摘要: 焊縫質(zhì)量的優(yōu)劣是影響整個鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的重要因素, 也是鋼結(jié)構(gòu)施工及監(jiān)理中需要重點關(guān)注的問題。文章結(jié)合西寧電視塔工程, 從監(jiān)理前期和構(gòu)件加工制作報價階段以及安裝過程, 從材料質(zhì)量控制、安裝工序、焊接工藝等方面, 探討了鋼結(jié)施工過程中的焊縫質(zhì)量控制。
關(guān)鍵詞: 鋼結(jié)構(gòu); 焊縫; 質(zhì)量控制
引言
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和工程技術(shù)水平的提高, 加之鋼結(jié)構(gòu)具有重量輕、塑性和韌性好、工業(yè)化制作程度高等諸多優(yōu)點, 使得鋼結(jié)構(gòu)在高層、超高層、大跨度和高聳結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越多。近年來, 鋼結(jié)構(gòu)電視塔越來越多地取代鋼筋混凝土塔而成為首選的建造方案, 這主要是因為與混凝土電視塔相比, 鋼結(jié)構(gòu)電視塔又具有造價低、工期短、抗震性能好、造型多等優(yōu)點[ 1] 。由于鋼結(jié)構(gòu)電視塔往往具有造型獨特、高度大、受力復(fù)雜的特點, 因而對施工工藝及施工質(zhì)量要求較高,大部分鋼塔都是在工廠制作構(gòu)件而后運到工地散件安裝, 也有些鋼塔采用現(xiàn)場拼焊后大件吊裝, 無論采用哪種施工方法, 在鋼結(jié)構(gòu)施工中都需要進行大量的拼接焊接工作, 作為連接節(jié)點的焊縫質(zhì)量的優(yōu)劣就成為影響整個鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的重要因素。因而, 對焊縫質(zhì)量的控制就成為鋼結(jié)構(gòu)電視塔在施工監(jiān)理過程中需要重點關(guān)注的問題。為此, 本文結(jié)合西寧電視塔工程, 對鋼結(jié)構(gòu)焊縫在施工監(jiān)理中的質(zhì)量控制技術(shù)進行探討。
1 工程概況
浦寧之珠 西寧電視塔工程, 位于青海省西寧市西山植物園海拔2 395m 的東山頂。鋼塔總高188m, 采用組合式鋼管空間桁架結(jié)構(gòu)。塔身由4個正方形布置的鋼管格構(gòu)塔柱組成, 塔柱間距45. 8m, 每個塔柱由3根平面布置為等邊三角形的圓柱組成, 塔身沿高度布置若干道鋼管格構(gòu)桁架式橫隔, 與塔柱構(gòu)成空間桁架結(jié)構(gòu)。塔樓為空間網(wǎng)球結(jié)構(gòu), 水平分為十六邊, 沿高度分為5 層,網(wǎng)球結(jié)構(gòu)的斜柱上、下邊支承在塔身外筒。塔樓抗側(cè)力結(jié)構(gòu)主要由外塔柱內(nèi)側(cè)8根柱向上延伸形成中筒柱, 中筒采用框架一支撐結(jié)構(gòu)。電梯內(nèi)筒采用框架結(jié)構(gòu), 通過位于塔樓避難層處的轉(zhuǎn)換桁
架支承在中筒柱。塔樓風(fēng)荷載、地震作用等水平荷載通過位于避難層處的水平加強桁架、避難層上、下兩層樓板傳遞給外塔柱。塔樓樓面由鋼梁與組合樓板構(gòu)成, 組合樓板板厚150mm (轉(zhuǎn)換層處樓板厚180mm ), 壓型鋼板采用開口型, 僅作施工模板, 肋高76mm。塔架中間的電梯筒體為自承重空間桁架結(jié)構(gòu), 下端支承在塔座結(jié)構(gòu)屋面, 上
端在塔樓下部設(shè)置伸縮縫, 與塔樓內(nèi)電梯內(nèi)筒脫開, 消除了內(nèi)筒與外圍塔架溫差效應(yīng)的影響。內(nèi)筒水平風(fēng)荷載經(jīng)塔架橫膈傳給外塔架, 內(nèi)筒與外塔身之間在橫隔處作水平連接, 并保證內(nèi)筒豎向能自由變形。頂部天線高59. 49m, 為四棱錐體鋼管格構(gòu)結(jié)構(gòu), 通過塔樓頂部的轉(zhuǎn)換桁架傳給內(nèi)筒結(jié)構(gòu), 天線沿高度設(shè)置若干道水平橫隔。
2 施工難點
1)該項目位于西寧市西山植物園海拔2 395m 的東山頂, 屬于高原地區(qū), 空氣稀薄, 含氧量低,施工效率不高。
2)施工在削平的山頭上進行, 施工現(xiàn)場可利用施工場地狹小, 施工作業(yè)面難以開展。
3)天線施工階段操作面很小, 施工安全和施工技術(shù)要求較高。
4)轉(zhuǎn)換層及以上結(jié)構(gòu)的施工中需要進行大量的高空焊接工作, 施工難度大。
5)單層殼體塔樓平面剛度差, 吊裝施工中易產(chǎn)生變形, 焊縫技術(shù)要求較高。
3 施工前期的監(jiān)理準(zhǔn)備
為進一步確保工程質(zhì)量和工程監(jiān)理工作正常順利進行, 達到事前控制的目的, 根據(jù)對設(shè)計施工圖紙和施工技術(shù)方案的研究, 結(jié)合該項目工程實際, 工程施工前做了如下準(zhǔn)備工作。
1)加強對施工承包單位的資質(zhì)審查由于鋼結(jié)構(gòu)工程施工是較為專業(yè)的工程, 在選擇施工承包單位時及時提醒業(yè)主對所選的承包商進行嚴(yán)格的資質(zhì)審核, 必須具有相應(yīng)的的專業(yè)資質(zhì)證書。
2)加強對施工作業(yè)人員的資格審查鋼結(jié)構(gòu)施工作業(yè)人員尤其是施焊人員必須具有相應(yīng)的資格證書方可上崗操作。
3)加強對鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計和構(gòu)件加工單位的甄選工作本工程鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計和加工由上海寶冶建設(shè)有限公司獨立完成, 事前監(jiān)理方向業(yè)主提出, 承包商自行深化設(shè)計和加工的構(gòu)件, 必須提供完整的加工構(gòu)件圖和安裝圖以及有關(guān)的技術(shù)控制指標(biāo), 并且需要經(jīng)工程的總設(shè)計單位華東建筑設(shè)計研究院作技術(shù)審查后加蓋有效的出圖章, 圖紙方可生效。
4)認(rèn)真審查圖紙、熟悉有關(guān)的施工規(guī)范和驗收規(guī)范, 全面了解施工的各項技術(shù)要求和控制指標(biāo)。組織圖紙會審, 會同設(shè)計人員解答圖紙疑問,認(rèn)真審查鋼結(jié)構(gòu)施工組織設(shè)計。
5)組織召開由監(jiān)理項目部全體成員參加的學(xué)習(xí)、討論會, 深入學(xué)習(xí)驗收規(guī)范和相關(guān)技術(shù)知識以及做為本項目監(jiān)理人員所需要的必備條件和基本要求; 通過對設(shè)計施工圖紙和施工技術(shù)方案的研討, 編寫適合本工程的監(jiān)理技術(shù)方案。
4 施工過程中的焊縫質(zhì)量控制
4. 1 焊縫質(zhì)量問題成因分析為了保證工程質(zhì)量和監(jiān)理工作的順利進行,根據(jù)設(shè)計和施工的各項技術(shù)要求, 結(jié)合本工程的實際特點, 施工前對可能產(chǎn)生焊縫質(zhì)量問題的原因進行分析。根據(jù)理論分析, 可能產(chǎn)生焊縫質(zhì)量問題的原因有如下幾種情況。
1)構(gòu)件在加工、運輸工程中產(chǎn)生尺寸偏差或變形, 現(xiàn)場在對這些偏差的冷校正過程中勢必會產(chǎn)生局部焊接節(jié)點的應(yīng)力過大, 從而產(chǎn)生焊縫裂紋。
2)由于本工程的結(jié)構(gòu)特點, 對加工、安裝過程要求較高, 在安裝過程中由于累計誤差, 在安裝部分桿件, 尤其是最后封閉桿件的節(jié)點勢必產(chǎn)生較大應(yīng)力, 致使焊縫裂紋產(chǎn)生。
3)構(gòu)件裝配時, 由于局部拼裝調(diào)整需要對個別相貫口邊緣進行手工切割修正, 導(dǎo)致相貫焊縫局部位置間隙過大, 造成焊縫開裂或外觀質(zhì)量不佳。
4)由于對三級焊縫的未熔合、未焊透等沒有檢驗要求, 因此, 對該類焊縫在外觀符合三級焊縫要求的同時, 可能存在焊縫熔透深度不足。
5)鋼材和焊接材料質(zhì)量、施工環(huán)境、施工單位及施工人員的技術(shù)水平是產(chǎn)生焊縫質(zhì)量問題的重要原因。
4. 2 構(gòu)件加工制作階段的焊縫質(zhì)量控制
( 1)原材下料和變形控制
為了防止構(gòu)件尺寸偏差和變形產(chǎn)生的集中應(yīng)力所引起的焊縫質(zhì)量問題, 駐場監(jiān)理人員要求構(gòu)件加工制作人員在鋼材下料時應(yīng)考慮到材料損耗引起的構(gòu)件尺寸偏差, 保證構(gòu)件尺寸滿足設(shè)計要求; 鋼材下料過程中因高溫而產(chǎn)生的局部變形, 必須在組裝前進行矯正, 鋼材在1m 范圍內(nèi)的局部撓曲矢高, 其偏差不得大于規(guī)范中的允許值; 經(jīng)過切割的鋼板, 在平整度矯正后, 其邊緣不平整部分, 須經(jīng)刨銑加工, 以達到規(guī)定的要求。
( 2)焊接變形控制原材焊接拼接時局部高溫可能引起鋼材的局部變形, 要求施工人員在焊接過程中必須采取有效措施防止焊接變形(如采取預(yù)變形措施等), 對焊接接頭的間隙, 接頭高差按規(guī)范要求進行嚴(yán)格控制; 針對本工程中的鋼柱、屋面梁等構(gòu)件多數(shù)腹板采用4mm、5mm 厚鋼板, 局部采用6mm、8mm厚鋼板, 翼緣板采用8mm, 10mm, 12mm 厚鋼板,構(gòu)件剛度不均勻, 焊接過程中變形不一致, 容易產(chǎn)生翹曲變形, 以及結(jié)構(gòu)中焊縫布置不對稱易產(chǎn)生的變形。要求施工方在施焊時采取焊前反向預(yù)留偏差、采用合理的焊接順序、氧乙炔加熱等方法進行矯正。
( 3)焊接質(zhì)量控制在保證焊接工藝的前提下, 構(gòu)件加工制作過程中的焊接質(zhì)量的控制重點從材料和對焊縫的后期質(zhì)量檢查著手。施焊前嚴(yán)格審核所使用鋼材和焊條的規(guī)格、型號是否符合設(shè)計及規(guī)范要求, 不滿足要求的材料嚴(yán)禁使用。本工程中設(shè)計級別為二級的焊縫, 對其質(zhì)量的檢查分為外觀檢查和內(nèi)部檢查, 焊縫的外觀質(zhì)量檢查主要檢查焊縫的高度是否達到設(shè)計的要求, 焊縫表面是否有裂紋、焊瘤、氣孔、夾渣、弧坑裂紋、未滿焊、咬邊和氣孔以及針眼等缺陷; 焊縫的內(nèi)部檢查采用超聲波無損檢測的方法進行檢查。對于有細(xì)小外部缺陷的焊縫, 要求施工方進行返修處理, 但同一焊的處理不能超過兩次; 對于不合格焊縫, 嚴(yán)禁出廠使用。通過上述控制措施, 使得構(gòu)件焊縫質(zhì)量得到良好的控制, 為構(gòu)件現(xiàn)場安裝打下良好的基礎(chǔ)。
4. 3 安裝過程中的焊縫質(zhì)量控制本工程對構(gòu)件安裝過程中的焊縫質(zhì)量控制主要從構(gòu)件安裝工序及安裝精度、焊接施工工藝、材料、焊縫檢查四個方面著手進行控制。
4. 3. 1 材料的質(zhì)量控制與構(gòu)件加工制作階段的要求相同, 對所使用的鋼材必須具有質(zhì)量證明書或出廠合格證, 要求寫明鋼材的爐號、鋼號、化學(xué)成分和機械性能等。并應(yīng)按照國家現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進行材料的檢驗, 對使用的焊條嚴(yán)格審核其規(guī)格、型號是否符合設(shè)計及規(guī)范要求, 不滿足要求的材料嚴(yán)禁使用。
4. 3. 2 安裝工序及安裝精度控制本工程鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中采取整體構(gòu)件先分片安裝, 次桿散裝補缺的安裝方法, 該安裝施工方法可以減小焊縫的應(yīng)力集中帶來的影響焊縫質(zhì)量問題, 能較好地保證焊縫的質(zhì)量。鋼構(gòu)件的安裝精度直接影響焊縫質(zhì)量, 若構(gòu)件安裝偏差過大, 冷校正過程中勢必會產(chǎn)生局部焊接節(jié)點的集中應(yīng)力過大, 安裝過程中的累計誤差也將在焊接節(jié)點處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中, 過大的集中應(yīng)力將致使焊縫產(chǎn)生開裂。因此, 必須在施工監(jiān)理過程中對鋼構(gòu)件的安裝精度進行嚴(yán)格控制。根據(jù)施工技術(shù)方案和該工程的結(jié)構(gòu)布置特點, 重點對平面測量控制網(wǎng)和高程測量控制網(wǎng)進行復(fù)核, 以控制構(gòu)件安裝精度。在對平面測量控制網(wǎng)進行復(fù)核時, 為了保證測量精度, 復(fù)測時間分別選在早上和傍晚兩個溫度大致相等的時間段進行; 在高程測量復(fù)核時, 根據(jù)施工進度逐段重點復(fù)核塔體內(nèi)部的鋼結(jié)構(gòu)筒體和塔柱外邊柱主管的標(biāo)高和垂直度, 確保構(gòu)件安裝施工偏差在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。根據(jù)工程需要, 對關(guān)鍵節(jié)點和關(guān)鍵位置的安裝精度隨時進行測量復(fù)核, 測量復(fù)核合格后方可進行焊接。
4. 3. 3 焊接施工工藝控制
( 1)焊前準(zhǔn)備
由于本工程施工現(xiàn)場可利用施工場地狹小,尤其是天線施工階段操作面很小, 施工作業(yè)面難以開展, 而施工中需要進行大量的高空焊接工作,為保證焊接施工順利進行, 要求施工方對焊接區(qū)操作腳手架平臺的搭設(shè)進行嚴(yán)格計算, 并保證平臺高度和寬度有利于焊工正常操作。施焊前要求施工方對焊條按規(guī)定要求進行烘焙、保溫, 并做好烘焙記錄, 且焊條嚴(yán)禁暴露在空氣中; 同時, 施焊前應(yīng)檢查坡口裝配質(zhì)量, 去除坡口區(qū)域的氧化皮、水份、油污等影響焊縫質(zhì)量的雜
質(zhì), 本工程中要求用角向砂輪機去除坡口上的鍍鋅層后方可進行焊接施工。
( 2)焊接預(yù)熱控制本工程焊接預(yù)熱主要采用電加熱法, 要求施工時的預(yù)熱范圍嚴(yán)格控制在坡口及坡口兩側(cè)不小于板厚的1. 5 倍寬度, 且不小于100mm, 測溫點設(shè)在加熱側(cè)的背面, 距焊接點各方向上不小于焊件的最大厚度值, 但不得小于75mm處。
( 3)焊接施工控制本工程中, 鋼管焊接為全位置焊, 同一個接頭焊縫連續(xù)施焊, 一次完成, 如若不得不中斷焊接,則要采取后熱、保溫措施, 再次施焊前按工藝重新預(yù)熱。
因該部分施工正值寒冷時節(jié), 當(dāng)?shù)貧鉁剌^低,為了保證焊接質(zhì)量, 防止焊縫區(qū)域出現(xiàn)裂縫, 焊接完成后根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行必要的保溫。為了控制焊接變形和避免產(chǎn)生過大的焊接應(yīng)力, 焊接施工時, 無論從整體結(jié)構(gòu)還是單個構(gòu)件都嚴(yán)格遵從對稱原則, 但任何桿件的兩端不允許同時焊接。
4. 3. 4 焊縫質(zhì)量檢查
( 1)檢查方法焊縫質(zhì)量檢查是焊縫質(zhì)量控制的最后一道關(guān)鍵控制工序。與構(gòu)件加工制作階段的焊接質(zhì)量控制類似, 安裝期間的焊縫檢查也分為外觀檢查和內(nèi)部檢查。焊縫的外觀檢查和構(gòu)件加工制作階段的要求相同。安裝焊接完成的焊縫內(nèi)部缺陷, 采用UT 法進行檢查, UT在外觀檢查合格及焊后24 h 后進行, 檢查標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按GB 11345! 89 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行, 并提供相應(yīng)檢查報告。
( 2)焊接缺陷處理措施
如發(fā)現(xiàn)焊縫表面有氣孔、夾渣, 要求用碳刨清除后重焊; 母材上若產(chǎn)生弧斑, 則要求用砂輪機打磨, 必要時進行磁粉檢查; 焊縫內(nèi)部的缺陷, 根據(jù)UT 對缺陷的定位, 要求用碳刨清除。對裂紋, 碳刨區(qū)域兩端要向外延伸至各50mm的焊縫金屬。焊縫同一部位的返修不宜超過兩次。如若超過兩次, 則要制定專門的返修工藝并報請監(jiān)理工程師批準(zhǔn)。
5 結(jié)語
目前, 西寧電視塔工程已施工完成, 從最終施工效果看, 采用前文所述的焊縫質(zhì)量控制方法, 焊縫總體質(zhì)量合格率達到98% , 取得了良好的效果。該工程雖然具有其特殊之處, 但也具有普遍意義, 本文中使用的方法為類似工程的焊縫施工質(zhì)量控制積累了一定的經(jīng)驗, 可為類似工程的施工監(jiān)理提供參考。
參考文獻:
[ 1] 何敏娟, 馬人樂. 鋼結(jié)構(gòu)電視塔結(jié)構(gòu)形式合理性研究了[ J]. 特種結(jié)構(gòu), 1998( 3) : 6- 10.
