陈大鹏 中交第三航务工程局第二工程有限公司

1 工程气候特点

本项目冬季温度低，持续时间长，每年10月至第二年4月气温均在-5°C 以下，尽管冬季外界气温经常低于零下30℃～40℃，但港湾终年不冻，这也形成了当地特殊的水文地质环境。且该区域每年有约40d的极夜，每天只能工作4h左右，可工作时间短，效率极低，必须采取一定的措施，确保冬季钢管桩焊接施工，才能保证钢管桩沉桩工程的顺利进行。根据以上气候情况，每年的1 月～4 月和11 月～12 月按照冬季施工措施进行。

2 布置钢管桩加工场地

本项目共有各类桩基达5600根（钢管桩约4万t），桩长最长达46m。钢管桩12m 原管由业主提供，钢管桩接长、锁口焊接、除锈防腐均在项目施工地区进行实施。根据总体进度计划，码头区域每天沉桩量为12 根，船坞区域每天沉桩量为6根，每天需要连接接头24根，在临时码头后方设置2万m²的钢管桩拼接场，并搭设钢管桩加工棚。

（1）为确保钢管桩冬季正常加工，搭设钢管桩加工棚，共设置焊接区、喷砂区、防腐区、保温区，内部设置2台20t门式起重机。

（2）加工棚内设置加热片（20m²/个），外墙采用15cm厚保温板，确保室内温度不低于5°C

（3）因室内空间大，大幅度提高温度比较难，拟将完成防腐涂料的钢管桩移至定制的保温箱内养护，可大大缩短涂料固话时间。

（4）保温箱四周采用150mm保温板，内部设置加热片通电加热，内部温度控制在20°C，拟制作1020 保温箱4 个，1420 保温箱3个，以确保棚内温度。

（5）在钢管桩加工棚投入使用前，拟制作3 个临时喷砂防腐棚，棚内保温采用柴油风炮，通过热气管道对钢管桩进行加热。

（6）为了保证钢管桩焊接质量，在钢管桩焊接过程中采用电感应加热带（ППЧ-50-10）对钢管桩焊接部位进行加热（一般控制在40℃左右）。

（7）同时为了减少热量局部损失，在焊接部位两侧使用隔热垫防止热量消散。

3 钢管桩加工关键技术分析

根据设计要求，当在工厂化的水平架上焊接制作全长桩时，并进行100%超声波检测合格的情况下，并出具焊接报告，在各项检测指标符合的情况下才能运至现场施工。

图1 焊接接头加热示意图

3.1 钢管桩制作类型

本项目钢管桩共有直径为Ф800mm，Ф1020mm，Ф1420mm等多种直径类型的钢管桩焊接，锁扣按照俄罗斯钢管桩标准14-1-36022009，异形型按照型号2415，2416规格制作：

（1）Ф800mm 钢管桩连接除接头处焊接在在外侧，设置3块连接板（250×600×12mm），桩端200mm高度进行加厚处理。

（2）Ф1020mm钢管桩连接除接头处焊接在外侧，设置5块连接板（250×600×12mm），桩端200mm高度进行加厚处理。

（3）Ф1420mm钢管桩连接除接头处焊接在外侧，设置6块连接板（250×600×12mm），桩端200mm高度进行加厚处理。

3.2 钢管桩焊接工作顺序：

（1）准备工作：在准备焊接钢管桩接头时，首先将滚轮架调制水平，并检查以下指标：垂直于管道末端的纵向轴是否垂直于胎架。

（2）测试清洁度：焊接前，将焊缝上下30mm 范围内的铁锈、油污、水气和杂物清除干净，以及管道的外表面和内表面进行除锈并用刷子清洁其他位置污染物，最后进行清洁度测试。

（3）喷砂：测试合格后，钢管桩表面清洁程度（除锈等级）达到等级为Sa2½，方可进行下一步操作。

（4）将原管放置在胎架上对接，并使其在水平平面上，连接的管道之间的间隙为2mm～4mm。

（5）在燃气燃烧器的帮助下加热接头，加热至100℃的温度。

（6）填充接缝：接缝的填充层能够可靠地相互合并，并熔化焊接管道的边缘。每层接缝后，需要清理熔渣。焊缝应具有平滑的轮廓，与管道表面配对，无切口和其他可见缺陷。接缝加强应至少为1mm，且不超过3mm,接缝的宽度与切割宽度在每一方向上重叠2mm～3mm。由于管道的对接将在水平位置进行，对接缝进行100%超声波控制，因此根据设计文件，不会焊接管道内部。

（7）钢管桩焊接按照设计焊缝高度施焊，焊接时及时清除焊渣，并做外观检查。钢管桩焊接采用I 型坡口形式对焊，对接焊缝必须焊接到位，焊缝厚度不小于8mm。焊缝焊接完成后，清理焊缝表面的熔碴和金属飞溅物，焊工自行检查焊缝的外观质量；如不符合要求，应补焊或打磨，修补后的焊缝应光滑圆顺。

（8）防腐涂料喷涂：对比三种品牌防腐涂料的性能：Ak⁃zonobel，PPG，Jotun，结合加工棚温度，沉桩时间进行选择。因为油漆禁止在-5℃以下条件使用，因此需制造适宜油漆使用的环境温度，考虑油漆固化效果及现场材料消耗量双重因素，管桩及油漆均需加热至10℃。喷涂完成检查喷涂厚度，合格后存放至表干。

（9）标记：一旦焊接完成，所有桩必须标记，必须按照GOST 14192进行标记：标记上每个线轴桩距离其末端不超过1m。标记应包括：制造商的商标，钢管桩材质，钢管桩型号，桩号，用于位置区域等。

（10）外部缺陷样品修复：外部缺陷样品的最大深度不应超过管壁或焊缝厚度的60%，残留厚度至少5.0mm。采样缺陷应保证其完全去除，样品深度不应超过外部缺陷深度1.0mm。缺陷位置采用手动电弧焊接（表面）样品的修复，由与基本焊接工作相同的焊条进行。在焊接（表面）之前，应通过电加热装置（或使用感应方法）对缺陷现场进行初步取样，以确保缺陷区域的均匀加热，包括至少100mm 宽且长度与建议样品边界长度。允许使用燃气加热器或燃气燃烧器。预热温度由接触式或非接触式设备控制，执行焊缝的维修工作后，执行重复的超声波控制。

3.3 钢管桩喷漆工艺流程

首先除去表面油脂和油污（测试清洁度）→喷砂（达到喷砂等级Sa2.5）→除尘、清理残留物（残留物标准不低于设计规范2 级）→喷漆（500μm，湿膜厚度600μm，温度、湿度、零点温度检测）

为防止钢管桩的生锈降低使用寿命，钢管桩表层需要涂刷厚度500μm的防腐剂，涂刷层数为1层。

在喷涂之前，按照ГОСТ 9.402—2004，在喷砂前，所有残油和润滑脂必须清除达到一级。

喷漆表面处理：按照ISO 8501—1，氧化铝磨料表面处理根据ISO 8501—1达到等级Sа2½。清洁后，进行表面除尘：在喷涂清理后，应从表面清除灰尘，研磨残留物等，以使颗粒的数量和尺寸不超过ISO 8502—3 2个标准的允许值。

钢管桩加工还需要进行机械性能检测、涂层厚度、超声波检测（锁口及钢管桩接头均为100%检测）及对桩体尺寸和外形的视觉检查。通过前期咨询，除涂层厚度检查可以由我方自行采购设备进行检查外，其他均需要委托第三方单位检测并出具报告。

3.4 钢管桩加工质量检验标准

钢管的几何尺寸及其最大偏差必须符合GOST 10704—91。

管金属的机械性能必须符合09G2S在根据与GOST 19281—89。

3.5 检查结果

（1）通过目视检查，焊缝已经符合下列要求：

a）表面光滑或均匀鳞片表面，没有向基体金属过渡（要求平稳过渡到基体金属必须特别合理）；

b）接缝沿整个长度密集，并且在尺寸切割下并未出现明显的灼伤，收缩，断裂，下垂，缝隙根部裂缝，边缘不熔融，夹渣和孔隙等现象；

c）焊缝金属和焊接区域不存在其他长度和方向的裂缝；

d）焊接停止位置的接缝坑打磨光滑；

（2）通过超声波检查，100%焊缝均达到设计要求，并由第三方出具相应的检测报告。

3.6 经济效益

实现精确对接、锁扣精确定位间接减少对沉桩垂直度及累计偏差的影响，减少异型桩的加工，提高施工效率，降低施工成本。

4 结束语

我国北方很多地区由于长时间的持续负低温、大温差、降雪以及反复的冰冻，经常造成钢管桩焊接施工的质量事故，一些地区的城市建设也因为寒冷的冬季而不得进行施工，严重的妨碍了建设步伐，尤其是在严寒地区钢结构施工关键技术上，亟需开展钢结构焊接的系统研究，为今后在国内或俄罗斯极寒地区进行钢结构焊接施工提供类似的参考经验