1.工程概述

 

　　1.1工程概况

 

　　湛江钢铁项目村民搬迁安置小区A、B区工程（第十标段）高层住宅楼高12层，结构形式为框剪结构高层，场地复杂程度等级为二级，地基复杂程度等级为二级，岩土工程勘察等级为乙级，地基基础设计等级为乙级。

 

　　基础使用先张法预应力混凝土管桩，桩型PHC-AB500（125），总计464根桩，设计桩长32～34米，单桩设计承载力1700KN，沉桩方式采用静压法。

 

　　1.2地质条件

 

　　本次勘探最大揭示深度为44米，在此范围内场地土层自上而下共分九层，各层的特征描述工程特性评价如下：

 

　　典型地质特征一览表

 

　　1.3设计要求

 

　　1.3.1本工程采用PHCΦ500×125AB型管桩，桩长约32～34米，桩端持力层砂层。

 

　　1.3.2单桩竖向承载力特征值为1700KN，终压值为3400KN。

 

　　1.3.3控制条件：

 

　　（1）以终压力满载值为终压控制条件，且需复压三次；

 

　　（2）施工过程若发现情况异常（包括桩倾斜、断桩、油压表压力不稳定等）或与实际地质情况不符，应及时通知设计人员研究解决；施工过程应监测桩项标高，发现桩有上涌时应予复打；

 

　　（3）最终终压标准应在施工单位取得试压桩的技术参数后，经质检、监理、施工、设计等单位代表现场共同确认。

 

　　1.3.4焊接接桩应符合规范有关规定。接桩要保持与下段桩顺直，焊接前焊接坡口应清刷干净，施工焊由二焊工对称进行，焊接应饱满连续，必须焊两遍，焊完后必须自然冷却8分钟后再施工。桩尖采用十字型钢桩尖。

 

　　1.3.5节长选择：预应力砼管桩施工前，必须仔细阅读分析本工程详勘资料，参考试桩和已施工桩记录，严格按照设计要求施工，注意桩顶设计标高，选择管桩合理节长，尽可能减少接桩及截桩。

 

　　1.3.6若参考桩长及最后贯入度达不到设计要求及出现下列情况时应通知甲方及设计单位另行处理：

 

　　（1）、贯入度剧变；

 

　　（2）、桩身发生倾斜、偏位、严重回弹；

 

　　（3）、桩顶或桩身裂痕或破碎；

 

　　（4）、有效桩长过短。

 

　　2．静压管桩焊接连接方法概述

 

　　静压桩具有无噪音、无振动、经济效益高等优点，得到了普遍推广和应用。施工中一般采用焊接接桩的办法使上下节的桩可以良好地衔接在一起，不发生错位。焊接接头的质量受施焊工人素质、施工方法、环境等因素影响，较容易出现气孔、夹渣、裂纹和咬边等焊接缺陷，这些缺陷将直接影响焊缝强度。由于管桩打入土体之后主要承受剪力，焊缝强度不满足要求，严重会导致焊缝断裂，上、下两桩桩体分离，桩的承载力无法满足设计要求等后果。

 

　　因此，在焊接时，必须对管桩接头进行焊接质量的控制，焊缝应连续饱满，不得虚焊漏焊，不得出现焊缝缺陷，桩帽之间的空隙采用钢片垫实焊牢。

 

　　3.静压管桩焊接连接质量缺陷类别

 

　　我项目部技术质量部对本工程静压管桩工程的管桩接桩焊接质量进行了跟踪调查，对该工程1～C轴交1～18轴共约100套桩进行焊接质量不合格数量调查，发现存在焊接质量缺陷桩数为13根，焊缝质量缺陷种类主要为气孔、夹渣、裂纹和咬边，发生频率分别为23.3%、39.7%、3.8%和24.2%。由此可见，预制管桩接桩焊接质量缺陷的主要类型是：夹渣、气孔和咬边。其施工现场众多影响因素密切相关。

 

　　4.焊缝质量控制措施

 

　　4.1焊缝夹渣质量控制

 

　　4.1.1夹渣产生原因分析

 

　　焊渣残留于焊缝金属中的现象称为夹渣。当焊缝中出现条状夹渣时，在其尖角处会引起较大的应力集中。因此，必须对夹渣缺陷进行相应控制。接桩过程中，焊缝中产生夹渣缺陷主要因素为：

 

　　a.焊接工艺参数设置不当；

 

　　b.多层焊接时，层间焊渣清理不干净产生夹渣；

 

　　c.管桩端板焊接面清理不干净引起夹渣。

 

　　4.1.2控制方法

 

　　根据上述夹渣产生的主要原因，采取以下相应的措施，对焊缝夹渣缺陷进行控制：

 

　　（1）焊接工艺参数设置。在管桩焊接连接过程中，影响焊接质量的工艺参数主要是焊接电流和电压。焊接过程中，施焊工人往往为追求速度，选择较大的焊接电流、电压和较快的焊接速度，这些都会使电弧长度过长，焊丝熔化速度过快，导致熔化金属凝固速度过快而使熔渣来不及浮出，从而形成夹渣。另外，焊接电流、电压较大时，起弧时易引起焊丝爆断，如施焊工人素质过低不及时清理，在之后的焊缝中也将形成夹渣。因此，在接桩焊接之前，施焊工人必须在另一块钢板上试焊，提前调整设置好焊接时的焊接电流、焊接电压以及施焊速度等工艺参数。

 

　　（2）焊接中断处理。在施焊过程中，常常由于各种原因稍作停顿。这种情况下，重新引弧应采用热接法接头。即前一段焊缝熄弧后，在熔池尚未冷却时，随即引弧开始后续的正常焊接。如熔池已完全冷却，在重新引弧前，必须用碳刨或砂轮对弧坑进行修整，使弧坑形成圆滑过渡状，然后再引弧进行正常焊接。在进行多层多道焊接头时，每层和每道之间的焊道尽可能错开25mm以上。

 

　　（3）焊接面清理。管桩端板表面清理和第一层焊缝焊渣清理统称为焊接面清理。因桩机施工环境常在野外，焊接面往往存在泥土、钢板生锈和油污情况，焊接前须将焊接面的泥土、铁锈和油污等全部清理干净后施焊；管桩接桩一般要求多层多道焊接，焊缝须饱满连续。在实际操作过程中，因施焊工人素质原因，往往第一层焊缝表面焊渣未处理干净就进行下道焊缝的施焊，从而导致在多层焊缝之间产生夹渣。因此，根据以上两种情况，焊接前，必须将焊接表面用钢丝刷清理干净后才能施焊，以防止焊缝夹渣的情况出现。

 

　　4.2气孔质量控制

 

　　4.2.1气孔产生原因分析

 

　　气孔是焊接熔池中气体在凝固时未能及时从熔池中逸出而残留在焊缝中后所形成的空穴。在焊接过程中产生的气体都可能产生气孔，气孔的产生主要有以下几方面的原因：

 

　　a.保护气流受阻，不送气；

 

　　b.保护气孔中有空气混入；

 

　　c.由于强风，保护效果不好；

 

　　d.CO2气体中含水量过多；

 

　　e.焊接部位及焊丝生锈、沾有油污或油漆；

 

　　f.过多飞溅物附着喷嘴使其堵塞。

 

　　4.2.2控制方法

 

　　根据气孔产生的原因分析及现场实际情况，采用以下措施，对焊接气孔缺陷进行控制：

 

　　（1）焊接前施焊工人需检查气瓶内保护气体是否充足，送气阀门开关是否开启，调压器是否冻结，气路连接是否拧紧，气管有否破裂以保障焊接过程中保护气体充足；

 

　　（2）当风速较大时，设置挡风板。风速较大时，保护气体受风速影响，不能充分形成保护气氛，影响电弧形态，焊接时易形成大量气孔或形成蜂窝型焊缝。因此，在风速较大时必须设置挡风板。根据现场实际操作情况，在静压桩机下方可设置管桩手拉合式防风屏，焊接过程将防风屏合起，形成独立的焊接工作区域，有效降低风速对电弧的影响；焊接完成后，将防风屏拉起，不影响桩机正常的行走、对中和调平。

 

　　（3）使用纯度符合要求的CO2气体。CO2气体纯度不符合要求，焊接时空气易侵入焊缝，形成气孔。因此，焊接必须使用纯度符合要求的CO2气体。

 

　　（4）油污、生锈和油漆清理。受现场库存条件影响，焊丝表面往往生锈、留有油漆，送丝转动部位和管桩端板可能存在油污。焊接时，这些因素产生较多有害气体，直接导致焊缝中出现气孔缺陷，因此焊接前必须对这些因素检查和剔除。

 

　　（5）清洁喷嘴内飞溅。焊枪喷嘴内飞溅较多，焊接时保护气体不能有效对电弧进行保护，空气易混入保护气体中，从而影响电弧形态产生气孔。同时，残留的飞溅在焊接时可能进入焊缝，形成夹渣，造成焊缝中产生气孔和夹渣。因此，在焊接前必须进行喷嘴清理，必要时更换喷嘴。

 

　　4.3咬边质量控制

 

　　4.3.1咬边产生原因分析

 

　　桩身受压后，在咬边处会形成应力集中，容易出现裂纹，降低焊缝的强度。因此，要严格控制咬边情况的发生。其产生的原因主要是：

 

　　a.焊接电流过大，电弧过长；

 

　　b.施焊工人焊接时电弧在焊缝两侧停留时间短，向回摆动速度太快，将液态熔融金属拉回熔池中心后产生咬边。

 

　　4.3.2控制方法

 

　　针对产生咬边的主要原因分析，在现场宜采用以下措施对咬边进行控制：

 

　　（1）设置合适的焊接电流。焊接前在废钢板上进行试焊，直至焊接电流参数选择适当。

 

　　（2）对施焊工人进行监督。施焊工人为提高压桩速度，焊接速度往往过快，甚至不进行摆动运弧。在接桩过程中，对施焊工人焊接时运弧方式进行控制监督。要求其在两桩端板处稍作停顿，以保证有足够的熔敷金属填充在焊缝两侧边缘，以防止咬边的出现。

 

　　4.4雨季焊缝质量控制措施

 

　　4.4.1根据桩直径大小，在焊口上部1.5米处，配备相应直径的桩身阻水装置。桩阻水装置见下图：

 

　　4.4.2根据桩直径大小，在阻水装置上安装引水装置。引水装置见下图：

 

　　4.4.3焊接前，在引水装置以下的桩身采用挡雨罩对桩身外围雨水进行阻挡，在满足焊接要求的条件下方可施焊。挡雨棚见下图：

 

　　4.4.4每台设备配备吸水性强的棉布和电动钢丝刷，对桩端焊接部位进行清理，确保焊接部位无泥渣、雨水。焊接部位采用电动钢丝刷进行处理露出金属光泽。

 

　　4.4.5每个机组配备一台专门的吹烤设备，焊接前对焊口周围桩身和焊接部位进行吹烤，确保焊接部位的干燥。吹烤设备采用液化气喷枪。

 

　　4.4.6焊机、送丝机在要做好防雨、防潮、防油污措施。电焊机放置在工具房内，做好防雷接地。送丝机放置在φ16圆钢制作的骨架上，外面用防水材料遮盖，防止雨水、油污等方面因素影响送丝机性能及焊丝质量，施工时送丝机放置在挡雨棚内，防止受到雨水的淋湿。

 

　　4.4.7焊接材料专人进行保管，应做好防雨、防潮措施，按照要求做好保温、烘烤工作，定期对焊接材料进行送检。

 

　　4.4.8打桩现场严禁存放过多的焊接材料，做到使用多少，领用多少，并做好材料登记台帐。

 

　　5.结束语

 

　　预制管桩在焊接接桩施工过程中的质量缺陷主要是气孔、夹渣和咬边三种焊接缺陷，这三种缺陷的产生和施工现场众多影响因素有关。我们通过控制焊接电流、电压、焊缝清理等措施，有效避免了焊缝夹渣缺陷的产生。通过设置挡风屏、清理焊材油污等措施，有效避免了焊缝气孔缺陷的产生。通过控制焊接电流和监督施焊工人运弧方式方法，有效避免了咬边的产生。通过对桩身设置阻水装置，确保了焊缝的焊接质量。

 

　　参考文献

 

　　[1]雷世明.《焊接方法与设备》[M]：北京：机械工业出版社，2007版

 

　　[2]邹尚利，冯玉敏．单面焊双面成形技术[M]．北京：化学工业出版社，2010

 

　　[3]邓洪军.《焊接结构生产》[M]：北京：机械工业出版社，2004版