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構碼頭在大型深水碼頭應用過程中演化而來一種新的結構形式，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。前墻樁基礎為管板組合樁，管樁軸向兩側焊接鎖扣，板樁與鎖扣連接形成“組合式”直立式岸壁擋土結構，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，施工質量控制存在一些薄弱環(huán)節(jié)。

1.工程概況

1.1 項目背景

尼日利亞萊基深水港泊位長680m，設計2個集裝箱泊位，碼頭頂標高+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

前墻管樁標準管徑D=2000mm，壁厚t=20 mm，樁長41 m，材質為X 70；鎖扣為C 9 型，材質為S430GP(BS EN 12603，10248)，單件長度11.8m，鎖扣焊接處最小厚度為10mm。管樁單側焊接長度23.6m，需用鎖扣900件，焊接工程量大，耗時長，質量要求高。管樁斷面詳圖如圖1所示。C9鎖扣的化學成分和力學性能如表1所示，鋼管樁的化學成分和力學性能如表2所示。

表1 C9鎖扣化學成分和力學性能

表2 鋼管樁化學成分和力學性能

圖1 管樁斷面

2.鎖扣焊接要求和質量檢測方法

2.1 參考文件

所有的焊接需要達到下列規(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)上崗證書以及中級以上焊接職業(yè)資格證書。焊接工藝評定記錄應該包括上述內容，并且按照ENISO15614-1或AWS標準進行驗證。

2.2 鎖扣焊接要求

鋼管樁鎖扣焊接是鋼管板樁制作的關鍵一環(huán)，其焊接的質量直接影響到管樁施工的質量和碼頭的使用壽命。嚴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）焊接質量達標；

（3）保證鎖扣通過性的前提下，鎖扣對接采用對接焊。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 鎖扣焊接質量檢測方法

應執(zhí)行以下的無損檢測：

（1）100%外觀檢查；

（2）10%超聲探傷（測試的百分比是指焊縫的長度）檢測應在焊縫冷卻到室溫后立即采??；

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

3.焊接工藝

3.1 母材準備

母材準備工作如下：

（1）母材應該平滑、無裂縫或者沒有其它影響焊接質量的不連續(xù)性。

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

（3）建議采用鋼絲刷或其它打磨工具對母材進行打磨。

（4）焊接表面必須完全干燥。

3.2 環(huán)境影響

為了使現場焊接效果達到要求，應采取所有可能的措施以避免大氣/氣象的干擾。特別是需要提供風雨的避難所，例如現場焊接的地方搭建一個帳篷進行保護。在任何情況下，如果在技術上可行，工廠焊接應優(yōu)先于現場焊接。

3.3 預熱和層間溫度

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行標準的要求，焊接熔敷金屬力學性能不低于母材。應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標準的E7018低氫焊條（在熔敷金屬中的氫含量應＜10毫升/100克）。

（2）GMAW-氣體保護焊：符合AWSA5.18標準的ER70S-6實心焊絲（采用80%氬氣和20%二氧化碳混合氣體，避免使用100%二氧化碳氣體）或者符合EN440標準的G463MG4Si1/G422CG4Si1實心焊絲（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標準的焊絲與焊劑組合F7XX-EXXX-X或符合AWSA5.23標準的焊絲與焊劑組合 F7XX-EXXXX。

所有的耗材應該以密封在防潮容器的方式供貨。如果供應商未特別說明，低氫焊條應當在350～450℃溫度下烘烤2小時。在退出烘箱后，電極應該放置在便攜式震動加熱器中，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（氣體保護焊）/SMAW（屏蔽手工電弧焊）工藝；②定位焊縫的最小長度為：50毫米；③鎖扣全長雙面定位焊接到鋼管樁；④定位焊的間距應為：SMAW（屏蔽手工電弧焊）和 GMAW（氣體保護焊）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，焊工應該以較高的速度進行焊接，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它進行校直；

3）焊接后的焊縫應該刷除焊渣和飛濺物；

4）通過熱處理來消減焊接應力是沒有必要的。

在焊接過程中應該特別注意，確保圖4中標注①點能夠熔透，避免出現未熔透的情況。

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的長度：1000mm；焊縫2至之后的長度：1200mm。

4.結語

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

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

鋼管板樁碼頭作為一種新型板樁結構，由于能很好適應各種復雜地質條件，施工快捷，水平抗彎能力強，承載力高，可靠性高，在以后的應用會更加普遍，特別是在大、中型碼頭上。而對高樁碼頭的鋼管板樁結構的受力分析、結構設計和施工工藝都有大量討論，而對碼頭施工過程中鋼管樁制作，鎖扣焊接沒有討論，本文填補了這方面的空白。該焊接工藝在尼日利亞萊基深水港工程應用中得到驗證，施工效果良好，一次驗收合格率達到99.8%，可以推廣應用在其他同類管樁鎖扣安裝工程中。