寒冷地區(qū)條件下鋼管樁焊接工藝研究

陳大鵬 中交第三航務(wù)工程局第二工程有限公司

1 工程氣候特點

本項目冬季溫度低，持續(xù)時間長，每年10月至第二年4月氣溫均在-5°C 以下，盡管冬季外界氣溫經(jīng)常低于零下30℃～40℃，但港灣終年不凍，這也形成了當(dāng)?shù)靥厥獾乃牡刭|(zhì)環(huán)境。且該區(qū)域每年有約40d的極夜，每天只能工作4h左右，可工作時間短，效率極低，必須采取一定的措施，確保冬季鋼管樁焊接施工，才能保證鋼管樁沉樁工程的順利進行。根據(jù)以上氣候情況，每年的1 月～4 月和11 月～12 月按照冬季施工措施進行。

2 布置鋼管樁加工場地

本項目共有各類樁基達5600根（鋼管樁約4萬t），樁長最長達46m。鋼管樁12m 原管由業(yè)主提供，鋼管樁接長、鎖口焊接、除銹防腐均在項目施工地區(qū)進行實施。根據(jù)總體進度計劃，碼頭區(qū)域每天沉樁量為12 根，船塢區(qū)域每天沉樁量為6根，每天需要連接接頭24根，在臨時碼頭后方設(shè)置2萬m2的鋼管樁拼接場，并搭設(shè)鋼管樁加工棚。

（1）為確保鋼管樁冬季正常加工，搭設(shè)鋼管樁加工棚，共設(shè)置焊接區(qū)、噴砂區(qū)、防腐區(qū)、保溫區(qū)，內(nèi)部設(shè)置2臺20t門式起重機。

（2）加工棚內(nèi)設(shè)置加熱片（20m2/個），外墻采用15cm厚保溫板，確保室內(nèi)溫度不低于5°C

（3）因室內(nèi)空間大，大幅度提高溫度比較難，擬將完成防腐涂料的鋼管樁移至定制的保溫箱內(nèi)養(yǎng)護，可大大縮短涂料固話時間。

（4）保溫箱四周采用150mm保溫板，內(nèi)部設(shè)置加熱片通電加熱，內(nèi)部溫度控制在20°C，擬制作1020 保溫箱4 個，1420 保溫箱3個，以確保棚內(nèi)溫度。

（5）在鋼管樁加工棚投入使用前，擬制作3 個臨時噴砂防腐棚，棚內(nèi)保溫采用柴油風(fēng)炮，通過熱氣管道對鋼管樁進行加熱。

（6）為了保證鋼管樁焊接質(zhì)量，在鋼管樁焊接過程中采用電感應(yīng)加熱帶（ППЧ-50-10）對鋼管樁焊接部位進行加熱（一般控制在40℃左右）。

（7）同時為了減少熱量局部損失，在焊接部位兩側(cè)使用隔熱墊防止熱量消散。

3 鋼管樁加工關(guān)鍵技術(shù)分析

根據(jù)設(shè)計要求，當(dāng)在工廠化的水平架上焊接制作全長樁時，并進行100%超聲波檢測合格的情況下，并出具焊接報告，在各項檢測指標(biāo)符合的情況下才能運至現(xiàn)場施工。

圖1 焊接接頭加熱示意圖

3.1 鋼管樁制作類型

本項目鋼管樁共有直徑為Ф800mm，Ф1020mm，Ф1420mm等多種直徑類型的鋼管樁焊接，鎖扣按照俄羅斯鋼管樁標(biāo)準(zhǔn)14-1-36022009，異形型按照型號2415，2416規(guī)格制作：

（1）Ф800mm 鋼管樁連接除接頭處焊接在在外側(cè)，設(shè)置3塊連接板（250×600×12mm），樁端200mm高度進行加厚處理。

（2）Ф1020mm鋼管樁連接除接頭處焊接在外側(cè)，設(shè)置5塊連接板（250×600×12mm），樁端200mm高度進行加厚處理。

（3）Ф1420mm鋼管樁連接除接頭處焊接在外側(cè)，設(shè)置6塊連接板（250×600×12mm），樁端200mm高度進行加厚處理。

3.2 鋼管樁焊接工作順序：

（1）準(zhǔn)備工作：在準(zhǔn)備焊接鋼管樁接頭時，首先將滾輪架調(diào)制水平，并檢查以下指標(biāo)：垂直于管道末端的縱向軸是否垂直于胎架。

（2）測試清潔度：焊接前，將焊縫上下30mm 范圍內(nèi)的鐵銹、油污、水氣和雜物清除干凈，以及管道的外表面和內(nèi)表面進行除銹并用刷子清潔其他位置污染物，最后進行清潔度測試。

（3）噴砂：測試合格后，鋼管樁表面清潔程度（除銹等級）達到等級為Sa2?，方可進行下一步操作。

（4）將原管放置在胎架上對接，并使其在水平平面上，連接的管道之間的間隙為2mm～4mm。

（5）在燃氣燃燒器的幫助下加熱接頭，加熱至100℃的溫度。

（6）填充接縫：接縫的填充層能夠可靠地相互合并，并熔化焊接管道的邊緣。每層接縫后，需要清理熔渣。焊縫應(yīng)具有平滑的輪廓，與管道表面配對，無切口和其他可見缺陷。接縫加強應(yīng)至少為1mm，且不超過3mm,接縫的寬度與切割寬度在每一方向上重疊2mm～3mm。由于管道的對接將在水平位置進行，對接縫進行100%超聲波控制，因此根據(jù)設(shè)計文件，不會焊接管道內(nèi)部。

（7）鋼管樁焊接按照設(shè)計焊縫高度施焊，焊接時及時清除焊渣，并做外觀檢查。鋼管樁焊接采用I 型坡口形式對焊，對接焊縫必須焊接到位，焊縫厚度不小于8mm。焊縫焊接完成后，清理焊縫表面的熔碴和金屬飛濺物，焊工自行檢查焊縫的外觀質(zhì)量；如不符合要求，應(yīng)補焊或打磨，修補后的焊縫應(yīng)光滑圓順。

（8）防腐涂料噴涂：對比三種品牌防腐涂料的性能：Ak?zonobel，PPG，Jotun，結(jié)合加工棚溫度，沉樁時間進行選擇。因為油漆禁止在-5℃以下條件使用，因此需制造適宜油漆使用的環(huán)境溫度，考慮油漆固化效果及現(xiàn)場材料消耗量雙重因素，管樁及油漆均需加熱至10℃。噴涂完成檢查噴涂厚度，合格后存放至表干。

（9）標(biāo)記：一旦焊接完成，所有樁必須標(biāo)記，必須按照GOST 14192進行標(biāo)記：標(biāo)記上每個線軸樁距離其末端不超過1m。標(biāo)記應(yīng)包括：制造商的商標(biāo)，鋼管樁材質(zhì)，鋼管樁型號，樁號，用于位置區(qū)域等。

（10）外部缺陷樣品修復(fù)：外部缺陷樣品的最大深度不應(yīng)超過管壁或焊縫厚度的60%，殘留厚度至少5.0mm。采樣缺陷應(yīng)保證其完全去除，樣品深度不應(yīng)超過外部缺陷深度1.0mm。缺陷位置采用手動電弧焊接（表面）樣品的修復(fù)，由與基本焊接工作相同的焊條進行。在焊接（表面）之前，應(yīng)通過電加熱裝置（或使用感應(yīng)方法）對缺陷現(xiàn)場進行初步取樣，以確保缺陷區(qū)域的均勻加熱，包括至少100mm 寬且長度與建議樣品邊界長度。允許使用燃氣加熱器或燃氣燃燒器。預(yù)熱溫度由接觸式或非接觸式設(shè)備控制，執(zhí)行焊縫的維修工作后，執(zhí)行重復(fù)的超聲波控制。

3.3 鋼管樁噴漆工藝流程

首先除去表面油脂和油污（測試清潔度）→噴砂（達到噴砂等級Sa2.5）→除塵、清理殘留物（殘留物標(biāo)準(zhǔn)不低于設(shè)計規(guī)范2 級）→噴漆（500μm，濕膜厚度600μm，溫度、濕度、零點溫度檢測）

為防止鋼管樁的生銹降低使用壽命，鋼管樁表層需要涂刷厚度500μm的防腐劑，涂刷層數(shù)為1層。

在噴涂之前，按照ГОСТ 9.402—2004，在噴砂前，所有殘油和潤滑脂必須清除達到一級。

噴漆表面處理：按照ISO 8501—1，氧化鋁磨料表面處理根據(jù)ISO 8501—1達到等級Sа2?。清潔后，進行表面除塵：在噴涂清理后，應(yīng)從表面清除灰塵，研磨殘留物等，以使顆粒的數(shù)量和尺寸不超過ISO 8502—3 2個標(biāo)準(zhǔn)的允許值。

鋼管樁加工還需要進行機械性能檢測、涂層厚度、超聲波檢測（鎖口及鋼管樁接頭均為100%檢測）及對樁體尺寸和外形的視覺檢查。通過前期咨詢，除涂層厚度檢查可以由我方自行采購設(shè)備進行檢查外，其他均需要委托第三方單位檢測并出具報告。

3.4 鋼管樁加工質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)

鋼管的幾何尺寸及其最大偏差必須符合GOST 10704—91。

管金屬的機械性能必須符合09G2S在根據(jù)與GOST 19281—89。

3.5 檢查結(jié)果

（1）通過目視檢查，焊縫已經(jīng)符合下列要求：

a）表面光滑或均勻鱗片表面，沒有向基體金屬過渡（要求平穩(wěn)過渡到基體金屬必須特別合理）；

b）接縫沿整個長度密集，并且在尺寸切割下并未出現(xiàn)明顯的灼傷，收縮，斷裂，下垂，縫隙根部裂縫，邊緣不熔融，夾渣和孔隙等現(xiàn)象；

c）焊縫金屬和焊接區(qū)域不存在其他長度和方向的裂縫；

d）焊接停止位置的接縫坑打磨光滑；

（2）通過超聲波檢查，100%焊縫均達到設(shè)計要求，并由第三方出具相應(yīng)的檢測報告。

3.6 經(jīng)濟效益

實現(xiàn)精確對接、鎖扣精確定位間接減少對沉樁垂直度及累計偏差的影響，減少異型樁的加工，提高施工效率，降低施工成本。

4 結(jié)束語

我國北方很多地區(qū)由于長時間的持續(xù)負低溫、大溫差、降雪以及反復(fù)的冰凍，經(jīng)常造成鋼管樁焊接施工的質(zhì)量事故，一些地區(qū)的城市建設(shè)也因為寒冷的冬季而不得進行施工，嚴重的妨礙了建設(shè)步伐，尤其是在嚴寒地區(qū)鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)上，亟需開展鋼結(jié)構(gòu)焊接的系統(tǒng)研究，為今后在國內(nèi)或俄羅斯極寒地區(qū)進行鋼結(jié)構(gòu)焊接施工提供類似的參考經(jīng)驗