預防預制構件埋件周圍混凝土開裂焊接施工關鍵技術方案分析

【摘要】通過對預防預制構件埋件周圍混凝土開裂焊接技術方案進行深化設計分析，提出了一套系統(tǒng)完整的預防預制構件埋件周圍混凝土開裂的焊接施工方案。研究結果表明：該焊接施工方案能夠顯著削弱因預制構件上預埋件和型鋼等焊接施工對預埋件附近混凝土的影響，解決了因焊接施工不當導致預埋件附近混凝土形成薄弱區(qū)甚至開裂帶來的結構質量及耐久性問題，彌補了國內外在預制構件埋件周圍混凝土開裂焊接技術的不足。同時，經(jīng)工程實踐表明，該焊接工藝能加快施工進度、提高焊接施工質量，還能夠帶來一定的經(jīng)濟效益。

【關鍵詞】建筑； 預制構件； 預埋件； 混凝土開裂； 焊接施工方案

【中圖分類號】TU758.14【文獻標志碼】B

［定稿日期］2022-11-04

［作者簡介］楊杰（1985—），男，本科，高級工程師，主要從事建筑結構施工管理工作。

0 引言

近年來，國內外的裝配式鋼筋混凝土廠房進入了科學發(fā)展的新局面，呈現(xiàn)出預制構件截面尺寸越來越大、預制構件上預埋件數(shù)量越來越多，我國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)展應用前景［1-2］。但在進行預制構件上預埋件和型鋼等焊接時，常會因焊接溫度過高、焊接措施不當?shù)葘е骂A埋件附近混凝土會出現(xiàn)薄弱區(qū)甚至燒傷開裂［3-4］，嚴重影響結構質量安全和耐久性，研究預防預制構件埋件周圍混凝土開裂焊接施工關鍵技術迫在眉睫。

國內外眾多學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］研究分析了誘導預制混凝土構件形成裂縫的主要因素，通過工程實際提出了不同裂縫的處置及預防措施；郭洪濤等［8］通過大量工程實際調研，研究發(fā)現(xiàn)預制混凝土構建產(chǎn)生裂縫的主要原因包括預制混凝土構建生產(chǎn)質量控制不當、施工操作不當、養(yǎng)護不當?shù)龋粡埑?］采用了數(shù)值仿真手段通過構建化學-熱-力耦合數(shù)值模型深入研究了早期混凝土開裂的原因，同時結合現(xiàn)場實踐，開發(fā)了基于熱力耦合法的計算分析程序；王鳳池等［10］結合數(shù)值計算和現(xiàn)場測試的方法研究了局部混凝土收縮對混凝土殼體的影響，研究結果表明局部混凝土收縮將破壞殼體結構自身平衡，引發(fā)結構內部應力重分布，削弱結構承載力。董延龍等［11-13］對混凝土外觀缺陷的危害程度進行了分級，歸納分析了誘導混凝土外觀缺陷的原因，并提出了相應的整治方法。李功林等［14-15］發(fā)現(xiàn)高溫是誘導混凝土構件開裂的主要因素之一，并提出了高溫下預防混凝土構件開裂的有效措施。

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

1 工程概況

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

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

2 焊接施工關鍵技術方案

2.1 焊接工藝流程

在進行預制構件焊接之前，首先需要熟悉圖紙，掌握圖紙設計的各項材質、構件尺寸和細部構造；然后需要編制專項施工方案，進行審批修改，逐步完善專項施工方案；最后進行技術交底，讓技術員熟悉施工方案。

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

2.2 焊接工藝關鍵技術剖析

為減小預制構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，保證結構質量及耐久性，焊接施工過程中需要做到以下關鍵幾步：

（1）焊接前應對建筑預制構件埋件四周進行預熱處理，緩解焊接應力局部集中現(xiàn)象，不同預制構件埋件的預熱溫度可見下表1所示。

（2）在焊接施工過程中采取對熔池溫度的控制來減少焊接熱對預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埋件四周混凝土的燒傷開裂。預制構件埋件多焊接數(shù)量也多﹐預制構件不會因埋件四周混凝土燒傷開裂而導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力對結構的不利影響。

（5）焊接完成后，繼續(xù)進行預制構件埋件焊縫周圍局部加熱，消除焊接后與預制構件埋件的殘余應力，同時還應對焊縫進行錘擊敲打，控制焊縫收縮補償，進一步削弱焊后殘余應力的影響。

2.3 工藝特點及其適用條件

2.3.1 工藝特點

（1）可顯著削弱因預制構件焊接過程中產(chǎn)生的高溫及焊接應力對周圍混凝土的損傷，從而保證結構質量及耐久性。

（2）能夠簡化工藝、省料、省工、降低成本。

（3）使整個項目減少了預制構件因焊接開裂導致的后期修補，不影響下一道工序施工，使整個項目施工工期縮短。

2.3.2 工藝適用范圍

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

（2）預制構件對耐久性、承載力要求高。

（3）預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 焊接質量控制

3.1 焊接過程質量控制

在整個預制構件的焊接過程中需要確保焊接質量，具體見表2所示。

3.2 焊接外觀質量控制

建筑預制構件埋件焊接施工完成后，需要確保焊接外觀質量，其控制標準詳見表3所示。

4 焊接變形控制

4.1 建筑預制構件埋件材料質量控制

預制構件埋件在出廠前應按照規(guī)定的生產(chǎn)流程，嚴格把控各預制構件埋件材料質量。

4.2 鋼構件變形控制

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

（1）采用機械矯正法矯正預制構件埋件焊縫，通過機械對焊縫的碾壓處理，使得焊縫處于受壓狀態(tài)，與此同時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構產(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致構件產(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，效果將會相反，甚至加大參與變形，同時火焰溫度不能過高，以免破壞金屬屬性。

4.3 柱、梁的變形控制

對于柱、梁的變形控制，應采用圓點加熱法的方式。當加熱達到時，錘擊敲打構件，使之處于受壓狀態(tài)，加熱完成后方可恢復平整，需注意的是，該加熱方式的加熱范圍應控制在100～200 mm之間，同時注意控制加熱溫度。

4.4 工字鋼的變形控制

對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，同時需注意均勻加熱，避免集中加熱導致構件局部受熱過大。加熱具體方式如下所示：

（1）翼緣加熱。翼緣的加熱方式應從慣性矩最大的中心部位向兩頭逐步擴散，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，加熱范圍應在20～90 mm之間，若腹板厚度過小，對應的加熱范圍適當縮小，為避免應力集中，加熱時，同樣采取中間到兩頭的逐步加熱方式。

5 工程實踐

5.1 項目一

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目預制構件焊接中成功應用，效益良好，帶來的直接經(jīng)濟效益約12 460元，具體分析如下：

按照傳統(tǒng)焊接方法會導致預制構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（工程總量合計：型號種類301種、2239棉、方量13 844.15 m3），人工費節(jié)約0.3/m3，人工費節(jié)約4 153元；材料費節(jié)約0.5/m3，材料費節(jié)約6 922元；機械費節(jié)約0.1/m3，機械費節(jié)約1 384元。

在本項目中，該焊接工藝顯著降低了預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制構件的承載力和耐久性。同時，該工藝在該工程中的應用減少了預埋件附近混凝土的修補和焊接過程中安全風險，加快了施工進度，節(jié)約了工程成本。采用該工法后工程質量優(yōu)良，取得了良好的效果，如圖2～圖4所示。

5.2 項目二

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

按照傳統(tǒng)焊接方法會導致預制構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（工程總量合計：型號種類13種、110福、方量715.2m3），人工費節(jié)約0.3/m3，人工費節(jié)約215元；材料費節(jié)約0.5/m3，材料費節(jié)約358元；機械費節(jié)約0.1/m3，機械費節(jié)約72元。

在本項目中，該焊接工藝有效地解決了預埋件附近混凝土容易形成薄弱區(qū)甚至燒傷開裂的問題，確保了預制構件的承載力、耐久性及觀感質量。整個項目減少了預制構件因焊接開裂導致的后期修補，同時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

通過工程實踐分析，該預防預制構件埋件周圍混凝土開裂焊接施工方案帶來的價值大致體現(xiàn)在5個方面：

（1）經(jīng)濟效益。該施工方法避免預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，對減小成本降低造價極為重要。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目”預制構件焊接中應用，取得預期經(jīng)濟效益高達12 460元。

（2）工期方面。避免預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；從而不會影響后續(xù)工序施工，節(jié)約大量工期加快施工進度。

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

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

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

6 結束語

本文針對雙流區(qū)建筑垃圾資源化利用示范基地項目預制構件埋件周圍混凝土開裂問題，通過對預防預制構件埋件周圍混凝土開裂焊接技術方案進行深化設計等進行分析，提出了一套系統(tǒng)完整的預防預制構件埋件周圍混凝土開裂的焊接施工方案，主要研究結果如下：

（1）該焊接工藝解決了預制構件上預埋件和型鋼等焊接時因焊接措施不當而導致預埋件附近混凝土形成薄弱區(qū)甚至開裂的問題，保證了結構質量和耐久性要求，彌補了目前國內外在預制構件埋件周圍混凝土開裂焊接技術的不足，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目”和“錦繡金沙項目總承包”工程上的使用一方面提高了焊接質量、加快了施工進度，另一方面還節(jié)約了成本，分別帶來12 460元、645元的經(jīng)濟效益。

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