孫繼通

中交一航局第一工程有限公司，中國(guó)·天津 300456

1 引言

阿爾及利亞某告狀碼頭項(xiàng)目中鋼管樁內(nèi)部設(shè)計(jì)剪力鍵結(jié)構(gòu)，用以提高碼頭樁基與上部結(jié)構(gòu)的連接整體效果，提高樁芯混凝土與鋼管樁的粘結(jié)力，進(jìn)而確保結(jié)構(gòu)荷載的有效傳遞，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)項(xiàng)目使用較少，阿爾及利亞地處北非地中海區(qū)域，大浪期的破壞性顯著，結(jié)合項(xiàng)目施工特點(diǎn)對(duì)剪力鍵焊接施工進(jìn)行技術(shù)分析，為今后類似施工提供借鑒。

2 工程概況

本工程共需新建4個(gè)碼頭，其中M3和P4泊位為高樁墩臺(tái)結(jié)構(gòu)，通用泊位和拖輪泊位是高樁梁板結(jié)構(gòu)碼頭，碼頭樁基全部為鋼管樁，樁徑為950～1600mm，剪力鍵為M22，長(zhǎng)度66mm，碼頭平面位置圖見(jiàn)圖1，本工程共有鋼管樁452根，鋼管樁剪力鍵具體數(shù)量見(jiàn)表1鋼管樁剪力鍵數(shù) 量表[1]。

圖1 碼頭平面布置圖

表1 鋼管樁剪力鍵數(shù)量表

3 工程特點(diǎn)分析

剪力鍵焊接特點(diǎn)分析：

①本工程剪力鍵需焊接在樁壁內(nèi)側(cè)，為增大樁芯混凝土與鋼管樁的連接性，為公司及當(dāng)?shù)厥状谓佑|此類工藝，因此施工人員無(wú)任何施工經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)策：科學(xué)組織工藝討論，積極咨詢廠家及其他施工單位，合理安排各道工序銜接，保質(zhì)保量按期完成施工任務(wù)。

②剪力鍵焊接在水上施工，作業(yè)空間均受限，并且樁內(nèi)光線不充足，施工難度較大，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高。

對(duì)策：依據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理安排作業(yè)時(shí)間，加快施工進(jìn)度，采用舢板作為進(jìn)入鋼管樁內(nèi)部的工具，作業(yè)區(qū)配設(shè)照明設(shè)備，并安排專人進(jìn)行監(jiān)督。

③樁壁銹跡較多，嚴(yán)重影響剪力鍵與樁壁引弧，對(duì)焊接效率及焊接質(zhì)量影響較大。

對(duì)策：焊接前對(duì)鋼樁內(nèi)壁進(jìn)行除銹，需除銹徹底后方可進(jìn)行剪力鍵的焊接工作。

④剪力鍵焊接為立面焊接，焊水容易流至下方，導(dǎo)致剪力鍵上部缺肉，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。

對(duì)策：對(duì)焊接電流及焊接時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并對(duì)焊帽進(jìn)行處理，避免焊水外泄[2]。

4 工程施工總體安排

4.1 施工順序

本次施工內(nèi)容為M3工作平臺(tái)30根樁剪力鍵焊接工作，每根樁150個(gè)剪力鍵，共4500個(gè)剪力鍵，計(jì)劃在7天內(nèi)施工完成，主要施工順序?yàn)椋轰摴軜秲?nèi)壁除銹→除銹驗(yàn)收→剪力鍵焊接→剪力鍵焊接檢驗(yàn)→補(bǔ)焊→驗(yàn)收。

4.2 材料組織和運(yùn)輸

剪力鍵及配套焊帽為中國(guó)國(guó)內(nèi)采購(gòu)，由海運(yùn)運(yùn)至阿爾及利亞，然后通過(guò)車輛運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接施工。

4.3 勞動(dòng)作業(yè)組織

為提高工作效率，保證剪力鍵焊接的質(zhì)量，項(xiàng)目部計(jì)劃投入管理人員3人，調(diào)度1人，技術(shù)員1人，安全員1人；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，派遣施工人員總數(shù)為8人，以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的需要[3]。

5 剪力鍵施工方法

5.1 剪力鍵焊接施工流程

剪力鍵焊接施工流程如圖2所示。

圖2 剪力鍵施工流程圖

5.2 剪力鍵焊接施工

鋼筋籠安裝完畢并檢查合格后，進(jìn)行剪力鍵焊接，本工程剪力鍵焊接采用專業(yè)剪力鍵焊接機(jī)進(jìn)行施工，焊機(jī)型號(hào)為ARC-2500，焊接前需在陸地進(jìn)行焊接試驗(yàn)以確定焊接電流及焊接時(shí)間，焊接時(shí)先安裝剪力鍵，然后在焊槍頂部安裝磁環(huán)，以避免焊水泄露而導(dǎo)致的焊口缺肉，經(jīng)試驗(yàn)對(duì)比，需在焊接前對(duì)鋼管樁內(nèi)壁進(jìn)行除銹，并清除表面的油污、漆膜和影響焊接質(zhì)量的雜物，直至發(fā)出金屬光澤，方可保證剪力鍵與鋼樁內(nèi)壁焊接質(zhì)量（見(jiàn)圖3）。

圖3 剪力鍵焊接圖

焊接作業(yè)開始前，務(wù)必完成電焊機(jī)檢查，對(duì)電壓、電流、燃弧時(shí)間等關(guān)鍵焊接參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)和調(diào)整，保證不同焊工均采用相同的焊接參數(shù)。

正式焊接施工前要進(jìn)行多次焊接試驗(yàn)，以某項(xiàng)目為例，首先按照廠家提供的焊接參數(shù)焊接電流為1800A，焊接時(shí)間為2S進(jìn)行焊接試驗(yàn)，焊接完成后發(fā)現(xiàn)絕大部分焊點(diǎn)處出現(xiàn)原材過(guò)焊的現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼管樁樁壁燒損較嚴(yán)重，于是通過(guò)調(diào)整焊接電流和焊接時(shí)間的方式進(jìn)行焊接，我部選擇焊接電流為1200A，焊接時(shí)間為2S進(jìn)行焊接，焊接完成后原材無(wú)損毀情況，但剪力鍵焊肉較少，用錘敲擊后部分剪力鍵出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，剪力鍵敲除后發(fā)現(xiàn)剪力鍵為與原材未有效相融，導(dǎo)致剪力鍵脫落，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)對(duì)比，最終確定焊接電流為1250A，焊接時(shí)間為2S，焊接完成后的剪力鍵焊肉飽滿、均勻，錘擊后無(wú)脫落現(xiàn)象，滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范和技術(shù)規(guī)格書要求。

5.3 剪力鍵焊接要點(diǎn)

①剪力鍵焊接前需清除焊接面氧化物、鐵銹、油污等雜質(zhì)（見(jiàn)圖4）。

圖4 原材打磨除銹

②焊接時(shí)應(yīng)使銷釘周圍都有部分熔焊金屬擠出，并注意焊接電源搭鐵線的安放部位，以免焊接電弧產(chǎn)生磁偏而造成銷釘熔焊金屬擠出部分的不均勻和不同心。

③剪力鍵伸出量（裝夾后剪力鍵尖端與陶瓷環(huán)鋸齒面的距離）和剪力鍵提弧高度（剪力鍵提離工件后剪力鍵尖端與陶瓷環(huán)鋸齒面的距離）是影響填角和焊縫成型的重要參數(shù)，超過(guò)最佳值熔池中可能形成氣孔，伸出值過(guò)小會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的熔滴短路，造成熔合不良，都將降低溶合強(qiáng)度，因此焊前調(diào)節(jié)好這兩個(gè)工藝參數(shù)（見(jiàn)圖5）。

圖5 剪力鍵安裝、調(diào)節(jié)

④焊接前需進(jìn)行充分試驗(yàn)，從而確定最佳的焊接電流及焊接時(shí)間。

⑤焊接時(shí)注意剪力鍵軸線應(yīng)與工件表面保持垂直，否則溶合面減少，強(qiáng)度降低，剪力鍵與管子中心線方向傾斜不大于5°，其他方向不大于10°。

⑥焊接過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常檢查銷釘焊縫的外觀質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整，有裂紋和密集氣孔的銷釘，應(yīng)去除缺陷重焊。

⑦剪力鍵焊完后，如果發(fā)生咬邊，必須進(jìn)行補(bǔ)焊，當(dāng)缺陷超過(guò)技術(shù)規(guī)格書和相關(guān)規(guī)范要求范圍時(shí)，則不允許補(bǔ)焊，應(yīng)截去有缺陷管段進(jìn)行更換。

⑧用錘擊法檢查時(shí)，取總數(shù)的30%，用0.25kg小錘敲擊銷釘頂端，直至彎曲20°，焊縫上不出現(xiàn)裂紋為合格，不合格的銷釘應(yīng)及時(shí)進(jìn)行返修，并重新進(jìn)行質(zhì)量檢查（見(jiàn)圖6）。

圖6 剪力鍵焊接

⑨焊縫返修。

第一，當(dāng)樁壁上存在有大于1mm且小于30%管壁厚度的銷釘焊缺陷或者樁壁上被擊落銷釘處，清除缺陷后，凹口深度大于1mm 且小于30%管壁厚度時(shí)，應(yīng)由合格焊工用E4303、中2.5mm焊條或用HO8Mn2SiA、2.5mm 焊絲進(jìn)行補(bǔ)焊，并將焊縫磨平后重新焊上銷釘，但有上述缺陷的銷釘數(shù)不得超過(guò)該管銷釘總數(shù)的5%。

第二，樁壁上每1m長(zhǎng)度只有一個(gè)深度大于管壁厚度30%未焊穿的缺陷時(shí)，允許有合格證的氬弧焊工用小2.5mm HO8Mn2SiA焊絲進(jìn)行補(bǔ)焊，磨平后重新焊上銷釘。

5.4 剪力鍵焊接質(zhì)量要求

①焊后應(yīng)進(jìn)行三級(jí)檢查，銷釘在管子上的高度、垂直度、節(jié)距、環(huán)向角度等偏差應(yīng)符合圖紙和相關(guān)技術(shù)文件的規(guī)定。

②焊后銷釘頂端離樁壁的高度偏差不超過(guò)±2mm。

③相鄰節(jié)距偏差應(yīng)在3mm范圍內(nèi)。銷釘縱向邊緣節(jié)距偏差不超過(guò)±10mm。

④擠出的熔焊金屬在高度和寬度方面可以不均勻和不同心，但不允許有裂紋和超出標(biāo)準(zhǔn)的氣孔。

⑤銷釘焊接后，不應(yīng)有焊穿和即將焊穿的現(xiàn)象，樁壁內(nèi)部不應(yīng)有焊漏的熔滴和焊瘤。

⑥對(duì)存在有未焊透等缺陷以及其他質(zhì)量可疑的銷釘，可用0.25kg重的小錘從缺陷受拉方向進(jìn)行輕輕敲擊，以判斷熔合面質(zhì)量情況。

5.5 剪力鍵焊接質(zhì)量缺陷及原因分析

剪力鍵焊縫填角熔合較差，成型不連續(xù)、不均勻。

①產(chǎn)生原因：焊接熱能量不足未形成焊縫。

采取措施：增加電流或焊接時(shí)間，也可增加電弧長(zhǎng)度（剪力鍵伸出量＋提弧高度）。

②產(chǎn)生原因：焊接線能量過(guò)大焊縫超大。

采取措施：可降低電流或焊接時(shí)間。

③產(chǎn)生原因：剪力鍵傾斜，局部焊合。

采取措施：矯正焊槍角度與工件垂直。

④產(chǎn)生原因：一側(cè)填角焊縫堆積，另一側(cè)無(wú)填角焊縫，由磁偏吹所致。

采取措施：改變地線接法。

⑤產(chǎn)生原因：剪力鍵未插入熔池，因插入受到阻力而停滯或剪力鍵夾頭與套圈夾頭不同心造成[4]。

采取措施：檢查、修正上述兩項(xiàng)原因。

剪力鍵焊接質(zhì)量缺陷如圖7所示。

圖7 剪力鍵焊接質(zhì)量缺陷

6 保證措施

6.1 質(zhì)量保證措施

①焊接前在樁內(nèi)壁劃出銷釘節(jié)距，標(biāo)示銷釘位置，焊接順序應(yīng)按縱向進(jìn)行。

②焊接前對(duì)樁壁及剪力鍵引弧點(diǎn)進(jìn)行清理。對(duì)樁壁及剪力鍵上的油、銹及其他雜物進(jìn)行清理。

③螺柱伸出量（裝夾后螺柱尖端與陶瓷環(huán)鋸齒面的距離）和螺柱提弧高度（螺柱提離工件后螺柱尖端與陶瓷環(huán)鋸齒面的距離）是影響填角和焊縫成型的重要參數(shù)，超過(guò)最佳值熔池中可能形成氣孔，伸出值過(guò)小會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的熔滴短路，造成熔合不良，都將降低溶合強(qiáng)度，因此焊前調(diào)節(jié)好這兩個(gè)工藝參數(shù)。

④合理的控制焊接方向及焊接力度。焊接時(shí)注意螺柱軸線應(yīng)與樁壁表面保持垂直，否則溶合面減少，強(qiáng)度降低，螺柱與焊接點(diǎn)中心線方向傾斜不大于5°，其他方向不大于10°，焊接時(shí)將焊槍抵住樁壁使剪力鍵和樁壁之間嚴(yán)密無(wú)縫隙。

⑤控制電弧長(zhǎng)度。因?yàn)殡娀≡介L(zhǎng)，侵入的氧越多，焊接后焊肉孔洞越多，將會(huì)嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。

6.2 安全保證措施

①開工前對(duì)全部維修人員進(jìn)行安全教育。

②工序施工前進(jìn)行安全技術(shù)交底，履簽《安全生產(chǎn)措施交底通知單》。

③全面貫徹“三必須”“五不準(zhǔn)”和“四不傷害”，加強(qiáng)過(guò)程檢查，消滅安全隱患。

④現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電注意事項(xiàng)：開關(guān)箱應(yīng)防雨、防塵、加鎖，開關(guān)箱內(nèi)不準(zhǔn)存放任何物品，每日在使用電氣設(shè)備前，相應(yīng)操作人員應(yīng)測(cè)試漏電保護(hù)裝置，確保其可靠性。

⑤因海況原因，現(xiàn)場(chǎng)管理人員要根據(jù)海況及時(shí)發(fā)出收工指令，保證維修作業(yè)人員的人身安全[5]。

6.3 文明施工及環(huán)水保保證措施

①場(chǎng)地清潔，施工機(jī)具和施工材料存放整齊。垃圾、廢棄物集中堆放，并用車運(yùn)至指定地點(diǎn)拋棄。

②工程完工后，及時(shí)拆除臨時(shí)平臺(tái)、清理施工現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)設(shè)施，做到工完、料凈、場(chǎng)地清。

③禁止向海里丟棄施工垃圾，保證施工區(qū)域海面不存在各種漂浮物。

7 結(jié)語(yǔ)

本工程中通過(guò)在鋼管樁內(nèi)部焊接剪力鍵以增加樁芯混凝土和鋼管樁的連接性， 在焊接前應(yīng)對(duì)焊接面進(jìn)行清理，焊接過(guò)程中需嚴(yán)格控制焊接電流及焊接時(shí)間，同時(shí)還需注意焊接角度等問(wèn)題，通過(guò)試驗(yàn)總結(jié)可為后續(xù)剪力鍵施工提供相關(guān)參數(shù)的指導(dǎo)，從而增加剪力鍵焊接合格率[6]。