钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术研究

0.引言

近年来，以经济发展为支撑，我国的公路事业发展迅速，公路网络实现了全面覆盖，但不少公路工程在施工建设过程中，会遇到特殊的地质条件，导致施工难度增大。要求技术人员必须充分考虑特殊地质条件的施工难点，做好细节处理，来保证工程的施工质量和施工效率。


1.基岩裸露地质条件下的桥梁桩基施工

1.1工程概况

某大桥是连接城市中相邻两个城区的交通要道，全长312m，共设置有2个扩大基础桥台和12个桩基础桥墩，其中10#和11#桥墩桩基处于距离岸边10m的河床底裸露基岩上，河水深度超过了3m，且河道相对狭窄，水流速度较快。在进行桩基施工中，护筒的设置和加固是难点所在，影响着工程的施工质量和施工安全。

1.2前期准备

施工前依照一般的桩基施工方法，做好相应准备工作，若考虑特殊地质条件的影响，需对护筒进行特别加工制作，这里采用了双层护筒的方式，从桩基本身1.5m的设计直径着眼，内层护筒的直径设计为1.7m，外部护筒的直径则采用了2.1m的数值，并在外层护筒的外侧，距离底部1.5m左右的位置，通过焊接的方式固定了4个挂环，挂环采用的是对称设置的方式，主要作用是悬挂手拉葫芦。在内层护筒的外侧，对相应的定位钢筋进行焊接，将两层护筒的间隔控制在相对均匀的范围内。此外，必须对桩基位置裸露岩层的斜度以及走向进行测量和明确，做好护筒底部的切割工作，确保其能够很好地适应岩层的实际情况。

1.3施工方法

1.3.1护筒安装

在桩基施工环节，护筒的安装非常关键，要求做好桩位的准确测定，确保钻机及时就位，然后利用钻机来对护筒进行吊放。实际操作中，应该利用钻机平台，将外层护筒垂直吊起，做好位置以及斜坡方向的合理调整，然后缓慢匀速下放护筒。护筒下口靠近水面时，需要在其挂环上悬挂手拉葫芦，借助手拉葫芦来对护筒的位置进行微调，避免水流冲击引发的护筒偏位问题。之后一边下放护筒，一边放松葫芦，直至护筒到达预定位置；对护筒的位置进行测量，若其偏位，需借助手拉葫芦调整，调整完成后，使用角钢来将护筒和便桥钢管桩牢固的焊接在一起；将内层护筒放入并调整位置，利用钢筋将内层护筒和外层护筒焊接在一起；借助相应的地质钻机，在内层护筒和外层护筒间的空隙中，钻出6个钻孔，钻孔深度为60cm且必须对称分布，并且于钻孔中插入直径0.25m、长度1.5m以上的钢筋；借助小导管（直径15cm左右），配合水下混凝土灌注的施工方法，利用混凝土浆液对内层和外层护筒之间的空隙进行填充，直至其能够平行于水面。

1.3.2冲击成孔

在进行钻孔施工前，需要通过在护筒底面灌注50cm厚混凝土的方式，保持其底面平整，这样才能够确保开孔作业过程中，钻锤不会出现倾斜的问题，不过钻孔作业必须在混凝土强度达到设计要求数值后才能进行。冲击成孔环节，工作人员应该定期对钻孔内泥浆的密度和粘度进行检查，确保其能够始终保持在恰当的数值，若发现偏差，必须及时进行调整。在不同地层中，应该采用不同的冲程高度，黏土层冲程为1~1.5m，砂砾、卵石层冲程为1~2m，该工程中的基岩层则应该采用4~5m的大冲程。在进行操作过程中，需在钢丝绳上做出标记，判断钻锤提升的高度。钻孔过程中，应该监测钻架看其是否存在倾斜问题，在孔口处，对钢丝绳是否处于设计孔位中心进行查看，如果偏位，则判定存在斜孔，需要采取有效措施进行处理。

1.3.3钢筋笼安装

借助固定支架，依照预先设计好的尺寸和规格，进行钢筋笼的制作，钢筋笼框架中主筋的接头应该错开布置，配合双面焊来保证焊接的牢固性。钢筋笼框架上，应该沿圆周，以2m为间隔，焊接相应的定位筋，数量为4根，保障钢筋笼安装时定位的准确性。然后借助吊具，采用逐节起吊、焊接的方式完成钢筋笼安装作业。

1.3.4混凝土浇筑

做好导管的安装作业，依照终孔后孔的深度来确定导管长度，可以将短管接在一起，得到最为理想的导管长度，通过水密试验来检验导管的密封性，确认不存在任何问题后，可以借助导管实施二次清孔作业，以免孔底沉渣过厚影响施工质量。导管的底部应该与孔底保持30cm左右的间距，这样才能够确保混凝土灌注的流畅性。混凝土灌注施工，第一批混凝土灌注可以采用拔球的方式，其数量需要能够保证导管的初次埋置深度不低于1m。在水下混凝土灌注施工时应注意，完成每一个批次的混凝土灌注后，都应该使用测绳来测定混凝土面的高度，对混凝土浇筑的量和时间进行准确记录，同时也应该就导管埋置的深度进行准确测定，适时将相应的导管节拆除，确保导管埋置的深度能够始终保持在2~6m左右，导管拆除的速度必须要快，这样才能避免出现导管堵塞的问题。另外，当混凝土面距离桩顶仅有数米时，导管内砼的压力会开始见效，从保证浇筑质量的角度，应该上下抖动导管，不过抖动的幅度不能过大。在混凝土灌注到设计标高后，应该适当增加0.5~1.0m的高度，以保证桩顶质量。

2.溶洞地质条件下的桥梁桩基施工

2.1工程概况

某高速公路桥梁所处范围内地层岩溶发育，地下溶洞数量众多且在空间分布方面缺乏规律，现场勘察结果显示，桥梁所有设计桥墩位置几乎都存在有地下溶洞，溶洞高度各不相同，最小约0.5m，最大超过5m。在桥梁桩基施工中，最大的难点体现在成孔环节，要求施工技术人员能够结合实际情况做好分析和研究，采取有效的措施和方法来保证施工效果。

2.2前期准备

桥梁本身所处的地面平整度较好，不过在8#和9#桥墩之间有条小溪，宽度为5m，桥墩设置在坚硬土地上，在左右线桥墩之间，设置了相应的便道，个别土壤松软的区域利用片石进行铺筑，保证了下雨天时设备能够顺利通过。在小溪适当位置，架设钢便桥，长度为6m，并在8#桥墩的右侧位置，整理出空地作为材料的堆放场所，空地面积约为400㎡。在左线6#~7#桥墩之间，以及7#~8#桥墩之间，开挖出相应的储浆池来对水泥浆液进行存储，其规格为10m×8m×1m。借助经过复测及审核后的导线点，于桥位周边，设置相应的标桩来为加密施工提供良好保障，同时也必须从桥梁施工需求的角度，建立起相应的测量控制网，对各个桩的孔位进行明确。

2.3桩基成孔

做好护筒埋设施工，在测量确定好的孔位中，对护筒进行精确埋设，确保护筒能够高出地面约30cm，整体埋置深度不低于1.2m，设计桩体直径为1.8m，护筒内直径设计为2.1m。在护筒埋设前，查阅相应的钻探资料，如果桩孔下方存在有溶洞，则应更换大直径钻锤和护筒，并准备好内层护筒；钻机就位，要求工作人员做好钻机调整工作，确保其前端能够朝向便道，确保桩基成孔后，能够顺利进行钢筋笼的安装以及混凝土的浇筑。若地下溶洞的位置距离地面较近，可以利用4根长度为12m的工字钢，焊接形成井子架，设置在钻机底部来提升其支撑面积，避免在钻孔过程中因为地下溶洞突然坍塌引发钻机沉陷的问题；冲击成孔，需要先将调制好的泥浆灌入护筒，借助小冲程高频率冲砸的方式来保证成孔效果。钻进后必须确保孔内水位超过地下水位1.5~2m，同时需要低于护筒面0.3；钻进过程中应关注以下核心问题：①每一个工作班次，都要对孔深进行至少两次测量，记录测量数据和渣样，将渣样依照钻进顺序进行排放，方便后续查看。②认真对照相应的钻探资料，在不同地层更换不同的冲程，以保证钻进效果。③钻孔过程中，要对孔径以及倾斜度进行定期检测，及时对存在的偏差进行调整，确保其能够切实满足设计要求。

3.结语

特殊地质条件下，桥梁桩基的施工会呈现出一些难以预见的问题，从保证施工质量和施工安全的角度，工程技术人员应该做好施工技术的合理选择和应用，确保其能够很好地适应特殊地质下的施工要求，推动桥梁桩基施工的顺利进行。

作者：陈开作

本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第22期