关键词：钢管桩水下修复； 水下焊接；磁粉检测；修补材料
1.引言：钢管桩基础在码头、港口建设中比较常用，随着海上风电的大力开发，其钢管桩基础形式更是结构主流，但短板也日益凸显。如钢管桩防腐涂层厚度在水流冲刷作用下逐渐变薄；管桩加工过程中的质量缺陷导致基础在使用过程中破损；以及在沉桩过程时由于操作失误导致钢管桩桩壁撕裂等，为保证基础质量安全能正常使用需要对其钢管桩进行修补，以确保正常的使用年限。
2.工程概况
三峡新能源阳西沙扒（300MW）海上风电项目试桩工程基础结构形式为4根钢管桩加导管架型式，钢管桩在修补前需要对破损位置以及破损大小进行详细的了解，以便制定有针对性的修补方案，因破损处位于水面以下，需要安排潜水员进行查看，下潜前要掌握作业区的气象、水深、水温、流速等施工环境情况。作业条件为水面风力小于6级、水流流速小于0.1?~ 0.3m/s。下潜时带好测量工具以及摄像设备，根据现场的测量数据对破损处进行绘图，破损尺寸以及位置如下图所示：
3.修补方案
根据破损面尺寸来看，破损处长330mm，外凸30mm，高450mm，为保证顺利安装，修补钢板安装前需将破损区域周边卷边的部分、裂缝外突部分（妨碍修补钢板安装）切割掉，切割后孔洞尺寸为450mm*440mm；同时为保证结构安全，修补钢板需要将凹陷区以及孔洞处全覆盖，钢桩缺陷按高850，宽650椭圆孔挖除考虑。因此钢板型号为：Q345B材质，厚30mm（钢管桩原壁厚28mm），尺寸高1400mm*宽1086mm。
3.1修补材料加工
为保证修补钢板与桩基础可靠连接，修补钢板与桩用填角焊连接，为减少角焊缝应力集中，一侧焊角高28mm,另一侧高35mm，成凹状。修补钢板分别开150X100和180X100两种类型长圆形塞焊孔，焊角尺寸同上，为减少腐蚀作用，修补钢板焊接阳极块，并涂刷防腐层，防腐层要求与钢管桩防腐一致。
3.2修补前桩面处理
标示出修补钢板焊接位置、区域边线，确定修补钢板临时固定的位置，将破损区域周边妨碍修补钢板安装的卷边的部分、裂缝外突部分切割掉，区域标示及切割完成后使用水下液压打磨机磨平外凸的毛刺等。
3.3下放修补钢板并临时固定
由于桩基础为斜桩，且破损区域在钢桩正阳面偏真北45°方向，修补钢板无法直接放置于斜桩上，修补钢板较重，使用履带吊下放至修补处。
将修补钢板缓慢顺放至标高位置，由潜水员水下将修补钢板吊点倒挂至桩身的手拉葫芦上，潜水员调节手拉葫芦将修补钢板拉至预先标示的焊接区域并使用两层环向手拉葫芦环抱拉死，直至修补钢板贴合桩身，拉死后临时点焊固定。
3.4水下调整修补钢板与桩身间隙
如果修补钢板与桩身贴合不严，在修补钢板焊接过程可能会产生变形，需要使用“7”型板及楔子板相配合以减小修补钢板与桩身之间的缝隙并限制修补钢板在焊接过程中的变形。水下焊接“7”型板，焊接位置为修补钢板周边，布置间隔原则上为45cm，如有凹陷区域则视情况进行加密。“7”型板及楔子板使用方式及结构尺寸如下：
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“7”型板和楔子板使用示意图
3.5修补钢板水下焊接
修补钢板与桩用填角焊“湿法水下焊接”连接，焊接前潜水员做好防护措施，佩戴绝缘手套，根据钢管桩及修补钢板厚度配置相应型号的焊条，焊接时，焊条和被焊接物体成45°角，仰焊必须缓慢进行，同时弧光必须保持稳定。由于水下焊接不同于水上焊接，受钢板脆性的强度、潜水员的稳性控制、水流等影响，水下焊接和水上焊接不可能产生同等的效果，因此，必须适当增加焊接物堆积厚度。潜水员在更换焊条时，水面控制人员必须同时切断电源。焊接完成后砸掉“7”型板和楔子板，补焊“7”型板妨碍焊接的部分。
3.6焊缝质量检测
焊缝质量检测使用磁粉检测方法，当焊接处内部有缺陷时,磁力线通过缺陷就会形成漏磁场，在被检区域撒上磁粉，当磁粉的两极与漏磁场的两极相互作用时,漏磁场对磁粉的吸引就是磁极的作用。磁粉会被吸引并迅速移到缺陷上去形成雄积。在水下我们可以通过荧光磁粉,配合黑光灯发出的策外线,能清晰地看到缺陷处的磁粉堆积。
4.潜水水下安全预控
本次施工主要涉及潜水、探摸、水下切割、水面吊放作业及水下焊接等作业，为保障潜水作业安全，潜水作业要严格执行如下要求。
1)潜水员应根据潜水作业需要，进行理论与实际操作的专业培训，并取得相应的证书，并做到持证上岗。
2)在实施潜水作业前,应根据实际作业内容进行作业安全分析(JSA),以识别与潜水作业的每一步骤有关的危害，并确立减少、排除或防范危险的方法。
3)作业单位实施潜水作业前，需指定潜水作业主管，并聘任潜水监督具体组织实施潜水作业。
4)根据不同的潜水工作内容，组成潜水作业队，自携式潜水不得少于 3人，其中潜水员不少于 2 名。水面供气空气潜水不得少于 5 人，其中潜水员不少于 3 名。
5)任何方式的潜水，必须由潜水医生或生命支持员或潜水监督配合正确选择和严格执行减压方案，严防错误操作，不得疏忽失职，防范潜水减压疾病的产生。
6)潜水现场应有相应的隔离标识，无关人员不能进入潜水区域；且潜水开始和结束时，应通知现场所有人员。
7)潜水员水下探摸、录像完成后即刻报告至水面人员，水面人员根据图纸或技术文件确定此区域目前的状态并为下一步施工提供依据。
8)潜水员水下探摸时不可随意触碰探出、变形的结构物，即使必须要进行切割时也要在其上方进行。
9)潜水设备和装具必须通过国家认可的专业机构检验合格，方可使用。禁止使用未经检验或者报废的潜水设备和装具进行作业。
10）潜水供气系统：应有两套以上独立的主气源，一套应急气源，按照标准定期进行测试，其中气体数量、质量、压力、温度及流量等，必须能够保证潜水作业、应急供气和潜水疾病治疗的需要。
11）潜水通讯系统应具有双向通话功能，其清晰度足以保证水面人员与水下作业人员的联系畅通无阻。
12）潜水员供气管、信号绳以及相关索具、工具等的强度、耐磨性、阻力等必须符合相关标准和要求。
5、应用效果
该工艺成功解决钢管桩小部位的撕裂情况下进行水下焊，而接近年来，新能源的发展日新月异，海上风电行业尤甚。随着风场不断向外海延伸，距离陆域距离越来越远，水深越来越深，桩长、桩径、桩重等钢管桩参数不断提升，而导管架基础是深海结构主流型式，该事件对以后海上风电钢管桩类似施工提供借鉴。
6.结语
通过本次修补过程，总结了水下修补施工经验，在遇到类似的修补工程时，修补前需要详细了解需要修补区域的损坏情况，以及气象情况，制定有针对性的修补方案及安全措施，修补钢板的尺寸要完全覆盖破损区域，同时需要注意修补钢板与钢管桩贴合程度，施工过程中应注意安全，防止发生水下作业安全事故。
参考文献：
[1]《水下焊接规范》SYT7339-2016.
[2]《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205.
[3]《空气潜水安全要求》GB 26123-2010.
论文作者:高磊,刘宝春, 梁博
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷24期
论文发表时间:2020/4/26
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