乳山口大橋鋼套箱制造與安裝施工技術

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東連大乳山北側已建省道S704 乳山段，終點接丹東線海陽乳山界至大辛家西段改建工程。項目路線全長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，橋位處海域寬度約800 m，設計為（193+666+51.4）m 雙塔鋼箱梁全漂浮體系懸索橋。威海側主墩承臺采用圓形承臺，直徑21.8 m、厚度6 m，承臺頂標高為+5.5 m、底標高-0.5 m。

威海側承臺鋼套箱的內徑設計為21.83 m，厚1.2 m、高15 m，單個鋼套箱自重約214.7 t。鋼套箱內、外壁板采用6 mm 鋼板，環板及隔板采用10 mm 鋼板，豎肋采用L75×50×6 角鋼，間距60 cm，環板桁架采用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。鋼套箱在工廠分節段加工后拼裝成整體運輸至橋位附近，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

根據施工海域水文、地質條件及鋼套箱的結構特點，有兩種可選方案：方案1，工廠制造節段陸運至現場拼裝下放方案；方案2，工廠制造整體水運至現場起重船整體吊裝下放（表1）。

根據項目施工工期需求，經對比采用方案2，選擇在高潮水位期組織起重船整體吊裝下放。

2.2 制造關鍵工序控制

為確保鋼套箱制造質量滿足設計要求，選取國內優秀鋼結構制造單位，利用其優質的施工質量和先進的工藝設備完成鋼套箱制造任務。

2.2.1 制造技術準備

（1）創建數字三維模型。在二維圖紙的基礎上，制造單位采用計算機軟件建立鋼套箱三維模型，并對設計圖紙進行檢驗。如果發現模型中的干涉和施工不便性，應與項目技術人員協同在開工前將問題解決。

（2）工藝余量添加系統自動套料。為提高鋼材利用效率，采用制造單位二次開發的工藝余量添加系統進行自動套料，實現了設計與工藝的有機結合和銜接，縮短技術準備時間，用優化套料結果指導項目鋼材訂貨，實現材料采購及套料的精確控制，降低制造成本。

2.2.2 工藝試驗評定

根據鋼套箱制造的特點，需對關鍵工序的制作工藝進行設計和相關試驗，以保證鋼套箱質量滿足設計要求，確保施工方案的可靠和安全。制造單位內部就切割、表面預處理和涂裝等工藝方案組織內外部評審，針對節段拼裝及運輸方案、焊接工藝評定等重要技術方案和工藝試驗，組織項目技術人員和監理參與評定審核，工藝、方案評審后，按照程序提交批準，獲得批準后在項目中進行實施，實施前組織施工、質量等人員進行技術交底，同時邀請監理工程師參加。

2.2.3 制造質量控制

2.2.3.1 制造精度控制與檢驗

（1）編寫板單元制造工藝，內容包括胎架結構、裝配次序、焊接順序、檢查方法、運輸方法等。下料工作將采用計算機放樣，使用數控切割設備進行下料。采用人工放樣和號料時，應嚴格按施工圖和工藝要求進行，并預留焊接收縮量。

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

（3）本項目所用鋼板下料前均進行預處理，通過鋼板矯正消除鋼板的軋制變形（尤其是局部硬彎）減小軋制內應力，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 焊接質量控制與檢驗

（1）制造單位根據焊接工藝評定結果和焊評報告，編寫焊接作業指導書，對焊接材料、焊接設備、焊接工藝參數、焊前預熱溫度等技術參數和措施做出規定。

（2）嚴格焊工上崗資格管理，在認定范圍內從事焊接作業，并做好焊接記錄，記錄的內容包括構件號、焊縫部位、焊縫編號、焊接參數、操作者、焊接日期。

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

圖1 參數尺寸示意

（4）對外觀檢查合格的焊縫進行無損檢驗，無損檢驗在焊接24 h 后進行，針對不同部位的焊縫采用不同的檢驗方法控制焊縫質量，焊縫內部質量分級、無損探傷范圍和檢驗等級。

2.2.3.3 防腐質量控制與檢驗

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

（2）涂裝材料運抵后，制造單位應按照施工技術要求中對應的防腐配套體系或進行樣板涂裝，并對涂裝后的樣本進行防腐性能檢驗。

（3）首件現場正式施工前通知相關方到場參加施工前各項準備工作的檢查驗收，驗收合格后開始施工。

（4）每道工序完工后都應經過自檢、互檢和專檢并填寫記錄，檢驗標準和頻次。

2.3 成品交付

鋼套箱出廠時，提交產品合格證、鋼材、焊接材料質量證明書及復驗報告、施工圖、焊接工藝評定試驗報告及其他主要工藝試驗報告、焊縫無損檢驗報告、焊縫重大修補記錄、涂裝試驗報告節段預拼裝及成品檢查記錄等相關制造資料，查驗合格后根據項目施工計劃裝船水運至施工現場。

2.4 主要安裝設備配置

（1）運輸船。根據鋼套箱的重量、直徑的要求，自加工基地由5000 t 自航式干貨船運輸運輸到橋位附近就位。

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

（3）輔助下沉機具。輔助下沉設備主要有挖掘機、空壓機、水泵等設備設施。

（4）吊裝輔助設備。輔助設備主要有50 t 吊車、交通船、錨艇等。

2.5 安裝關鍵工序控制

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和受力均勻，在吊裝前對海床面進行平整處理，鋼套箱下放前將套箱范圍內鉆渣、硬質砂層采用2 臺長臂挖機進行挖除，將套箱范圍內砂層開挖至-4.5 m，并整平，等待鋼套箱的下放就位。

長臂挖機整平后，采用吊錘對套箱范圍內每隔4 m測量一個河床標高，確保將套箱范圍內的河床標高相差控制在10 cm 以內，不平整處采用長臂挖機進行挖平、回填，避免鋼套箱局部受力。

2.5.2 鋼套箱吊裝

（1）吊裝時間安排。因吊裝區域低潮時水位時不滿足運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。結合橋位水位變化情況，應將鋼套箱吊裝作業安排在風速小于5 級的13：00—19：00 進行。

（2）吊裝就位。完成浮吊、運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，所有吊點連接完畢，并檢查無任何問題后，進行鋼套箱的試吊，試吊按照起吊重分級10%、60%、90%和起高20 cm，停滯5 min，觀察鋼套箱整體結構、吊耳焊縫的情況、索具連接情況、浮吊卷揚機等情況，試吊一切正常后，正式進行鋼套箱起吊作業。

（3）浮吊將鋼套箱自運輸船上吊起后順時針旋轉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側行駛，將鋼套箱吊裝到設計位置。

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 個倉室內注水，注水過程中應時刻保持各倉室內水深偏差不超過10 cm，通過測量水位至鋼套箱頂部的高度來計算倉室內水深，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。鋼套箱內注水的同時安裝泥漿泵和高壓清水泵，在鋼套箱內部設置絞吸泵用于攪動砂層，通過絞吸泵、泥漿泵清除砂層，直至下沉至設計標高。

（3）空氣幕輔助下沉。為保證鋼套箱豎直下沉，鋼套箱外壁板上設計空氣幕管道，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 設有一個1 mm的噴氣孔，噴氣孔呈梅花形布置，采用空壓機向管道內通氣，使鋼套箱外側的砂層攪動，減少鋼套箱與外側砂層的摩擦力，用以輔助下沉。

（4）鋼套箱姿態控制：①在外層樁基鋼護筒上設置導向系統，用于鋼套箱下沉時的位置導向，同時也充當限位裝置的作用，鋼套箱的偏位將控制在一定范圍內；②鋼套箱加水下沉過程中，實時測量各個倉室內水深，確保各個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，同時根據下沉過程鋼套箱姿態，及時調整各倉室內水深，確保鋼套箱下沉姿態；③若鋼套箱已沉底，可在刃腳較高一側多清砂（鋼套箱內側），在鋼套箱下沉的同時把傾斜糾正過來。

2.6 封底

鋼套箱下沉至設計標高后進行封底混凝土澆筑作業，威海側索塔承臺水下封底混凝土厚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 作為調平層，待第一層封底混凝土強度達到要求后，將鋼套箱內部海水抽出后再進行第二層混凝土的施工。

3 結束語

鋼套箱作為跨海橋梁工程永久結構，由于長期浸泡在海水中，施工期間兼做承臺施工模板，勢必對施工單位就鋼套箱制造質量控制提出了更高的要求；乳山口大橋威海側索塔鋼套箱整體下放施工，鋼套箱下水后，經測量，平面位置偏差滿足設計要求，整體式下放工藝節約工期近30 d，為項目后續施工創造了有利條件，也為同類項目施工提供了可供借鑒的經驗。