鋼筋窄間隙焊技術(shù)在大峽水電站工程中的應(yīng)用

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鋼筋窄間隙焊，是我國(guó)90年代建筑、施工企業(yè)中興起的一項(xiàng)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(diǎn)。大峽水電站工程自1994年下半年開(kāi)始采用鋼筋窄間隙焊接新技術(shù)后，半年來(lái)已取得了較為明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

    1、新舊鋼筋連接方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析對(duì)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(lái)開(kāi)發(fā)研制的氣壓焊等。

    這些連接方法各有特點(diǎn)，但就其適應(yīng)范圍和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相比較，鋼筋窄間隙焊技術(shù)，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)等各項(xiàng)指標(biāo)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(jiǎn)便，不需要能源和機(jī)械設(shè)備，也不受氣候環(huán)境的影響，但浪費(fèi)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(shí)也要浪費(fèi)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(duì)焊接電源電壓有嚴(yán)格的要求，否則影響焊接質(zhì)量或無(wú)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(yán)，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(zhuān)用設(shè)備和卡具；套筒連接法，一是施工成本高，二是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上難以找到現(xiàn)貨供應(yīng)，給施工準(zhǔn)備工作帶來(lái)不便。

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

    (1)鋼筋窄間隙焊接技術(shù)的接頭為中心受力的對(duì)接接頭，不僅改善了鋼筋的受力條件，也保證了鋼筋的設(shè)計(jì)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(guò)短期培訓(xùn)的焊工，按照規(guī)程操作，接頭的力學(xué)性能指標(biāo)能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和水工規(guī)范要求，其合格率都能達(dá)到100%。

    (2)使用窄間隙焊技術(shù)，無(wú)需增加設(shè)備，平常使用的普通交、直流焊機(jī)均可，配上一定數(shù)量模具(每個(gè)模具費(fèi)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(fèi)用是綁條焊接頭費(fèi)用的1/11，是搭接焊接頭費(fèi)用的1/5，工效可提高約5倍。

    (3)鋼筋窄間隙焊接技術(shù)，適用范圍廣泛，對(duì)直徑18mm～40mm的Ⅰ Ⅱ Ⅲ 級(jí)鋼筋均可進(jìn)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(dòng)作和焊接運(yùn)條方式都是手工電弧焊技術(shù)的基本動(dòng)作和運(yùn)條方式，因此焊工培訓(xùn)工作就容易得多，對(duì)已持有手工電弧焊上崗作業(yè)證的初、中級(jí)焊工來(lái)說(shuō)，實(shí)際上只是一種對(duì)新方法的適應(yīng)過(guò)程，一般經(jīng)過(guò)7～15d的專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，即可進(jìn)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(yīng)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(jī)容量為30萬(wàn)kw，是國(guó)家“八五”期間在甘肅的重要建設(shè)項(xiàng)目。電站設(shè)計(jì)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(wàn)方，設(shè)計(jì)鋼筋量約15000t，各種形式的鋼筋接頭約60萬(wàn)個(gè)。

    2.2 技術(shù)培訓(xùn)

    1994年初，我們和西南交通大學(xué)材料焊接系合作，引用鋼筋窄間隙焊技術(shù)和焊接模具專(zhuān)利，在大峽電站工地現(xiàn)場(chǎng)舉辦了首批培訓(xùn)班，對(duì)挑選出來(lái)的13名初、中、高級(jí)焊工進(jìn)行為期15d的強(qiáng)化訓(xùn)練，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格考試全部合格并在首批學(xué)員中，挑選4名最優(yōu)秀者兼任鋼筋窄間隙焊現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢查員。

    1994年5月，大峽電站工程建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、西南交通大學(xué)、監(jiān)理工程師、施工等單位的20多位專(zhuān)家、教授、工程技術(shù)人員，對(duì)該技術(shù)的原理、工藝流程、力學(xué)性能指標(biāo)，以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)、工藝錄相等進(jìn)行嚴(yán)肅認(rèn)真的審議和評(píng)估，同意在大峽水電站工程采用該項(xiàng)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(jiàn)附表。 

　　附表大峽工地現(xiàn)場(chǎng)部分抽樣試驗(yàn)結(jié)果

工程部位 鋼筋級(jí)別 鋼筋直徑/mm 屈服強(qiáng)度/MPa 抗位強(qiáng)度/Mpa 閘室段7塊 Ⅱ 36 383 526 4號(hào)機(jī)組3塊 Ⅱ 32 356 520 左泄底孔3-9 Ⅱ 36 381 500 閘室段10塊 Ⅱ 32 366 522 孔身段12塊 Ⅱ 36 371 501 4號(hào)機(jī)Ⅱ-1塊 Ⅱ 36 361 501 GB：1499-91 Ⅱ

8～25

28～40

355

355

510

490

    注：(1) 試驗(yàn)強(qiáng)度僅作至GB1499-91要求以上；

    (2) 表中屈服、抗拉強(qiáng)度是該部位一組試件之平均值。

    2.3 水平鋼筋的現(xiàn)場(chǎng)窄間隙焊接

    采用鋼筋窄間隙焊技術(shù)，鋼筋加工時(shí)應(yīng)去掉增加的鋼筋搭接長(zhǎng)度。鋼筋安裝時(shí)可按常規(guī)工序施工，將二根鋼筋的接頭置于專(zhuān)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(shí)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(duì)所有位置的水平鋼筋進(jìn)行窄間隙焊接。如有條件，也可先將鋼筋接頭焊好后再進(jìn)行安裝，更能取得事半功倍的效益。

    2.4 豎直鋼筋的現(xiàn)場(chǎng)窄間隙焊接

    直立鋼筋的現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接，首先要解決上段鋼筋的穩(wěn)定問(wèn)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(diǎn)焊在一起，而后綁扎焊接穿插進(jìn)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(duì)傳統(tǒng)的鋼筋安裝方法稍加改變，以適應(yīng)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(diǎn)焊一根直立鋼筋，并在適當(dāng)?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(shí)用事先準(zhǔn)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(shí)去掉木墊塊再進(jìn)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(duì)工效亦無(wú)明顯影響，由于解決了窄間隙焊的上段鋼筋穩(wěn)定問(wèn)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(gè)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(hù)模具，因此一般需為每個(gè)焊工配備3～5個(gè)模具。

    裝卡模具時(shí)，往往需要調(diào)整鋼筋接頭的間隙，一個(gè)焊工二個(gè)輔助工是較佳的勞動(dòng)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(bǔ)救措施

    質(zhì)量檢查分二級(jí)進(jìn)行，一級(jí)檢查為自檢， 級(jí)檢查為終檢。自檢的內(nèi)容包括：焊前的準(zhǔn)備工作；焊條的烘烤；施焊人員的上崗證查驗(yàn)、焊接規(guī)程的執(zhí)行；對(duì)焊接接頭逐個(gè)進(jìn)行外觀檢查等。自檢員必須是由經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)技術(shù)優(yōu)秀，責(zé)任心強(qiáng)的窄間隙焊工擔(dān)任。

    終檢由專(zhuān)業(yè)質(zhì)量檢查部門(mén)進(jìn)行，進(jìn)行的方法是：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所焊接頭逐個(gè)進(jìn)行外觀檢查，在現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取試樣，由試驗(yàn)室進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，試件一般抽取三個(gè)作抗拉試驗(yàn)。根據(jù)需要也可另取三個(gè)試件作冷彎試驗(yàn)。

    如果從安裝好的鋼筋網(wǎng)中抽取試件有困難時(shí)，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(chǎng)施工條件一致。檢驗(yàn)工作參照“水工混凝土施工規(guī)范(SDJ207-82)進(jìn)行。

    為了確保工程質(zhì)量，對(duì)檢驗(yàn)中認(rèn)為有不合規(guī)格接頭，如：咬邊、未焊透、未焊滿(mǎn)等，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊或加綁條焊補(bǔ)強(qiáng)處理。

    3、技術(shù)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)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(wèn)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(shè)計(jì)位置無(wú)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(lái)了困難。窄間隙焊技術(shù)不僅可保證鋼筋的設(shè)計(jì)位置，同時(shí)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(qiáng)制成形，焊接質(zhì)量宜于保證，也減低了操作難度。在焊接過(guò)程中，銅模吸收的焊接熱量，可防止接頭過(guò)熱產(chǎn)生脆性組織。接頭焊完后又對(duì)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(jì)效益計(jì)算

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

    (1)綁條焊接頭費(fèi)用

    消耗鋼材(綁條)：5.75kg，價(jià)20.16元

    消耗焊條：1kg，價(jià)7元

    消耗電能：9.3kW·h，價(jià)2.4元

    人工費(fèi)：0.1個(gè)工日，價(jià)0.94元

    合計(jì)為：30.39元

    (2)窄間隙焊接頭費(fèi)用

    消耗鋼材：0

    消耗焊條：0.26kg，價(jià)1.84元

    消耗電能：2.33kW·h，價(jià)0.61元

    人工費(fèi)：7mim，價(jià)0.22元

    合計(jì)為：2.67元

    從費(fèi)用組合的粗略計(jì)算看，窄間隙焊接頭的成本僅為綁條焊成本的1/11。

    對(duì)較小直徑鋼筋搭接時(shí)接頭，如改用窄間隙焊技術(shù)，其節(jié)約價(jià)值也很可觀：經(jīng)計(jì)算，焊一個(gè)直徑25mm的搭接焊接頭，需各種費(fèi)用合計(jì)為5.33元，而用窄間隙焊技術(shù)僅花費(fèi)1.08元就夠了，即使考慮窄間隙焊輔助工人費(fèi)用也是經(jīng)濟(jì)的。

    3.3 社會(huì)效益評(píng)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(dòng)強(qiáng)度。由于其施焊過(guò)程均在模具內(nèi)進(jìn)行，大大減少了電焊弧光對(duì)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(xiàng)可使企業(yè)獲得經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)工程建設(shè)，并有良好社會(huì)效益，具有廣泛應(yīng)用前景，有推廣價(jià)值的新技術(shù)。