鋼筋窄間隙焊,是我國(guó)90年代建筑、施企業(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年下半年開始采用鋼筋窄間隙焊接新技術(shù)后,半年來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)的電渣焊和近年來開發(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)焊工來說,實(shí)際上只是一種對(duì)新方法的適應(yīng)過程,一般經(jīng)過7~15d的專門培訓(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余萬方,設(shè)計(jì)鋼筋量約15000t,各種形式的鋼筋接頭約60萬個(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,見附表。
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)工效亦無明顯影響,由于解決了窄間隙焊的上段鋼筋穩(wěn)定問題,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)過專門培訓(xùn)技術(shù)優(yōu)秀,責(zé)任心強(qiáng)的窄間隙焊工擔(dān)任。
終檢由專業(yè)質(zhì)量檢查部門進(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。在焊接過程中,銅模吸收的焊接熱量,可防止接頭過熱產(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。