钢管砼主塔施工工艺研究.doc

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0～3mm；
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JTJ041－891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75－100μm；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Cq＝C＋Mn／6＋Si／24＋Ni／15＋Cr／5＋Mo／4＋Cu／13＋P／2＜0.4％，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160～200A，电压24～26V，焊速6～9m／h，埋弧焊时电流550～600A，电40V，焊速25～26m／h。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160～200A
电压24～26V
焊速可达6～9m/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550～600A
电压40V
焊速可达25～26m/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
1／1000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L＝лD＝3.14×（1500－18）＝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
±0.5
±0.5
±1.0

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
±2
±1
±2
2

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：
600±50
500±50

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2－3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+0.02τ
τ为钢板厚
2
根部收缩
≤0.2+0.02τ
τ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，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1.5－3mm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25－45°、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，以保持锌粉悬浮，混合后经一个40－100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7.559m，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 ×3.14×10×141.3+0.35×0.15×8×125.6+8×10×0.8×0.888)＝65563（N）
65563×19.12＝1252.6KNm<1450KNm
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Фm1500mm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BO＝OD，调整BD线使AO＝CO＝BO＝DO=750mm，同理另一端A1、B1、C1、D1定位与此相同，用墨线弹出AA1、BB1、CC1、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，6.8＃D型卸扣两只，钢丝绳选用φ19.5mm，6×37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

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，HBT60A－1406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
1
2
半自动直线切割机
CG-2000
台
2
3
卷板机
16-20×2000
台
1
4
直流电焊机
BX5－50
台
8
5
自动埋弧焊机

台
2
6
焊接定位滚轮架

台
2
7
焊条、焊剂烘干箱

台
2
8
塔 吊
1450KNm
台
1
9
喷砂设备

套
1
10
打气泵
0．6m3
台
1
11
喷 枪

套
1
12
砼输送泵
HBT60A－1406
台
2
13
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JTJ041－891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
＜\20mm
＜\16.7mm
＜\10mm
＜\5mm
＜\10mm
实测偏差
＜\16mm
＜\15mm
＜\5mm
＜\3mm
＜\5mm
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）目 录

1 总 论 1
1.1 项目概况 1
1.2 建设单位概况 3
1.3 项目提出的理由与过程 3
1.4 可行性研究报告编制依据 4
1.5 可行性研究报告编制原则 4
1.6 可行性研究范围 5
1.7 结论与建议 6
2 项目建设背景和必要性 9
2.1 项目区基本状况 9
2.2 项目背景 11
2.3 项目建设的必要性 11
3 市场分析 14
3.1 物流园区的发展概况 14
3.2 市场供求现状 16
3.3 目标市场定位 17
3.4 市场竞争力分析  17
4 项目选址和建设条件 19
4.1 选址原则 19
4.2 项目选址 19
4.3 场址所在位置现状 19
4.4 建设条件 20
5 主要功能和建设规模 22
5.1 主要功能 22
5.2 建设规模及内容 26
6 工程建设方案 27
6.1 设计依据 27
6.2 物流空间布局的要求 27
6.3 空间布局原则 28
6.4 总体布局 29
6.5 工程建设方案 30
6.6 给水工程 33
6.7 排水工程 35
6.8 电力工程 38
6.9 供热工程 46
6.10 电讯工程 47
7 工艺技术和设备方案 51
7.1 物流技术方案 51
7.2 制冷工艺技术方案 67
8 节能方案分析 73
8.1 节能依据 73
8.2 能耗指标分析 73
8.3 主要耗能指标计算 74
8.4 节能措施和节能效果分析 76
9　环境影响评价 83
9.1 设计依据 83
9.2 环境影响评价应坚持的原则 83
9.3　项目位置环境现状 84
9.4　项目建设与运营对环境的影响 84
9.5　项目建设期环境保护措施 84
9.6 项目运行期环境保护措施 86
10 安全与消防 87
10.1　安全措施 87
10.2　消防 88
11 组织机构和人力资源配置 92
11.1 施工组织机构 92
11.2 基建项目部的主要职责 92
11.3 运营管理 93
11.4 人员来源、要求及培训 94
12 工程进度安排 96
12.1 建设工期 96
12.2 工程实施进度安排 96
13 投资估算与资金筹措 98
13.1 投资估算 98
投资估算包括建设项目的全部工程，主要内容有：主体建筑工程、道路硬化工程、绿化工程、其他费用及基本预备费。 98
13.2 资金筹措 99
14 财务评价 102
14.1 评价依据及方法 102
14.2 基础数据与参数选取 102
14.3 营业收入及总成本费用估算 103
14.4 利润总额估算 105
14.5 盈亏平衡分析 105
14.6 财务评价 106
15 综合效益评价 107
16 招投标管理 108
16.1 编制依据 108
16.2 招标原则 108
16.3 招标方案 109
16.4 评标要点 110
17 结论及建议 111
17.1 结论 111
17.2 建议 112

４４