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摘要：本文介绍了大直径不等厚超长钢管桩现场制作工艺及操作要点。采用合理的制造装备进行现场钢管桩组装、焊接、涂装，有效地控制了超长钢管桩的尺寸偏差、焊接变形，供此类工程施工参考。
关键词： 超长；钢管桩；現场；制作；技术
Abstract: This paper describes the large-diameter ranging from thick long steel pipe piles on-site production process and operating points. Manufacturing equipment on-site steel pipe pile assembly, welding, coating, effectively control the size of the deviation of the long steel pipe pile, the welding deformation for the reference of such construction.
Key words: long; steel pipe pile; site; production; technology
中图分类号：TG262文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
概 述
福州港罗源湾港区将军帽作业区一期工程包括15万吨级的专业散货码头及其相应的配套设施，设计年吞吐量800万吨，码头结构按30万吨级设计。该工程码头的主体基桩采用φ<1500mm>钢管桩，最大桩长为<92m>，管桩之长国内罕见，单根钢管桩最大重量为80吨，计406根；引桥的基桩采用φ<1000mm>钢管桩，计112根，总重量为24500吨，钢板厚度分别为20、22、24㎜的Q345B板材。钢管桩全长范围内涂装XW-3301底面合一环氧重防腐蚀涂料，桩顶以下15米加涂XW-2158氟碳重防腐蚀黑面漆，总防腐面积为14万㎡。工程项目从2009年7月5日开工至2010年12月30日竣工。
钢管桩组焊特点及施工难点
2.1 钢管桩组焊特点
钢管桩最大桩长<92m>，最重达到80吨。制作外观质量要求高，管外周长±10 mm，管端椭圆度±5 mm，管端平整度2 mm，管端平面倾斜不大于4 mm，桩轴线弯曲矢高L/1000且不大于30 mm，管节对接错口不大于2 mm；焊缝质量要求一级。
2.2 钢管桩组焊施工难点
2.2.1钢管桩整桩拼装
因钢管桩超长、吨位重，整桩拼装的尺寸精度要求高，采取分段制作，整桩拼装方案施工。分段制作质量控制将直接决定钢管桩组焊后的拼装质量、焊缝质量，是钢管桩整体组焊质量的关键因素之一。
2.2.2钢管桩焊接
组装焊缝为圆形封闭形式，焊接填充量大，且内部空间小，作业环境差，且焊缝质量要求高。为有效地保证焊接质量，必须制定科学严谨的焊接工艺程序和安全保障措施。
2.2.3累积尺寸偏差控制
收缩变形是焊接变形的基本单元，焊缝的冷却过程是焊缝金属由液态转化为固态的过程，转化的过程将产生焊接应力和焊缝体积缩小的现象，从而导致焊后焊接件外形尺寸发生变化，影响质量。为保证工程质量能够符合设计要求，必须对整个焊接过程进行严密有效监控。
3钢管桩管节制作工艺
3.1 制作方案
将单根管桩分成若干段制作，再进行拼装成整体。拟在距海岸线较近处设置钢管桩加工厂，在海岸边租用小吨位码头进行拼装，管节的长度以12m为限。施工分为前期准备、钢管桩制作、钢管桩涂装、码头整桩组对等工序。
钢管桩制作的工艺流程图如下：
3.2 原材料
原材料的相关技术指标直接影响到钢管的质量。根据图纸要求选定钢板、焊剂、焊条、防腐涂料等材料，其牌号、规格、外观质量必须符合设计、规范和标准的要求，且要求供货单位提供资质证明，而且在原材料进场时还须备齐相应的出厂质量检验报告或产品合格证书。进场后按规范要求及时取样复检。
3.3 下料（坡口）
对检验符合要求的钢板，按设计图纸进行下料。根据来料情况，单管节长度按3米控制。Φ1500 mm钢管桩：δ =22mm板下料尺寸为3000×4641 mm；δ=24 mm板下尺寸为3000×4635 mm；Φ1000 mm钢管桩：δ =20mm板下料尺寸为3000×3076 mm。坡口形式：V型，角度25±2度，钝边4±1㎜；纵缝开内坡口形式，环缝开外坡口形式。
3.4 钢管成型（3m管节）
首先卷压钢板接头两端，然后进行钢管成型卷压。纵缝接头符合设计图纸要求后将纵缝定位点焊牢固，进行校圆。定位点焊高度不小于设计焊缝高度的2/3，且不应大于8 mm，定位焊接长度取50～60 mm，间距为350～500 mm，并应填满弧坑。
3.5 3ｍ管节纵缝（内侧、外侧缝）焊接
3.5.1 纵缝采用V型坡口双面焊接，焊接顺序：先内纵缝后外纵缝。内纵缝焊接：先用二氧化碳气保焊打底，然后调正埋弧焊枪使焊丝对正焊缝坡口，进行埋弧自动焊接，焊丝运行从起弧板开始到熄弧板结束，施焊3~4道。在焊接前要检查焊丝、焊剂、电流、电压是否符合标准要求，在坡口焊接的过程中要检查焊缝的高度和宽度。严格控制焊缝高度0.5~2 mm；焊缝宽度≥1.2r（r为板厚）；咬边深度≤0.4 mm。
3.5.2 外环缝焊接：先用碳弧气刨进行清根，用磨光机打磨处理，将3米管节吊运到自制的台架上使纵缝保持水平向，然后调正埋弧焊枪使焊丝对正焊缝坡口，进行埋弧自动焊接，焊丝运行从起弧板开始到熄弧板结束，施焊1~2道。
3.5.3 埋弧自动焊接操作技术要领：
（1）焊前准备：为防止焊穿、未焊透、余高不足、偏离焊道等缺陷发生，焊前应根据焊接规范、板厚、焊缝根部间隙、坡口角度、坡口及其装配精度等进行充分准备。
（2）坡口表面质量：坡口表面的锈、油、水份等是产生凹坑、气孔、裂纹等缺陷或影响力学性能的原因，故焊前应彻底清除。
（3）焊剂要求：焊剂应存放在干燥通风的库房内，使用前应对焊剂进行烘焙，烧结焊剂300~400℃烘焙1~1.5h，熔炼焊剂200~250℃烘焙0.5~1h。
（4）焊剂颗粒度：焊剂常供粒度为10-60目（烧结焊剂），8-40目（熔炼焊剂）。粒度的选择主要依据焊接规范及焊接速度：大电流焊接情况应选用细粒度颗粒，以免引起焊道外观成型变差；小电流焊接情况应选用粗粒度焊剂，否则气体逸出困难易产生麻点、凹坑甚至气孔等缺陷。
（5）焊剂的回收利用：回收利用的焊剂，灰尘、铁磷等杂质亦被混带入焊剂，以及焊剂粉化等原因造成焊剂粒度细化、杂质偏高等将引起焊缝成型及力学性能的降低，故应对回收焊剂过筛，随时添加新焊剂并充分拌匀后再使用。
（6）焊接电流、电压等技术要求：第一道焊接电流控制为500~550A，电弧电压为28~30V，焊接速度为30~32㎝/min；第二道及以上焊接电流控制为600~650A，电弧电压为32~34V，焊接速度为25~30㎝/min；每道施焊完成后须用打渣机处理干净。
3.6 12ｍ管节环缝（内侧、外侧缝）焊接
3.6.1环缝采用V型坡口双面焊接，焊接顺序：先外环缝后内环缝。在自制的台架上将3米管节组对成12米长的管节（3道环缝），组对时，要求相邻管节的纵缝须错开不小于90度，坡口间隙2±1㎜。从内缝将管节环缝定位点焊牢固，吊运到自动焊转胎上。
3.6.2 外环缝焊接：先用二氧化碳气保焊打底，然后调正埋弧焊枪使焊丝对正焊缝坡口，进行埋弧自动焊接，施焊3~4遍。焊接技术要领同上所述。严格控制焊缝高度0.5~2㎜, 焊缝宽度≥1.2r（r为板厚）；咬边深度≤0.4㎜。
3.6.3 内环缝焊接：先用碳弧气刨清根，用磨光机打磨处理，然后用二氧化碳气保焊施焊1~2道。焊接电流控制在180~200A，焊接电压控制在26~27V，焊接速度控制在27~30㎝/min，二氧化碳气体保护焊保护气流量控制在16~20 L/min。
4钢管桩整桩现场组对焊接
4.1经检验合格的管节运到码头整桩组对区，利用码头现有的场地进行钢管桩整桩组对焊接施工。采用自制的整桩组对胎架，进行整桩组装、焊接及暂存，用仪器校平找正，胎架的工字钢与管节接触处用橡胶带铺设以防碰伤漆膜。
4.2 焊接顺序及方法：先外侧后内侧，均采用手工电弧焊进行施焊。
4.3 外侧环缝焊接：每道环缝外侧有2名电焊工对称施焊，先完成外侧环缝3/4的焊接量，再将整桩用5吨卷扬机翻滚定位，继续完成剩余外侧环缝1/4的焊接量，外侧环缝施焊3～4遍，第一遍用Φ4㎜焊条进行施焊，第二遍起用Φ5㎜焊条进行施焊。
4.4内侧环缝焊接：先用碳弧气刨完成内侧环缝1/2清根，用砂轮磨光机打磨，用Φ5㎜焊条进行施焊，施焊1～2遍，再将整桩用5吨卷扬机翻滚定位，继续完成剩余内侧环缝1/2的清根、焊接。
4.5 电焊条使用前须进行烘焙，350~380℃烘焙1小时，烘干后应缓冷放置于100℃的保温箱中存放，待用，使用时放入随身携带的保温筒内；如遇风大、湿度大、下雨时停止作业。
5涂装
5.1钢管除锈，本工程以抛丸除锈为主，除锈等级为Sa2.5；手工除锈达到St2.0。对除锈完毕的管节防腐车间安排专人进行除锈后清理工作，用空压机或人工除去管节表面的灰尘，然后进入涂装区域。
5.2钢管桩清理干净后进行油漆涂装工作。按照严格比例调配好的底面合一环氧重防腐蚀涂料进行刮涂，通过调节油漆的配比，达到当天不同时段涂装的油漆均匀取干燥。
5.3最终对合格的管桩进行补漆工作，经监理检测合格后根据出桩计划方可驳出码头整桩组对区域。
6结 论
在钢管桩制作过程中，嚴格按图纸、标准、规范要求制作，及时对焊缝质量检查，严格执行 “三检”制度，有效地控制各道工序质量。并由第三方对纵缝、环缝焊接质量进行超声波探伤和X射线探伤，有效保证了钢管桩制作的质量。
按照上述施工工艺圆满地完成了福州罗源湾港区将军帽作业区一期钢管桩工程，经检查验收：其质量符合设计要求及《港口工程质量检验评定标准》，得到业主、监理的高度评价。
参考文献
1、《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）
2、《港口工程质量检验评定标准》（JTJ221-98）
3、《钢结构工程施工及验收规范》（GB20205-95）
关键词： 超长；钢管桩；現场；制作；技术
Abstract: This paper describes the large-diameter ranging from thick long steel pipe piles on-site production process and operating points. Manufacturing equipment on-site steel pipe pile assembly, welding, coating, effectively control the size of the deviation of the long steel pipe pile, the welding deformation for the reference of such construction.
Key words: long; steel pipe pile; site; production; technology
中图分类号：TG262文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
概 述
福州港罗源湾港区将军帽作业区一期工程包括15万吨级的专业散货码头及其相应的配套设施，设计年吞吐量800万吨，码头结构按30万吨级设计。该工程码头的主体基桩采用φ<1500mm>钢管桩，最大桩长为<92m>，管桩之长国内罕见，单根钢管桩最大重量为80吨，计406根；引桥的基桩采用φ<1000mm>钢管桩，计112根，总重量为24500吨，钢板厚度分别为20、22、24㎜的Q345B板材。钢管桩全长范围内涂装XW-3301底面合一环氧重防腐蚀涂料，桩顶以下15米加涂XW-2158氟碳重防腐蚀黑面漆，总防腐面积为14万㎡。工程项目从2009年7月5日开工至2010年12月30日竣工。
钢管桩组焊特点及施工难点
2.1 钢管桩组焊特点
钢管桩最大桩长<92m>，最重达到80吨。制作外观质量要求高，管外周长±10 mm，管端椭圆度±5 mm，管端平整度2 mm，管端平面倾斜不大于4 mm，桩轴线弯曲矢高L/1000且不大于30 mm，管节对接错口不大于2 mm；焊缝质量要求一级。
2.2 钢管桩组焊施工难点
2.2.1钢管桩整桩拼装
因钢管桩超长、吨位重，整桩拼装的尺寸精度要求高，采取分段制作，整桩拼装方案施工。分段制作质量控制将直接决定钢管桩组焊后的拼装质量、焊缝质量，是钢管桩整体组焊质量的关键因素之一。
2.2.2钢管桩焊接
组装焊缝为圆形封闭形式，焊接填充量大，且内部空间小，作业环境差，且焊缝质量要求高。为有效地保证焊接质量，必须制定科学严谨的焊接工艺程序和安全保障措施。
2.2.3累积尺寸偏差控制
收缩变形是焊接变形的基本单元，焊缝的冷却过程是焊缝金属由液态转化为固态的过程，转化的过程将产生焊接应力和焊缝体积缩小的现象，从而导致焊后焊接件外形尺寸发生变化，影响质量。为保证工程质量能够符合设计要求，必须对整个焊接过程进行严密有效监控。
3钢管桩管节制作工艺
3.1 制作方案
将单根管桩分成若干段制作，再进行拼装成整体。拟在距海岸线较近处设置钢管桩加工厂，在海岸边租用小吨位码头进行拼装，管节的长度以12m为限。施工分为前期准备、钢管桩制作、钢管桩涂装、码头整桩组对等工序。
钢管桩制作的工艺流程图如下：
3.2 原材料
原材料的相关技术指标直接影响到钢管的质量。根据图纸要求选定钢板、焊剂、焊条、防腐涂料等材料，其牌号、规格、外观质量必须符合设计、规范和标准的要求，且要求供货单位提供资质证明，而且在原材料进场时还须备齐相应的出厂质量检验报告或产品合格证书。进场后按规范要求及时取样复检。
3.3 下料（坡口）
对检验符合要求的钢板，按设计图纸进行下料。根据来料情况，单管节长度按3米控制。Φ1500 mm钢管桩：δ =22mm板下料尺寸为3000×4641 mm；δ=24 mm板下尺寸为3000×4635 mm；Φ1000 mm钢管桩：δ =20mm板下料尺寸为3000×3076 mm。坡口形式：V型，角度25±2度，钝边4±1㎜；纵缝开内坡口形式，环缝开外坡口形式。
3.4 钢管成型（3m管节）
首先卷压钢板接头两端，然后进行钢管成型卷压。纵缝接头符合设计图纸要求后将纵缝定位点焊牢固，进行校圆。定位点焊高度不小于设计焊缝高度的2/3，且不应大于8 mm，定位焊接长度取50～60 mm，间距为350～500 mm，并应填满弧坑。
3.5 3ｍ管节纵缝（内侧、外侧缝）焊接
3.5.1 纵缝采用V型坡口双面焊接，焊接顺序：先内纵缝后外纵缝。内纵缝焊接：先用二氧化碳气保焊打底，然后调正埋弧焊枪使焊丝对正焊缝坡口，进行埋弧自动焊接，焊丝运行从起弧板开始到熄弧板结束，施焊3~4道。在焊接前要检查焊丝、焊剂、电流、电压是否符合标准要求，在坡口焊接的过程中要检查焊缝的高度和宽度。严格控制焊缝高度0.5~2 mm；焊缝宽度≥1.2r（r为板厚）；咬边深度≤0.4 mm。
3.5.2 外环缝焊接：先用碳弧气刨进行清根，用磨光机打磨处理，将3米管节吊运到自制的台架上使纵缝保持水平向，然后调正埋弧焊枪使焊丝对正焊缝坡口，进行埋弧自动焊接，焊丝运行从起弧板开始到熄弧板结束，施焊1~2道。
3.5.3 埋弧自动焊接操作技术要领：
（1）焊前准备：为防止焊穿、未焊透、余高不足、偏离焊道等缺陷发生，焊前应根据焊接规范、板厚、焊缝根部间隙、坡口角度、坡口及其装配精度等进行充分准备。
（2）坡口表面质量：坡口表面的锈、油、水份等是产生凹坑、气孔、裂纹等缺陷或影响力学性能的原因，故焊前应彻底清除。
（3）焊剂要求：焊剂应存放在干燥通风的库房内，使用前应对焊剂进行烘焙，烧结焊剂300~400℃烘焙1~1.5h，熔炼焊剂200~250℃烘焙0.5~1h。
（4）焊剂颗粒度：焊剂常供粒度为10-60目（烧结焊剂），8-40目（熔炼焊剂）。粒度的选择主要依据焊接规范及焊接速度：大电流焊接情况应选用细粒度颗粒，以免引起焊道外观成型变差；小电流焊接情况应选用粗粒度焊剂，否则气体逸出困难易产生麻点、凹坑甚至气孔等缺陷。
（5）焊剂的回收利用：回收利用的焊剂，灰尘、铁磷等杂质亦被混带入焊剂，以及焊剂粉化等原因造成焊剂粒度细化、杂质偏高等将引起焊缝成型及力学性能的降低，故应对回收焊剂过筛，随时添加新焊剂并充分拌匀后再使用。
（6）焊接电流、电压等技术要求：第一道焊接电流控制为500~550A，电弧电压为28~30V，焊接速度为30~32㎝/min；第二道及以上焊接电流控制为600~650A，电弧电压为32~34V，焊接速度为25~30㎝/min；每道施焊完成后须用打渣机处理干净。
3.6 12ｍ管节环缝（内侧、外侧缝）焊接
3.6.1环缝采用V型坡口双面焊接，焊接顺序：先外环缝后内环缝。在自制的台架上将3米管节组对成12米长的管节（3道环缝），组对时，要求相邻管节的纵缝须错开不小于90度，坡口间隙2±1㎜。从内缝将管节环缝定位点焊牢固，吊运到自动焊转胎上。
3.6.2 外环缝焊接：先用二氧化碳气保焊打底，然后调正埋弧焊枪使焊丝对正焊缝坡口，进行埋弧自动焊接，施焊3~4遍。焊接技术要领同上所述。严格控制焊缝高度0.5~2㎜, 焊缝宽度≥1.2r（r为板厚）；咬边深度≤0.4㎜。
3.6.3 内环缝焊接：先用碳弧气刨清根，用磨光机打磨处理，然后用二氧化碳气保焊施焊1~2道。焊接电流控制在180~200A，焊接电压控制在26~27V，焊接速度控制在27~30㎝/min，二氧化碳气体保护焊保护气流量控制在16~20 L/min。
4钢管桩整桩现场组对焊接
4.1经检验合格的管节运到码头整桩组对区，利用码头现有的场地进行钢管桩整桩组对焊接施工。采用自制的整桩组对胎架，进行整桩组装、焊接及暂存，用仪器校平找正，胎架的工字钢与管节接触处用橡胶带铺设以防碰伤漆膜。
4.2 焊接顺序及方法：先外侧后内侧，均采用手工电弧焊进行施焊。
4.3 外侧环缝焊接：每道环缝外侧有2名电焊工对称施焊，先完成外侧环缝3/4的焊接量，再将整桩用5吨卷扬机翻滚定位，继续完成剩余外侧环缝1/4的焊接量，外侧环缝施焊3～4遍，第一遍用Φ4㎜焊条进行施焊，第二遍起用Φ5㎜焊条进行施焊。
4.4内侧环缝焊接：先用碳弧气刨完成内侧环缝1/2清根，用砂轮磨光机打磨，用Φ5㎜焊条进行施焊，施焊1～2遍，再将整桩用5吨卷扬机翻滚定位，继续完成剩余内侧环缝1/2的清根、焊接。
4.5 电焊条使用前须进行烘焙，350~380℃烘焙1小时，烘干后应缓冷放置于100℃的保温箱中存放，待用，使用时放入随身携带的保温筒内；如遇风大、湿度大、下雨时停止作业。
5涂装
5.1钢管除锈，本工程以抛丸除锈为主，除锈等级为Sa2.5；手工除锈达到St2.0。对除锈完毕的管节防腐车间安排专人进行除锈后清理工作，用空压机或人工除去管节表面的灰尘，然后进入涂装区域。
5.2钢管桩清理干净后进行油漆涂装工作。按照严格比例调配好的底面合一环氧重防腐蚀涂料进行刮涂，通过调节油漆的配比，达到当天不同时段涂装的油漆均匀取干燥。
5.3最终对合格的管桩进行补漆工作，经监理检测合格后根据出桩计划方可驳出码头整桩组对区域。
6结 论
在钢管桩制作过程中，嚴格按图纸、标准、规范要求制作，及时对焊缝质量检查，严格执行 “三检”制度，有效地控制各道工序质量。并由第三方对纵缝、环缝焊接质量进行超声波探伤和X射线探伤，有效保证了钢管桩制作的质量。
按照上述施工工艺圆满地完成了福州罗源湾港区将军帽作业区一期钢管桩工程，经检查验收：其质量符合设计要求及《港口工程质量检验评定标准》，得到业主、监理的高度评价。
参考文献
1、《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）
2、《港口工程质量检验评定标准》（JTJ221-98）
3、《钢结构工程施工及验收规范》（GB20205-95）