钢筋窄间隙焊技术在大峡水电站工程中的应用

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钢筋窄间隙焊，是我国90年代建筑、施工企业中兴起的一项钢筋连接新技术。具有成本低、质量可靠、效率高、易掌握等优点。大峡水电站工程自1994年下半年开始采用钢筋窄间隙焊接新技术后，半年来已取得了较为明显的社会效益和经济效益。

    1、新旧钢筋连接方法的技术经济分析对比

    现浇钢筋混凝土中钢筋的连接方法主要有：绑扎搭接法、手工电弧焊的塔接焊法、绑条焊法，以及60年代中出现的电渣焊和近年来开发研制的气压焊等。

    这些连接方法各有特点，但就其适应范围和技术经济指标相比较，钢筋窄间隙焊技术，在技术经济等各项指标上均优于原有的各种钢筋连接方法。以水平钢筋连接方法为例：绑扎搭接法虽然施工简便，不需要能源和机械设备，也不受气候环境的影响，但浪费大量的钢筋材料，受力性能也不好；手工电弧焊的搭接焊法和绑条焊法，虽在技术性能、生产成本上优于绑扎搭接，但其施工麻烦，技术要求也高，工人需掌握平、立、横、仰等各种角度的焊接技术，耗电量大，工效低，同时也要浪费一定的钢筋；电渣焊到目前为止只能作竖向钢筋的焊接，且对焊接电源电压有严格的要求，否则影响焊接质量或无法起弧焊接。气压焊虽然节约钢材，降低成本，其施焊工艺要求非常严，在水电施工条件差的情况下，使这种技术难为工人接受而限制了其使用范围，而且这两种方法都需要较昂贵的专用设备和卡具；套筒连接法，一是施工成本高，二是目前国内市场上难以找到现货供应，给施工准备工作带来不便。

    钢筋窄间隙焊接技术，所具以下优点正好能克服上述种种不足之处。

    (1)钢筋窄间隙焊接技术的接头为中心受力的对接接头，不仅改善了钢筋的受力条件，也保证了钢筋的设计位置，给混凝土浇灌提供了方便条件。

    使用窄间隙焊接的钢筋接头，质量可靠，经过短期培训的焊工，按照规程操作，接头的力学性能指标能满足设计和水工规范要求，其合格率都能达到100%。

    (2)使用窄间隙焊技术，无需增加设备，平常使用的普通交、直流焊机均可，配上一定数量模具(每个模具费用300元)即可施焊。以焊接直径28mm以上的水平钢筋为例，窄间隙焊接头的费用是绑条焊接头费用的1/11，是搭接焊接头费用的1/5，工效可提高约5倍。

    (3)钢筋窄间隙焊接技术，适用范围广泛，对直径18mm～40mm的Ⅰ Ⅱ Ⅲ 级钢筋均可进行水平、竖直、斜向的焊接。由于钢筋窄间隙焊的基本技术动作和焊接运条方式都是手工电弧焊技术的基本动作和运条方式，因此焊工培训工作就容易得多，对已持有手工电弧焊上岗作业证的初、中级焊工来说，实际上只是一种对新方法的适应过程，一般经过7～15d的专门培训，即可进行水平、竖直、斜向的钢筋接头焊接。

    2、钢筋窄间隙焊技术在大峡电站工程中的应用

    2.1 工程概况

    大峡水电站位于甘肃省白银市和榆中县交界的黄河干流上，电站总装机容量为30万kw，是国家“八五”期间在甘肃的重要建设项目。电站设计为低水头河床式电站，枢纽建筑物为钢筋混凝土结构，混凝土总量60余万方，设计钢筋量约15000t，各种形式的钢筋接头约60万个。

    2.2 技术培训

    1994年初，我们和西南交通大学材料焊接系合作，引用钢筋窄间隙焊技术和焊接模具专利，在大峡电站工地现场举办了首批培训班，对挑选出来的13名初、中、高级焊工进行为期15d的强化训练，经过严格考试全部合格并在首批学员中，挑选4名最优秀者兼任钢筋窄间隙焊现场质量检查员。

    1994年5月，大峡电站工程建设单位、设计单位、西南交通大学、监理工程师、施工等单位的20多位专家、教授、工程技术人员，对该技术的原理、工艺流程、力学性能指标，以及试验数据、工艺录相等进行严肃认真的审议和评估，同意在大峡水电站工程采用该项技术。

    目前水平窄间隙焊技术已全面在大峡电站工程中采用。竖直窄间隙焊在部分工程部位中使用。从抽检的30多批试件中尚未发现不合格的接头，见附表。 

　　附表大峡工地现场部分抽样试验结果

工程部位 钢筋级别 钢筋直径/mm 屈服强度/MPa 抗位强度/Mpa 闸室段7块 Ⅱ 36 383 526 4号机组3块 Ⅱ 32 356 520 左泄底孔3-9 Ⅱ 36 381 500 闸室段10块 Ⅱ 32 366 522 孔身段12块 Ⅱ 36 371 501 4号机Ⅱ-1块 Ⅱ 36 361 501 GB：1499-91 Ⅱ

8～25

28～40

355

355

510

490

    注：(1) 试验强度仅作至GB1499-91要求以上；

    (2) 表中屈服、抗拉强度是该部位一组试件之平均值。

    2.3 水平钢筋的现场窄间隙焊接

    采用钢筋窄间隙焊技术，钢筋加工时应去掉增加的钢筋搭接长度。钢筋安装时可按常规工序施工，将二根钢筋的接头置于专用的模具内，中间留出一定的间隙，边铺钢筋，边装模具，并在接头部位暂时空出几根上层钢筋不要绑扎，待接头焊完后再绑这部分钢筋。

    用这种方法对所有位置的水平钢筋进行窄间隙焊接。如有条件，也可先将钢筋接头焊好后再进行安装，更能取得事半功倍的效益。

    2.4 竖直钢筋的现场窄间隙焊接

    直立钢筋的现场安装焊接，首先要解决上段钢筋的稳定问题，传统的方法是先绑扎固定而后焊接，或者先将上段钢筋和下段钢筋点焊在一起，而后绑扎焊接穿插进行。

    由于窄间隙焊技术工艺要求钢筋接头中间必须留出一定的间隙，这就需要对传统的钢筋安装方法稍加改变，以适应新的工艺要求。具体方法是：先在要安装钢筋的工作部位上，每隔2～3m用传统方法点焊一根直立钢筋，并在适当的高度绑扎2～3根水平钢筋形成骨架，然后安装窄间隙焊接头的钢筋，安装时用事先准备好的小木块垫在钢筋的接头中间，(木垫块的厚度为该窄间隙焊缝需要的间隙宽度)上部和水平钢筋绑扎牢固。接着安装焊接模具，施焊时去掉木垫块再进行焊接。待全部接着焊完后安装剩余未安的水平钢筋。用这种方法施工不增加工作量，对工效亦无明显影响，由于解决了窄间隙焊的上段钢筋稳定问题，使竖直钢筋窄间隙焊得以使用，其综合工效提高了，钢筋直径越大，施工的综合效益越高。

    2.5 流水作业施工

    钢筋窄间隙焊技术，速度快，效率高，采用流水作业法施工可提高工效，由于其工艺要求一个接头焊好后，需停数分钟才能拆模，以提高接头质量和保护模具，因此一般需为每个焊工配备3～5个模具。

    装卡模具时，往往需要调整钢筋接头的间隙，一个焊工二个辅助工是较佳的劳动组合，这样调整接头间隙，装模具、焊接、拆模具互相穿插，流水作业，能最大限度的提高生产效率。

    2.6 质量检查与补救措施

    质量检查分二级进行，一级检查为自检， 级检查为终检。自检的内容包括：焊前的准备工作；焊条的烘烤；施焊人员的上岗证查验、焊接规程的执行；对焊接接头逐个进行外观检查等。自检员必须是由经过专门培训技术优秀，责任心强的窄间隙焊工担任。

    终检由专业质量检查部门进行，进行的方法是：对现场所焊接头逐个进行外观检查，在现场随机抽取试样，由试验室进行力学性能检验，试件一般抽取三个作抗拉试验。根据需要也可另取三个试件作冷弯试验。

    如果从安装好的钢筋网中抽取试件有困难时，可以制作模拟试件，其试件的位置及焊接工艺规范必须与现场施工条件一致。检验工作参照“水工混凝土施工规范(SDJ207-82)进行。

    为了确保工程质量，对检验中认为有不合规格接头，如：咬边、未焊透、未焊满等，应进行补焊或加绑条焊补强处理。

    3、技术经济与社会效益分析

    3.1 技术效益分析

    钢筋窄间隙焊技术解决了由于钢筋连接技术造成的钢筋偏心受力问题。在钢筋密集的梁、板、柱施工中，往往由于钢筋接头的绑条、搭接造成钢筋的设计位置无法保证，钢筋接头的绑条还增加了钢筋的局部密度，给混凝土的浇筑带来了困难。窄间隙焊技术不仅可保证钢筋的设计位置，同时也为混凝土的浇筑提供了良好的条件。

    窄间隙焊的接头是在铜模中强制成形，焊接质量宜于保证，也减低了操作难度。在焊接过程中，铜模吸收的焊接热量，可防止接头过热产生脆性组织。接头焊完后又对接头起回火作用，以防止冷脆组织的产生，提高了接头的焊接质量。

    3.2 经济效益计算

    按照1994年各种材料的市场价格为计算依据，设：钢筋3500元/t，焊条7元/kg，电费0.26元/kW·h，人工费15元/工日，焊接一个直径36mm的绑条焊接头和窄间隙焊接头，其实际成本费用分别如下：

    (1)绑条焊接头费用

    消耗钢材(绑条)：5.75kg，价20.16元

    消耗焊条：1kg，价7元

    消耗电能：9.3kW·h，价2.4元

    人工费：0.1个工日，价0.94元

    合计为：30.39元

    (2)窄间隙焊接头费用

    消耗钢材：0

    消耗焊条：0.26kg，价1.84元

    消耗电能：2.33kW·h，价0.61元

    人工费：7mim，价0.22元

    合计为：2.67元

    从费用组合的粗略计算看，窄间隙焊接头的成本仅为绑条焊成本的1/11。

    对较小直径钢筋搭接时接头，如改用窄间隙焊技术，其节约价值也很可观：经计算，焊一个直径25mm的搭接焊接头，需各种费用合计为5.33元，而用窄间隙焊技术仅花费1.08元就够了，即使考虑窄间隙焊辅助工人费用也是经济的。

    3.3 社会效益评估

    钢筋窄间隙焊技术的出现极大地提高了工作效率，降低了工程成本，提高和改善了工程质量，减轻了工人的劳动强度。由于其施焊过程均在模具内进行，大大减少了电焊弧光对同工作部位其他工人的伤害和“电光眼“的发生，提高了出勤率。

    综上所述，钢筋窄间隙焊接技术是一项可使企业获得经济效益，促进工程建设，并有良好社会效益，具有广泛应用前景，有推广价值的新技术。