足设计要求。 表8项 目垂直度柱间距索导管标高柱中心偏差钢管顶标高允许偏差20mm16.7mm10mm5mm10mm实测偏差16mm15mm5mm3mm5mm十一、结束语：钢管砼塔柱施工中，我们成功地解决了特种钢材的加工、焊接和钢管拼装精度等技术难题，保证了主塔的垂直度、焊缝质量，以及管内混凝土的质量，获得了宝贵的经验。 （执笔：刘文乐、朱少华）