梁春艷 蘭金平 中交四航局第三工程有限公司

鋼管板樁組合是板樁結(jié)構(gòu)碼頭在大型深水碼頭應(yīng)用過程中演化而來一種新的結(jié)構(gòu)形式，充分利用鋼管樁抗彎能力來承受外力和減少變形，鋼板樁僅用來擋土，能夠有效解決板樁碼頭在深水泊位中的受力大和變形大的情況。前墻樁基礎(chǔ)為管板組合樁，管樁軸向兩側(cè)焊接鎖扣，板樁與鎖扣連接形成“組合式”直立式岸壁擋土結(jié)構(gòu)，胸墻與錨定墻通過拉桿連接形成整體，由于管樁施打精度和地質(zhì)條件等因素影響，施工過程板樁與鎖扣之間持續(xù)激烈摩擦，處理不當(dāng)易受熱融化或破壞。鋼管板樁鎖扣焊接是管樁制作的重要工序，焊接工作量大，施工質(zhì)量控制存在一些薄弱環(huán)節(jié)。

1.工程概況

1.1 項(xiàng)目背景

尼日利亞萊基深水港泊位長(zhǎng)680m，設(shè)計(jì)2個(gè)集裝箱泊位，碼頭頂標(biāo)高+5.45m，港池水深-16.5m；前墻樁基為管板組合樁，管樁與樁板之間通過鎖扣相連接形成碼頭岸壁。

1.2 鋼管樁、C9鎖扣參數(shù)

前墻管樁標(biāo)準(zhǔn)管徑D=2000mm，壁厚t=20 mm，樁長(zhǎng)41 m，材質(zhì)為X 70；鎖扣為C 9 型，材質(zhì)為S430GP(BS EN 12603，10248)，單件長(zhǎng)度11.8m，鎖扣焊接處最小厚度為10mm。管樁單側(cè)焊接長(zhǎng)度23.6m，需用鎖扣900件，焊接工程量大，耗時(shí)長(zhǎng)，質(zhì)量要求高。管樁斷面詳圖如圖1所示。C9鎖扣的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1所示，鋼管樁的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表2所示。

表1 C9鎖扣化學(xué)成分和力學(xué)性能

表2 鋼管樁化學(xué)成分和力學(xué)性能

圖1 管樁斷面

2.鎖扣焊接要求和質(zhì)量檢測(cè)方法

2.1 參考文件

所有的焊接需要達(dá)到下列規(guī)定要求的資格：EN287-1，AWS規(guī)范，ASME規(guī)范或者相似的規(guī)范。

電焊工持特種作業(yè)上崗證書以及中級(jí)以上焊接職業(yè)資格證書。焊接工藝評(píng)定記錄應(yīng)該包括上述內(nèi)容，并且按照ENISO15614-1或AWS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.2 鎖扣焊接要求

鋼管樁鎖扣焊接是鋼管板樁制作的關(guān)鍵一環(huán)，其焊接的質(zhì)量直接影響到管樁施工的質(zhì)量和碼頭的使用壽命。嚴(yán)格控制焊接施工工藝，保證鋼板樁和鋼管樁之間緊密的咬合，鋼管樁鎖扣焊接的施工需要滿足以下要求：

（1）直線度偏差不得大于10 mm；

（2）焊接質(zhì)量達(dá)標(biāo)；

（3）保證鎖扣通過性的前提下，鎖扣對(duì)接采用對(duì)接焊。鎖扣焊接在鋼管樁上采用連續(xù)的角焊縫，這些角焊縫的有效厚度不小于10毫米（見圖2）。

圖2 焊縫高度要求

2.3 鎖扣焊接質(zhì)量檢測(cè)方法

應(yīng)執(zhí)行以下的無損檢測(cè)：

（1）100%外觀檢查；

（2）10%超聲探傷（測(cè)試的百分比是指焊縫的長(zhǎng)度）檢測(cè)應(yīng)在焊縫冷卻到室溫后立即采??；

（3）驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)參照：AWSD1.1/D1.1M:2002第 218頁-表 6.1“外觀檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)—非管狀靜載柱”。

3.焊接工藝

3.1 母材準(zhǔn)備

母材準(zhǔn)備工作如下：

（1）母材應(yīng)該平滑、無裂縫或者沒有其它影響焊接質(zhì)量的不連續(xù)性。

（2）所有要進(jìn)行焊接的表面或者相鄰的表面，應(yīng)避免油漆、鐵銹、油脂以及其它任何能夠影響正常焊接的外部物質(zhì)。

（3）建議采用鋼絲刷或其它打磨工具對(duì)母材進(jìn)行打磨。

（4）焊接表面必須完全干燥。

3.2 環(huán)境影響

為了使現(xiàn)場(chǎng)焊接效果達(dá)到要求，應(yīng)采取所有可能的措施以避免大氣/氣象的干擾。特別是需要提供風(fēng)雨的避難所，例如現(xiàn)場(chǎng)焊接的地方搭建一個(gè)帳篷進(jìn)行保護(hù)。在任何情況下，如果在技術(shù)上可行，工廠焊接應(yīng)優(yōu)先于現(xiàn)場(chǎng)焊接。

3.3 預(yù)熱和層間溫度

按照管樁壁厚（t）的最小熱量輸入要求，需要遵守下列要求：

（1）鎖扣定位焊接不需要預(yù)熱（只要環(huán)境溫度高于+5℃）；

（2）如果溫度在到+5℃到0℃之間，鎖扣需預(yù)熱至50℃；

（3）層間溫度不得高于 250℃。

3.4 焊接材料

填充金屬必須符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，焊接熔敷金屬力學(xué)性能不低于母材。應(yīng)按照焊接工藝選擇下列耗材：

（1）SMAW-屏蔽手工電弧焊：符合AWSA5.1標(biāo)準(zhǔn)的E7018低氫焊條（在熔敷金屬中的氫含量應(yīng)＜10毫升/100克）。

（2）GMAW-氣體保護(hù)焊：符合AWSA5.18標(biāo)準(zhǔn)的ER70S-6實(shí)心焊絲（采用80%氬氣和20%二氧化碳混合氣體，避免使用100%二氧化碳?xì)怏w）或者符合EN440標(biāo)準(zhǔn)的G463MG4Si1/G422CG4Si1實(shí)心焊絲（采用80% 氬氣和20%二氧化碳混合氣體）。

（3）S AW-（埋弧焊）：符合AWSA5.17-97標(biāo)準(zhǔn)的焊絲與焊劑組合F7XX-EXXX-X或符合AWSA5.23標(biāo)準(zhǔn)的焊絲與焊劑組合 F7XX-EXXXX。

所有的耗材應(yīng)該以密封在防潮容器的方式供貨。如果供應(yīng)商未特別說明，低氫焊條應(yīng)當(dāng)在350～450℃溫度下烘烤2小時(shí)。在退出烘箱后，電極應(yīng)該放置在便攜式震動(dòng)加熱器中，溫度不低于80℃。

3.5 裝配和焊接

3.5.1 定位裝配工藝

1）裝配工藝。①對(duì)鎖扣采用加熱或加壓法校直；②在定位裝置上組裝鎖扣；③確保鎖扣與鋼管樁的縱向焊縫或螺旋焊縫之間的距離大于300毫米，或者確保鋼管樁與鎖扣④相接部位的環(huán)形焊縫和螺旋焊縫是平焊；⑤鋼管樁和鎖扣的鈍邊間隙應(yīng)該保持盡量的小。

定位焊縫的位置參見圖3。

圖3 定位焊接位置示意圖

2）定位焊接方法。①采用GMAW（氣體保護(hù)焊）/SMAW（屏蔽手工電弧焊）工藝；②定位焊縫的最小長(zhǎng)度為：50毫米；③鎖扣全長(zhǎng)雙面定位焊接到鋼管樁；④定位焊的間距應(yīng)為：SMAW（屏蔽手工電弧焊）和 GMAW（氣體保護(hù)焊）焊接工藝：最大間距25t（t：鋼管樁厚度）；SAW（埋弧焊）焊接工藝：最大間距75t。

3.5.2 全面施焊-SAW（埋弧焊）工藝：

初始焊接采用平行的雙焊槍從一端開始，或者采用單焊槍從一端開始。

1）在SAW焊接工藝中，焊工應(yīng)該以較高的速度進(jìn)行焊接，以避免焊接過程中鎖扣發(fā)生變形；

2）如果鎖扣在焊接過程中發(fā)生了變形，在焊接后采用加熱或加壓的方式對(duì)它進(jìn)行校直；

3）焊接后的焊縫應(yīng)該刷除焊渣和飛濺物；

4）通過熱處理來消減焊接應(yīng)力是沒有必要的。

在焊接過程中應(yīng)該特別注意，確保圖4中標(biāo)注①點(diǎn)能夠熔透，避免出現(xiàn)未熔透的情況。

圖4 焊接注意部位圖示

1）逐步退焊法：先焊接的中間部分焊接，然后從中間段開始兩邊退焊。

2）焊縫1的長(zhǎng)度：1000mm；焊縫2至之后的長(zhǎng)度：1200mm。

4.結(jié)語

美標(biāo)要求下，X 70 型鋼管樁和S430GP鎖扣焊接采用SMAW（屏蔽手工電弧焊）和 GMAW（氣體保護(hù)焊）焊接工藝進(jìn)行定位裝配焊，裝配焊間距為25t=500mm，定位焊接長(zhǎng)度為100mm（＞50mm），采用E7018低氫焊條及ER70S-6實(shí)心焊絲，配合定位架進(jìn)行輔助安裝，較好完成了裝配焊接。

最后采用SAW（埋弧焊）工藝進(jìn)行施焊，使用符合AWSA5.17-97 標(biāo)準(zhǔn)的焊絲與焊劑組合F7XXEXXX-X。利用從中間開始，然后兩側(cè)交替逐步煺焊的工藝，中間段焊接長(zhǎng)度1000mm，兩側(cè)每段焊接1200mm。有效減小熱效應(yīng)造成的鎖扣變形，直線度偏差小于10mm。

鋼管板樁碼頭作為一種新型板樁結(jié)構(gòu)，由于能很好適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)條件，施工快捷，水平抗彎能力強(qiáng)，承載力高，可靠性高，在以后的應(yīng)用會(huì)更加普遍，特別是在大、中型碼頭上。而對(duì)高樁碼頭的鋼管板樁結(jié)構(gòu)的受力分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝都有大量討論，而對(duì)碼頭施工過程中鋼管樁制作，鎖扣焊接沒有討論，本文填補(bǔ)了這方面的空白。該焊接工藝在尼日利亞萊基深水港工程應(yīng)用中得到驗(yàn)證，施工效果良好，一次驗(yàn)收合格率達(dá)到99.8%，可以推廣應(yīng)用在其他同類管樁鎖扣安裝工程中。