預(yù)防預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土開裂焊接施工關(guān)鍵技術(shù)方案分析

【摘要】通過對(duì)預(yù)防預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土開裂焊接技術(shù)方案進(jìn)行深化設(shè)計(jì)分析，提出了一套系統(tǒng)完整的預(yù)防預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土開裂的焊接施工方案。研究結(jié)果表明：該焊接施工方案能夠顯著削弱因預(yù)制構(gòu)件上預(yù)埋件和型鋼等焊接施工對(duì)預(yù)埋件附近混凝土的影響，解決了因焊接施工不當(dāng)導(dǎo)致預(yù)埋件附近混凝土形成薄弱區(qū)甚至開裂帶來的結(jié)構(gòu)質(zhì)量及耐久性問題，彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外在預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土開裂焊接技術(shù)的不足。同時(shí)，經(jīng)工程實(shí)踐表明，該焊接工藝能加快施工進(jìn)度、提高焊接施工質(zhì)量，還能夠帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】建筑； 預(yù)制構(gòu)件； 預(yù)埋件； 混凝土開裂； 焊接施工方案

【中圖分類號(hào)】TU758.14【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

［定稿日期］2022-11-04

［作者簡(jiǎn)介］楊杰（1985—），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)施工管理工作。

0 引言

近年來，國(guó)內(nèi)外的裝配式鋼筋混凝土廠房進(jìn)入了科學(xué)發(fā)展的新局面，呈現(xiàn)出預(yù)制構(gòu)件截面尺寸越來越大、預(yù)制構(gòu)件上預(yù)埋件數(shù)量越來越多，我國(guó)從單一的裝配式住宅到裝配式鋼筋混凝土廠房，有著良好的發(fā)展應(yīng)用前景［1-2］。但在進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件上預(yù)埋件和型鋼等焊接時(shí)，常會(huì)因焊接溫度過高、焊接措施不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致預(yù)埋件附近混凝土?xí)霈F(xiàn)薄弱區(qū)甚至燒傷開裂［3-4］，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全和耐久性，研究預(yù)防預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土開裂焊接施工關(guān)鍵技術(shù)迫在眉睫。

國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者在混凝土裂縫的形成及防治上展開了大量研究。盛治水等［5-7］研究分析了誘導(dǎo)預(yù)制混凝土構(gòu)件形成裂縫的主要因素，通過工程實(shí)際提出了不同裂縫的處置及預(yù)防措施；郭洪濤等［8］通過大量工程實(shí)際調(diào)研，研究發(fā)現(xiàn)預(yù)制混凝土構(gòu)建產(chǎn)生裂縫的主要原因包括預(yù)制混凝土構(gòu)建生產(chǎn)質(zhì)量控制不當(dāng)、施工操作不當(dāng)、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)龋粡埑?］采用了數(shù)值仿真手段通過構(gòu)建化學(xué)-熱-力耦合數(shù)值模型深入研究了早期混凝土開裂的原因，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，開發(fā)了基于熱力耦合法的計(jì)算分析程序；王鳳池等［10］結(jié)合數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法研究了局部混凝土收縮對(duì)混凝土殼體的影響，研究結(jié)果表明局部混凝土收縮將破壞殼體結(jié)構(gòu)自身平衡，引發(fā)結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力重分布，削弱結(jié)構(gòu)承載力。董延龍等［11-13］對(duì)混凝土外觀缺陷的危害程度進(jìn)行了分級(jí)，歸納分析了誘導(dǎo)混凝土外觀缺陷的原因，并提出了相應(yīng)的整治方法。李功林等［14-15］發(fā)現(xiàn)高溫是誘導(dǎo)混凝土構(gòu)件開裂的主要因素之一，并提出了高溫下預(yù)防混凝土構(gòu)件開裂的有效措施。

綜上，目前對(duì)混凝土預(yù)制構(gòu)件裂縫形成的原因及防治措施的研究取得了顯著成果，但對(duì)于預(yù)防預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土開裂的焊接施工技術(shù)還有待完善和研究。本文依托雙流區(qū)建筑垃圾資源化利用示范基地工程項(xiàng)目，通過對(duì)預(yù)防預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土開裂焊接技術(shù)方案進(jìn)行深化設(shè)計(jì)等進(jìn)行分析，提出了一套系統(tǒng)完整的預(yù)制構(gòu)件焊接工藝，通過工程實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)該焊接施工方案能夠降低建筑預(yù)制構(gòu)件焊接過程中對(duì)周圍混凝土的影響，減小混凝土薄弱區(qū)及燒傷開裂程度，保證了結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全和耐久性，研究結(jié)果可為類似工程提供一定的參考價(jià)值。

1 工程概況

某一建筑垃圾資源化利用示范基地項(xiàng)目位于四川省成都市區(qū)，項(xiàng)目建筑包括廠房、辦公樓、科普展廳、門衛(wèi)室、設(shè)備用房等，項(xiàng)目總建筑面積達(dá)到48 421.71 m2。該項(xiàng)目建筑均采用混凝土裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其裝配率超過93%，采用結(jié)構(gòu)、維護(hù)、裝飾一體化建造技術(shù)，建筑構(gòu)件在工廠完成制作，運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)完成安裝，提高了修建效率，節(jié)省了建造成本。

該示范基地項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)形式為裝配式排架結(jié)構(gòu)，采用工業(yè)化混凝土預(yù)制構(gòu)件制作、安裝，豎向構(gòu)件柱就位后，安裝預(yù)制混凝土梁、雙T板，使結(jié)構(gòu)行成整體，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用預(yù)制墻板。各預(yù)制構(gòu)件之間連接方式采用焊接，柱間支撐、水平組合鋼梁等與預(yù)制構(gòu)件也采用焊接。若焊接措施不當(dāng)預(yù)埋件附近混凝土容易形成薄弱區(qū)甚至燒傷開裂，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全和耐久性，研究預(yù)防預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土開裂焊接施工關(guān)鍵技術(shù)迫在眉睫。

2 焊接施工關(guān)鍵技術(shù)方案

2.1 焊接工藝流程

在進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件焊接之前，首先需要熟悉圖紙，掌握?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)的各項(xiàng)材質(zhì)、構(gòu)件尺寸和細(xì)部構(gòu)造；然后需要編制專項(xiàng)施工方案，進(jìn)行審批修改，逐步完善專項(xiàng)施工方案；最后進(jìn)行技術(shù)交底，讓技術(shù)員熟悉施工方案。

焊接前，需要對(duì)坡口進(jìn)行處理以及檢查襯板、引弧板和熄弧板，再進(jìn)行焊接構(gòu)件的預(yù)熱處理，預(yù)熱完成后按規(guī)定步驟依次焊接，最后按照相關(guān)規(guī)定對(duì)焊接部位保溫及檢查焊接質(zhì)量，具體焊接施工方案流程如下圖1所示。

2.2 焊接工藝關(guān)鍵技術(shù)剖析

為減小預(yù)制構(gòu)件埋件在焊接過程中周圍混凝土薄弱區(qū)及燒傷開裂程度，保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量及耐久性，焊接施工過程中需要做到以下關(guān)鍵幾步：

（1）焊接前應(yīng)對(duì)建筑預(yù)制構(gòu)件埋件四周進(jìn)行預(yù)熱處理，緩解焊接應(yīng)力局部集中現(xiàn)象，不同預(yù)制構(gòu)件埋件的預(yù)熱溫度可見下表1所示。

（2）在焊接施工過程中采取對(duì)熔池溫度的控制來減少焊接熱對(duì)預(yù)埋件四周混凝土燒傷。

（3）采取多層多道焊縫逐步堆積減少焊接熱過高對(duì)埋件四周混凝土的燒傷開裂。預(yù)制構(gòu)件埋件多焊接數(shù)量也多﹐預(yù)制構(gòu)件不會(huì)因埋件四周混凝土燒傷開裂而導(dǎo)致承載力和耐久性降低。

（4）焊接過程中采用從中間到兩邊的焊接方式以此降低焊接應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。

（5）焊接完成后，繼續(xù)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件埋件焊縫周圍局部加熱，消除焊接后與預(yù)制構(gòu)件埋件的殘余應(yīng)力，同時(shí)還應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行錘擊敲打，控制焊縫收縮補(bǔ)償，進(jìn)一步削弱焊后殘余應(yīng)力的影響。

2.3 工藝特點(diǎn)及其適用條件

2.3.1 工藝特點(diǎn)

（1）可顯著削弱因預(yù)制構(gòu)件焊接過程中產(chǎn)生的高溫及焊接應(yīng)力對(duì)周圍混凝土的損傷，從而保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量及耐久性。

（2）能夠簡(jiǎn)化工藝、省料、省工、降低成本。

（3）使整個(gè)項(xiàng)目減少了預(yù)制構(gòu)件因焊接開裂導(dǎo)致的后期修補(bǔ)，不影響下一道工序施工，使整個(gè)項(xiàng)目施工工期縮短。

2.3.2 工藝適用范圍

（1）預(yù)制構(gòu)件上預(yù)埋件數(shù)量多需要和其它預(yù)埋件及型鋼焊接，若焊接措施不當(dāng)預(yù)埋件附近混凝土容易形成薄弱區(qū)甚至燒傷開裂的預(yù)制構(gòu)件。

（2）預(yù)制構(gòu)件對(duì)耐久性、承載力要求高。

（3）預(yù)埋件附近混凝土形成薄弱區(qū)甚至燒傷開裂不易加固處理部位。

3 焊接質(zhì)量控制

3.1 焊接過程質(zhì)量控制

在整個(gè)預(yù)制構(gòu)件的焊接過程中需要確保焊接質(zhì)量，具體見表2所示。

3.2 焊接外觀質(zhì)量控制

建筑預(yù)制構(gòu)件埋件焊接施工完成后，需要確保焊接外觀質(zhì)量，其控制標(biāo)準(zhǔn)詳見表3所示。

4 焊接變形控制

4.1 建筑預(yù)制構(gòu)件埋件材料質(zhì)量控制

預(yù)制構(gòu)件埋件在出廠前應(yīng)按照規(guī)定的生產(chǎn)流程，嚴(yán)格把控各預(yù)制構(gòu)件埋件材料質(zhì)量。

4.2 鋼構(gòu)件變形控制

選擇合適的加熱方式，控制加熱溫度是控制鋼構(gòu)件變形的關(guān)鍵。采用本焊接工藝可以有效控制焊接過程中鋼構(gòu)件的局部變形，同時(shí)基于矯正工藝可有效控制鋼構(gòu)件的整體變形。具體控制措施如下所示。

（1）采用機(jī)械矯正法矯正預(yù)制構(gòu)件埋件焊縫，通過機(jī)械對(duì)焊縫的碾壓處理，使得焊縫處于受壓狀態(tài)，與此同時(shí)控制壓縮塑性變形區(qū)，從而有效控制變形，該法適用范圍較低，一般用于翼緣寬度大于200 mm的工字鋼中。

（2）火焰矯正法控制變形。采用中性焰以不均勻的加熱方式使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，從而矯正原有的殘余變形。該法操作難度大，首先需要掌握因火焰局部加熱導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生變形的大致規(guī)律，以此確定加熱部位，最終才能消除殘余變形，若沒有找到正確的加熱部位，效果將會(huì)相反，甚至加大參與變形，同時(shí)火焰溫度不能過高，以免破壞金屬屬性。

4.3 柱、梁的變形控制

對(duì)于柱、梁的變形控制，應(yīng)采用圓點(diǎn)加熱法的方式。當(dāng)加熱達(dá)到時(shí)，錘擊敲打構(gòu)件，使之處于受壓狀態(tài)，加熱完成后方可恢復(fù)平整，需注意的是，該加熱方式的加熱范圍應(yīng)控制在100～200 mm之間，同時(shí)注意控制加熱溫度。

4.4 工字鋼的變形控制

對(duì)于工字鋼的變形控制，首先需采用縱向線狀的加熱方式，加熱溫度不得超過650 ℃，加熱范圍僅限于兩焊腳內(nèi)，同時(shí)需注意均勻加熱，避免集中加熱導(dǎo)致構(gòu)件局部受熱過大。加熱具體方式如下所示：

（1）翼緣加熱。翼緣的加熱方式應(yīng)從慣性矩最大的中心部位向兩頭逐步擴(kuò)散，呈縱向線狀加熱。

（2）腹板加熱。腹板的加熱采用三角形加熱方式，加熱范圍應(yīng)在20～90 mm之間，若腹板厚度過小，對(duì)應(yīng)的加熱范圍適當(dāng)縮小，為避免應(yīng)力集中，加熱時(shí)，同樣采取中間到兩頭的逐步加熱方式。

5 工程實(shí)踐

5.1 項(xiàng)目一

該焊接施工工藝在成都市某一建筑垃圾資源化利用示范基地項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件焊接中成功應(yīng)用，效益良好，帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益約12 460元，具體分析如下：

按照傳統(tǒng)焊接方法會(huì)導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土燒傷開裂，埋件燒傷開裂處混凝土的剔鑿修補(bǔ)（工程總量合計(jì)：型號(hào)種類301種、2239棉、方量13 844.15 m3），人工費(fèi)節(jié)約0.3/m3，人工費(fèi)節(jié)約4 153元；材料費(fèi)節(jié)約0.5/m3，材料費(fèi)節(jié)約6 922元；機(jī)械費(fèi)節(jié)約0.1/m3，機(jī)械費(fèi)節(jié)約1 384元。

在本項(xiàng)目中，該焊接工藝顯著降低了預(yù)埋件附近混凝土薄弱區(qū)范圍及燒傷開裂程度，在焊接施工過程中保證了預(yù)制構(gòu)件的承載力和耐久性。同時(shí)，該工藝在該工程中的應(yīng)用減少了預(yù)埋件附近混凝土的修補(bǔ)和焊接過程中安全風(fēng)險(xiǎn)，加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了工程成本。采用該工法后工程質(zhì)量?jī)?yōu)良，取得了良好的效果，如圖2～圖4所示。

5.2 項(xiàng)目二

該焊接施工工藝在成都市另一建筑項(xiàng)目中應(yīng)用效益良好，帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益約645元，具體分析如下：

按照傳統(tǒng)焊接方法會(huì)導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土燒傷開裂，埋件燒傷開裂處混凝土的剔鑿修補(bǔ)（工程總量合計(jì)：型號(hào)種類13種、110福、方量715.2m3），人工費(fèi)節(jié)約0.3/m3，人工費(fèi)節(jié)約215元；材料費(fèi)節(jié)約0.5/m3，材料費(fèi)節(jié)約358元；機(jī)械費(fèi)節(jié)約0.1/m3，機(jī)械費(fèi)節(jié)約72元。

在本項(xiàng)目中，該焊接工藝有效地解決了預(yù)埋件附近混凝土容易形成薄弱區(qū)甚至燒傷開裂的問題，確保了預(yù)制構(gòu)件的承載力、耐久性及觀感質(zhì)量。整個(gè)項(xiàng)目減少了預(yù)制構(gòu)件因焊接開裂導(dǎo)致的后期修補(bǔ)，同時(shí)該焊接工藝不影響下一道工序施工，減少了施工工期，節(jié)約了投資成本。

5.3 效益分析

通過工程實(shí)踐分析，該預(yù)防預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土開裂焊接施工方案帶來的價(jià)值大致體現(xiàn)在5個(gè)方面：

（1）經(jīng)濟(jì)效益。該施工方法避免預(yù)埋件附近混凝土容易形成薄弱區(qū)甚至燒傷開裂，避免薄弱破損區(qū)域混凝土剔鑿修補(bǔ)，對(duì)減小成本降低造價(jià)極為重要。該焊接施工工藝在“雙流區(qū)建筑垃圾資源化利用示范基地項(xiàng)目”預(yù)制構(gòu)件焊接中應(yīng)用，取得預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益高達(dá)12 460元。

（2）工期方面。避免預(yù)埋件附近混凝土容易形成薄弱區(qū)甚至燒傷開裂，避免薄弱破損區(qū)域混凝土剔鑿修補(bǔ)；從而不會(huì)影響后續(xù)工序施工，節(jié)約大量工期加快施工進(jìn)度。

（3）質(zhì)量方面。避免預(yù)埋件附近混凝土容易形成薄弱區(qū)甚至燒傷開裂，減小預(yù)制構(gòu)件開裂、斷裂風(fēng)險(xiǎn)。確保預(yù)制構(gòu)件的耐久性、整體性和后期使用功能。

（4）安全方面。減少高空剔鑿和修補(bǔ)作業(yè)，減少交叉作業(yè)，減小了現(xiàn)場(chǎng)安全事故的發(fā)生頻率。

（5）社會(huì)效益。順利完成了整個(gè)項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件的焊接，施工質(zhì)量得到各方好評(píng)，施工過程中未出任何安全事故。焊接后預(yù)埋件四周混凝土觀感質(zhì)量好，滿足了裝配式建筑工業(yè)化、裝配化、一體化要求。

6 結(jié)束語

本文針對(duì)雙流區(qū)建筑垃圾資源化利用示范基地項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土開裂問題，通過對(duì)預(yù)防預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土開裂焊接技術(shù)方案進(jìn)行深化設(shè)計(jì)等進(jìn)行分析，提出了一套系統(tǒng)完整的預(yù)防預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土開裂的焊接施工方案，主要研究結(jié)果如下：

（1）該焊接工藝解決了預(yù)制構(gòu)件上預(yù)埋件和型鋼等焊接時(shí)因焊接措施不當(dāng)而導(dǎo)致預(yù)埋件附近混凝土形成薄弱區(qū)甚至開裂的問題，保證了結(jié)構(gòu)質(zhì)量和耐久性要求，彌補(bǔ)了目前國(guó)內(nèi)外在預(yù)制構(gòu)件埋件周圍混凝土開裂焊接技術(shù)的不足，在生產(chǎn)和施工工藝方面均顯示出了優(yōu)越性。

（2）本焊接工藝在“雙流區(qū)建筑垃圾資源化利用示范基地項(xiàng)目”和“錦繡金沙項(xiàng)目總承包”工程上的使用一方面提高了焊接質(zhì)量、加快了施工進(jìn)度，另一方面還節(jié)約了成本，分別帶來12 460元、645元的經(jīng)濟(jì)效益。

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