鋼筋窄間隙焊接技術(shù)在大峽水電站的應用

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　鋼筋窄間隙焊，是我國90年代建筑、施工企業(yè)中興起的一項鋼筋連接新技術(shù)。具有成本低、質(zhì)量可靠、效率高、易掌握等優(yōu)點。大峽水電站工程自1994年下半年開始采用鋼筋窄間隙焊接新技術(shù)后，半年來已取得了較為明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。

　　1、新舊鋼筋連接方法的技術(shù)經(jīng)濟分析對比

　　現(xiàn)澆鋼筋混凝土中鋼筋的連接方法主要有：綁扎搭接法、手工電弧焊的塔接焊法、綁條焊法，以及60年代中出現(xiàn)的電渣焊和近年來開發(fā)研制的氣壓焊等。

　　這些連接方法各有特點，但就其適應范圍和技術(shù)經(jīng)濟指標相比較，鋼筋窄間隙焊技術(shù)，在技術(shù)經(jīng)濟等各項指標上均優(yōu)于原有的各種鋼筋連接方法。以水平鋼筋連接方法為例：綁扎搭接法雖然施工簡便，不需要能源和機械設備，也不受氣候環(huán)境的影響，但浪費大量的鋼筋材料，受力性能也不好；手工電弧焊的搭接焊法和綁條焊法，雖在技術(shù)性能、生產(chǎn)成本上優(yōu)于綁扎搭接，但其施工麻煩，技術(shù)要求也高，工人需掌握平、立、橫、仰等各種角度的焊接技術(shù)，耗電量大，工效低，同時也要浪費一定的鋼筋；電渣焊到目前為止只能作豎向鋼筋的焊接，且對焊接電源電壓有嚴格的要求，否則影響焊接質(zhì)量或無法起弧焊接。氣壓焊雖然節(jié)約鋼材，降低成本，其施焊工藝要求非常嚴，在水電施工條件差的情況下，使這種技術(shù)難為工人接受而限制了其使用范圍，而且這兩種方法都需要較昂貴的專用設備和卡具；套筒連接法，一是施工成本高，二是目前國內(nèi)市場上難以找到現(xiàn)貨供應，給施工準備工作帶來不便。

　　鋼筋窄間隙焊接技術(shù)，所具以下優(yōu)點正好能克服上述種種不足之處。

　?。?）鋼筋窄間隙焊接技術(shù)的接頭為中心受力的對接接頭，不僅改善了鋼筋的受力條件，也保證了鋼筋的設計位置，給混凝土澆灌提供了方便條件。

　　使用窄間隙焊接的鋼筋接頭，質(zhì)量可靠，經(jīng)過短期培訓的焊工，按照規(guī)程操作，接頭的力學性能指標能滿足設計和水工規(guī)范要求，其合格率都能達到100%。

　?。?）使用窄間隙焊技術(shù)，無需增加設備，平常使用的普通交、直流焊機均可，配上一定數(shù)量模具（每個模具費用300元）即可施焊。以焊接直徑28mm以上的水平鋼筋為例，窄間隙焊接頭的費用是綁條焊接頭費用的1/11，是搭接焊接頭費用的1/5，工效可提高約5倍。

　?。?）鋼筋窄間隙焊接技術(shù)，適用范圍廣泛，對直徑18mm～40mm的ⅠⅡⅢ級鋼筋均可進行水平、豎直、斜向的焊接。由于鋼筋窄間隙焊的基本技術(shù)動作和焊接運條方式都是手工電弧焊技術(shù)的基本動作和運條方式，因此焊工培訓工作就容易得多，對已持有手工電弧焊上崗作業(yè)證的初、中級焊工來說，實際上只是一種對新方法的適應過程，一般經(jīng)過7～15d的專門培訓，即可進行水平、豎直、斜向的鋼筋接頭焊接。

　　2、鋼筋窄間隙焊技術(shù)在大峽電站工程中的應用

　　2.1工程概況

　　大峽水電站位于甘肅省白銀市和榆中縣交界的黃河干流上，電站總裝機容量為30萬kw，是國家“八五”期間在甘肅的重要建設項目。電站設計為低水頭河床式電站，樞紐建筑物為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土總量60余萬方，設計鋼筋量約15000t，各種形式的鋼筋接頭約60萬個。

　　2.2技術(shù)培訓

　　1994年初，我們和西南交通大學材料焊接系合作，引用鋼筋窄間隙焊技術(shù)和焊接模具專利，在大峽電站工地現(xiàn)場舉辦了首批培訓班，對挑選出來的13名初、中、高級焊工進行為期15d的強化訓練，經(jīng)過嚴格考試全部合格并在首批學員中，挑選4名最優(yōu)秀者兼任鋼筋窄間隙焊現(xiàn)場質(zhì)量檢查員。

　　1994年5月，大峽電站工程建設單位、設計單位、西南交通大學、監(jiān)理工程師、施工等單位的20多位專家、教授、工程技術(shù)人員，對該技術(shù)的原理、工藝流程、力學性能指標，以及試驗數(shù)據(jù)、工藝錄相等進行嚴肅認真的審議和評估，同意在大峽水電站工程采用該項技術(shù)。

　　目前水平窄間隙焊技術(shù)已全面在大峽電站工程中采用。豎直窄間隙焊在部分工程部位中使用。從抽檢的30多批試件中尚未發(fā)現(xiàn)不合格的接頭，見附表。

　　附表大峽工地現(xiàn)場部分抽樣試驗結(jié)果

　　工程部位鋼筋級別鋼筋直徑/mm屈服強度/MPa抗位強度/Mpa閘室段7塊Ⅱ36383526 4號機組3塊Ⅱ32356520左泄底孔3-9Ⅱ36381500閘室段10塊Ⅱ32366522孔身段12塊Ⅱ36371501 4號機Ⅱ-1塊Ⅱ36361501 GB：1499-91Ⅱ8～2528～40355355510490

　　注：

　?。?）試驗強度僅作至GB1499-91要求以上；

　?。?）表中屈服、抗拉強度是該部位一組試件之平均值。

　　2.3水平鋼筋的現(xiàn)場窄間隙焊接

　　采用鋼筋窄間隙焊技術(shù)，鋼筋加工時應去掉增加的鋼筋搭接長度。鋼筋安裝時可按常規(guī)工序施工，將二根鋼筋的接頭置于專用的模具內(nèi)，中間留出一定的間隙，邊鋪鋼筋，邊裝模具，并在接頭部位暫時空出幾根上層鋼筋不要綁扎，待接頭焊完后再綁這部分鋼筋。

　　用這種方法對所有位置的水平鋼筋進行窄間隙焊接。如有條件，也可先將鋼筋接頭焊好后再進行安裝，更能取得事半功倍的效益。

　　2.4豎直鋼筋的現(xiàn)場窄間隙焊接

　　直立鋼筋的現(xiàn)場安裝焊接，首先要解決上段鋼筋的穩(wěn)定問題，傳統(tǒng)的方法是先綁扎固定而后焊接，或者先將上段鋼筋和下段鋼筋點焊在一起，而后綁扎焊接穿插進行。

　　由于窄間隙焊技術(shù)工藝要求鋼筋接頭中間必須留出一定的間隙，這就需要對傳統(tǒng)的鋼筋安裝方法稍加改變，以適應新的工藝要求。具體方法是：先在要安裝鋼筋的工作部位上，每隔2～3m用傳統(tǒng)方法點焊一根直立鋼筋，并在適當?shù)母叨冉壴?～3根水平鋼筋形成骨架，然后安裝窄間隙焊接頭的鋼筋，安裝時用事先準備好的小木塊墊在鋼筋的接頭中間，（木墊塊的厚度為該窄間隙焊縫需要的間隙寬度）上部和水平鋼筋綁扎牢固。接著安裝焊接模具，施焊時去掉木墊塊再進行焊接。待全部接著焊完后安裝剩余未安的水平鋼筋。用這種方法施工不增加工作量，對工效亦無明顯影響，由于解決了窄間隙焊的上段鋼筋穩(wěn)定問題，使豎直鋼筋窄間隙焊得以使用，其綜合工效提高了，鋼筋直徑越大，施工的綜合效益越高。

　　2.5流水作業(yè)施工

　　鋼筋窄間隙焊技術(shù)，速度快，效率高，采用流水作業(yè)法施工可提高工效，由于其工藝要求一個接頭焊好后，需停數(shù)分鐘才能拆模，以提高接頭質(zhì)量和保護模具，因此一般需為每個焊工配備3～5個模具。

　　裝卡模具時，往往需要調(diào)整鋼筋接頭的間隙，一個焊工二個輔助工是較佳的勞動組合，這樣調(diào)整接頭間隙，裝模具、焊接、拆模具互相穿插，流水作業(yè)，能最大限度的提高生產(chǎn)效率。

　　2.6質(zhì)量檢查與補救措施

　　質(zhì)量檢查分二級進行，一級檢查為自檢，級檢查為終檢。自檢的內(nèi)容包括：焊前的準備工作；焊條的烘烤；施焊人員的上崗證查驗、焊接規(guī)程的執(zhí)行；對焊接接頭逐個進行外觀檢查等。自檢員必須是由經(jīng)過專門培訓技術(shù)優(yōu)秀，責任心強的窄間隙焊工擔任。

　　終檢由專業(yè)質(zhì)量檢查部門進行，進行的方法是：對現(xiàn)場所焊接頭逐個進行外觀檢查，在現(xiàn)場隨機抽取試樣，由試驗室進行力學性能檢驗，試件一般抽取三個作抗拉試驗。根據(jù)需要也可另取三個試件作冷彎試驗。

　　如果從安裝好的鋼筋網(wǎng)中抽取試件有困難時，可以制作模擬試件，其試件的位置及焊接工藝規(guī)范必須與現(xiàn)場施工條件一致。檢驗工作參照“水工混凝土施工規(guī)范（SDJ207-82）進行。

　　為了確保工程質(zhì)量，對檢驗中認為有不合規(guī)格接頭，如：咬邊、未焊透、未焊滿等，應進行補焊或加綁條焊補強處理。

　　3、技術(shù)經(jīng)濟與社會效益分析

　　3.1技術(shù)效益分析

　　鋼筋窄間隙焊技術(shù)解決了由于鋼筋連接技術(shù)造成的鋼筋偏心受力問題。在鋼筋密集的梁、板、柱施工中，往往由于鋼筋接頭的綁條、搭接造成鋼筋的設計位置無法保證，鋼筋接頭的綁條還增加了鋼筋的局部密度，給混凝土的澆筑帶來了困難。窄間隙焊技術(shù)不僅可保證鋼筋的設計位置，同時也為混凝土的澆筑提供了良好的條件。

　　窄間隙焊的接頭是在銅模中強制成形，焊接質(zhì)量宜于保證，也減低了操作難度。在焊接過程中，銅模吸收的焊接熱量，可防止接頭過熱產(chǎn)生脆性組織。接頭焊完后又對接頭起回火作用，以防止冷脆組織的產(chǎn)生，提高了接頭的焊接質(zhì)量。

　　3.2經(jīng)濟效益計算

　　按照1994年各種材料的市場價格為計算依據(jù)，設：鋼筋3500元/t，焊條7元/kg，電費0.26元/kW·h，人工費15元/工日，焊接一個直徑36mm的綁條焊接頭和窄間隙焊接頭，其實際成本費用分別如下：

　　（1）綁條焊接頭費用

　　消耗鋼材（綁條）：5.75kg，價20.16元消耗焊條：1kg，價7元消耗電能：9.3kW？h，價2.4元人工費：0.1個工日，價0.94元合計為：30.39元

　?。?）窄間隙焊接頭費用

　　消耗鋼材：0消耗焊條：0.26kg，價1.84元消耗電能：2.33kW？h，價0.61元人工費：7mim，價0.22元合計為：2.67元

　　從費用組合的粗略計算看，窄間隙焊接頭的成本僅為綁條焊成本的1/11。

　　對較小直徑鋼筋搭接時接頭，如改用窄間隙焊技術(shù)，其節(jié)約價值也很可觀：經(jīng)計算，焊一個直徑25mm的搭接焊接頭，需各種費用合計為5.33元，而用窄間隙焊技術(shù)僅花費1.08元就夠了，即使考慮窄間隙焊輔助工人費用也是經(jīng)濟的。

　　3.3社會效益評估

　　鋼筋窄間隙焊技術(shù)的出現(xiàn)極大地提高了工作效率，降低了工程成本，提高和改善了工程質(zhì)量，減輕了工人的勞動強度。由于其施焊過程均在模具內(nèi)進行，大大減少了電焊弧光對同工作部位其他工人的傷害和“電光眼”的發(fā)生，提高了出勤率。

　　綜上所述，鋼筋窄間隙焊接技術(shù)是一項可使企業(yè)獲得經(jīng)濟效益，促進工程建設，并有良好社會效益，具有廣泛應用前景，有推廣價值的新技術(shù)。