逆作法钢管柱钢筋环梁抗剪环筋焊接施工技术应用

逆作法钢管柱钢筋环梁抗剪环筋焊接施工技术应用

夏辉恒

中铁建设集团南方工程有限公司 510000

摘要：本文简要分析了逆作法在钢筋环梁抗剪环筋焊接施工中的实际运用，同时以实际案例对钢筋环梁抗剪环筋焊接施工技术进行了详细介绍，提出了保障焊接质量的注意事项， 期待为类似工程及施工提供参考。

关键词：逆作法；钢筋环梁抗剪环筋；焊接施工技术

一、逆作法基础概述

（一）逆作法的概念

基坑工程的施工方法，通常分为顺作法施工与逆作法施工两类。从地表向下开挖形成基坑，然后在基坑内构筑结构，完成后再填土，从而完成工程的施工方法，称为顺作法施工。当采用相反的方法时，施工技术是先沿地下室周边施工支护结构，然后施工零米层的梁板楼面结构作为水平支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。从地下结构的形成次序来说，与“顺作法”由底板逐层向上浇筑地下室结构的顺序是相逆的，故称之为“逆作法”，也称之为“逆筑法”。

（二）分类

逆作法分为以下几类：全逆作法、半逆作法、上下同步逆作法等。

（三）工艺流程

1.围护结构（地下连续墙或排桩）、一柱一桩施工；

2.浇筑地下B0梁板，接着逐层开挖基坑，逐层浇筑地下各层结构梁板；

3.完成基础底板和上部结构同时进行施工。

工艺流程图

近年，逆作法在地下空间工程中越来越流行，特别是对于城市繁忙地区的地下空间工程，自上而下的覆盖开挖方法可以大大缩短工期，具有良好社会效益。因此，许多城市中心的地下室采用自上而下的方法。

二、钢筋环梁抗剪环筋焊接施工技术

（一）焊接连接

焊接技术是一种综合钢筋连接方法，利用电流的热效应产生的热量、辐射电弧或气体蒸汽的能力来加热和辐射，然后施加一定的压力来熔化钢筋，当钢筋冷却时钢筋之间就形成了可靠的连接。工艺可分为: 电弧焊、气压焊、电阻点焊、闪光对焊。

焊工利用电弧放点产生的高热量熔化焊条和焊接钢筋，熔化后的焊条和钢筋形成焊缝和接头。其施工工艺可分为搭接焊、帮条焊、坡口焊和熔槽帮条焊4种。

电渣压力焊需要大量的能量来穿透两个钢筋之间的空间，连接的两个钢筋之间的电弧和电阻热将电能转化为热能，将钢筋熔化，挤压后形成接头。

气压焊是使用一定比例的氧气和乙炔在一点上进行加热点火和烘烤两根连接的焊条。当钢筋达到热塑性状态，表面变为炽白时对钢筋施加30 ~ 40Map的轴向压力锻造钢筋，可以完成对接焊接。

焊接接头的优点是节省钢筋材料、操作灵活和焊接金属材料多种多样，但其缺点是钢筋、焊条和气候对焊接质量有很大的影响。

（二）焊接连接适用性分析

电弧焊接的成本和力学性能优于固定的绑扎搭接，只要满足焊接空间施工工艺要求，就可以将完整组装的钢筋部件连接在牵引梁底部，如钢柱、剪力墙、钢纵杆等。

电弧焊接对焊接工艺要求高，但工作效率低，当构件中钢筋较多时需要一个一个的连接，这会减慢施工进度，降低构件安装效率。在施工时间要求不紧急情况，可采用自动电弧焊接。

上图中1-预焊钢板；2-下层预制剪力墙连接钢筋；3-座浆层；4-上层预制剪力墙连接钢筋

焊接连接也适用于叠合梁与预制柱或预制墙的中节点钢筋连接，如下图。

上图中1-现浇节点；2-下部纵筋焊接连接或机械连接；3-预制梁；4-预制柱

采用电渣压力焊、气压焊这两种连接方式连接时需要将钢筋进行对中，现有的构件制造技术难以实现所有钢筋同时对中，会存在一定偏差。如果对钢筋调整，不但费工费时，而且对中效果还难以保证。钢筋连接施工时，上下两端钢筋端部熔化至热塑状态时需要将上部钢筋向下挤压完成钢筋连接，大体积的预制构件难以实现上下移动。连接过程中发生咬边、虚焊、脆断等质量问题则难以采取措施进行弥补。从施工工艺分析，这两种连接形不适用于装配整体式构件钢筋连接。

（三）焊接施工工艺

1.选择适用的焊接耗材、焊机和母材，焊接精度高、槽面好，槽内的杂质必须清洗。

2.垫板装配

引弧板、引出板和垫板由与焊接金属相同的材料制成，焊接后，对引弧板和引出板进行切割和抛光打磨。

3.焊接环境

安装焊接设备的作业平台并在下面放置防火布；采取防风措施；如有必要，在焊接前进行焊前预热；风速和湿度必须满足焊接需要。

4.定位焊

钢筋环梁抗剪环部件组装完成后，一般采用焊接钉进行临时修补，质量要求与实际焊接相同，尺寸不超过设计值的2/3。

5.焊接工艺参数

（1）焊前预热

厚度>25 mm钢板焊接，当环境温度低于0℃时应采取加热措施；对厚度≤16mm钢板，当环境温度低于-5℃时采取预热措施，预热范围为坡口两边各150 mm处。

焊接前预热时应采用火焰加热法，选择中性火焰，预热温度控制在100℃~150℃，预热区域为焊缝两边150 mm处。

当需要再加热时，应进行再加热模拟试验，以确定燃烧模式和温度。

焊前预热温度参照下表进行。

（2）焊后保温

当环境温度低于5℃时;为减少残余压力和延迟开裂，焊缝处应使用石棉保温方式，石棉布宽度应超过400毫米。

做好保温模拟试验，分不同板厚进行，保温温度200℃~300℃，时间不少于2小时，并作相关记录。

（3）层间温度

对于多层、多层多道焊缝，层间温度控制在100~150℃；避免因焊接过热及过大的温差导致过大的焊接应力和部件变形。通过实验模拟，确定自然环境下焊接时间的温度曲线、相应的参数，指导焊接操作。

（5）焊缝清理与焊缝检验

清除焊缝表面焊渣、切除引弧板、消除焊缝的各种缺陷，确认无误后在附近规定位置打上焊工钢印号，清理现场。焊缝探伤应在焊接24小时后检测来避免裂纹对评估结果的判断。

（6）焊接过程中注意事项

1)合理措施控制变形;2)选区适合预热温度及层间温度;3)采用多道焊、多层焊;4)防止层状撕裂;

5)消除焊接残余应力。

（四）焊接质量控制体系的建立

根据《施工安全规范》的要求，施工前应建立施工质量控制体系、质量连接和施工质量控制点。

1.建立质量控制环节

为使焊接结果满足施工要求，对焊接过程中所需要的人、料、机、法、环等，需进行综合考量，以形成焊接质量的控制环节。

2.确定焊接质量环节下的焊接质量控制点

焊接质量控制系统中有很多控制环节，重要的质量控制点需严加控制，如焊接工艺评定、焊工资格、产品焊接试板等。

3.组织机构及人员配备

为保证焊接质量控制体系有效运行，须有相应的组织协调，以及负责适用法律法规的人员，负责焊接技术的法律法规起草和审查工艺等。所有员工都要接受质保培训，以确保质量及工作能力。

4.编制质量控制相关文件

施工单位建立质量控制文件，根据相关法规要求,以构建流程建模的方式规范,让施工人员了解所有程序和记录，如：设计规格书、施工方案、质量计划、焊接工艺卡、焊接记录等。

（五）焊接工艺的质量控制

1. 焊接设备

包括焊接设备、测量设备、测试设备等设备及工机具，且需要关注焊接设备采购、设备完好、焊接设备仪表定期巡检三个控制点。

2.焊接材料管理

钢筋环梁抗剪环筋焊接材料的管理控制环节，包括焊接材料的采购、验收及复验、保管、烘干、发放与回收等控制点。其中钢筋环梁抗剪环筋焊接材料的保管包括焊接材料一级、二级库的保管、出入库等级等。

3.焊接工艺评定以及焊接工艺管理

焊工使用成熟的焊接工艺，施工人员应准备制度文件，修复和更换无效文件，并仔细执行。

4.建筑物的施焊管理

（1）周围环境因素

由于施焊工作基本上是在室外环境进行，因此必须考虑现场环境因素，当焊接环境出现状况时，须马上采取有效的措施，以保证钢筋环梁抗剪环筋焊接的质量合格，否则禁止进行焊接工作。

（2）焊工焊接过程控制因素

在焊接过程中，要加强焊接工艺的规律性，消除焊条绝缘不足、电流过大等违规焊接现象。质检人员将及时加强焊接过程的监督和管理。

三、钢筋环梁抗剪环筋焊接施工技术实际应用案例分析

下面笔者以佛山某广场的钢筋环梁抗剪环筋焊接施工为例，进行逐步分析。

（一）适用范围

佛山某广场是超高层建筑，抗剪环筋用做钢管柱混凝土抗剪强度，环梁的抗剪环是一圈焊接在钢管柱壁上的钢筋。

（二）环梁抗剪环筋施工难点

环梁抗剪环筋焊接难度较大，环筋上下双面焊接，底部环筋与模板距离为250mm，在焊接环筋仰焊时，焊工要半躺式焊接，焊接台班增加，焊接时飞溅容易烫伤，焊接高温下产生有毒气体对人员造成伤害，地下室区域湿气较大，要提前预热除湿，室外由于是现场焊接，风速较大严重影响CO₂气体焊接，为确保焊接质量，焊缝无裂纹，未熔合，咬边，气孔，夹渣，焊溜，弧坑，给焊接施工带来很大的困难。

（三）设计要求

环梁抗剪环筋数量尺寸根据图纸数量确定，且应满足竖向抗剪要求，在底部和中下部至少设置1道抗剪环可通过混凝土局部承压以及焊缝强度来满足竖向抗剪要求，环梁抗剪环筋小于800mm的梁安装2个环梁抗剪环筋，大于800mm的梁安装3个环梁抗剪环筋。

（四）环梁抗剪环筋施工专项焊接工艺流程

环梁抗剪环筋划线下料围弯--钢管柱打磨除锈--钢管柱定位划线--环筋位置烤把预热除湿--环筋套入钢管柱--环梁抗剪环筋点焊固定--环筋位置烤把预热除湿--在环梁周围设置临时抗风围挡--环梁抗剪环筋焊接--焊缝外观检查。

（五）工艺流程及施工要点

a.环梁抗剪环筋加工，按图纸要求划线下料围弯，围弯误差小于3mm。

b.钢管柱除锈划线，外表不可见油污、氧化皮、铁锈、污染物。

c.将环梁抗剪环筋纵向全部套进钢管柱，调整环梁抗剪环筋按图纸尺寸要求点焊定位，点焊长度不小于20mm，其间距不大于150mm。环梁抗剪环筋对接处不小于3mm且不大于5mm间隙，确保焊接质量。

d.环梁抗剪环筋焊接，钢管柱焊缝部位预热部位上下不小于150mm，预热温度宜300度，对Q345钢管柱手工焊接焊条宜选用E50焊条，焊接时熔池保持稳定，焊条速度不宜过快，焊工两边摆动，确保钢管柱与环筋完全融合，焊缝确保饱满平稳过度，焊缝无裂纹、未熔合、咬边、气孔、夹渣、焊溜、弧坑等缺陷，咬边深度小于0.5mm且长度小于100mm，焊缝完成24小时后，进行氧化皮清理。

（六）质量验收

a.钢管柱除锈等级应满足Sa2.5，其应符合国家标准（GB8923）的规定。

b.焊缝外观检查符合规定（钢结构工程施工质量验收规范焊缝等级三级）。

（七）安全防护措施

a.焊工人员焊接时熔池在高温下，会产生有毒气体及飞溅，人员须佩戴专用焊工帽、口罩、工作服、绝缘鞋、平光眼镜。

b.工作前，仔细检查这些工具和设备是否完好无损，焊机外壳是否预先安全安装。

c.当焊接在易燃场所附近进行时，必须采取严格的防火措施，并且只有在安全员同意的情况下才能进行操作。焊接后，仔细检查无火源，离开工作场所前切断电源。

四、总结

钢筋环梁抗剪环筋焊接施工控制技术是一项综合性的技术，焊接的质量容易受材料性能、焊接工艺方法、焊接设备、工艺参数、天气气候和焊工个人技术的影响。钢筋环梁抗剪环筋焊接施工前，焊工应根据工艺能力制定操作手册，使每个焊工都能明确焊接工作的操作因素、材料使用和质量要求。钢筋环梁抗剪环筋焊接施工过程中，焊工在焊接和焊接前必须有工作记录，应逐案审查和批准焊接，并保存记录，以确保安全和实际使用。

参考文献

[1]张占太.超高层钢结构施工的探讨[J].建筑工程技术与设计，2016:906-906.

[2]张伟. 浅析高层建筑逆作法施工技术[J]. 建材发展导向, 2017, 15(19):1.

[3] 王丽，杨文彬.地铁站深基坑逆作法施工过程地下室结构与毗邻基础的相互影响[J].大连交通大学学报，2016, vol. 37 (4) : 85-90.

[4]李媛媛. 高层建筑逆作法施工技术要点分析[J]. 科技经济导刊, 2017(24):1.