摘要：本文以常用的承重钢结构Q390A钢为焊接母材，采用不同的焊接工艺方法实现钢结构试样的制备，然后进行钢结构试样的耐腐蚀性试验，从而分析焊接工艺对钢结构耐腐蚀性的影响。
关键词：焊接工艺；钢结构；耐腐蚀性；影响
1验材料与方法
1.1试样制备
本试验选用低合金高强度结构钢Q390A钢作为焊接母材，经Q8型直读光谱仪与GC-508A型高性能专用硫磷分析仪分析后，其化学成分符合有关要求。分别采用四种焊接工艺进行钢结构的焊接，得到试验所需的钢结构试样。Q390A钢板尺寸均为500mmx300mmxlOmm，焊条牌号均为J556。接头形式均为对接，焊接方向均为从左端向右端不间断地焊接，焊接长度均为500mm，焊接环境温度均为(25±1)℃。四种焊接工艺的主要参数，如表l所示。
表1 焊接工艺参数 湖南省核工业地质局301大队 430114
摘要：土洞是可溶岩地区特有的不良地质作用在上覆土层中形成的洞穴，它是造成地面塌陷等地质灾害的主要诱因，已成为覆盖型岩溶区工程建设的主要病害。根据多年工程实践经验，对岩溶地区覆盖型土洞的成因、分类、发育规律及勘察方法进行了分析，提出了其评价方法及地基处理措施。
关健词：土洞；成因；处理
土洞是埋藏在覆盖型岩溶地区上覆土层内的空洞，其继续发展会造成地表塌陷，是一种常见的不良地质现象。由于土洞形成的地表塌陷具有地点的隐蔽性、时间的突发性,征兆隐秘等特点，危害极大，湖南省境内部分地区属浅覆盖岩溶区，尤其是采空区影响范围为岩溶土洞地面塌陷等地质灾害易发区，因岩溶作用诱发的土洞地面塌陷时有发生，对地面和地下建构筑物、道路及附属设施、管网，以及村庄农田等造成严重破坏，给人民生命和财产造成巨大损失，并严重破坏地质环境，生态恢复治理困难。对工程建设场地的稳定性影响十分严重，威胁建筑物的安全正常使用。因此如何对土洞的成因机理、分布特征、发育规律及地基处理措施进行研究，在学术讨论与实践应用中都具有重要的意义。。
1、土洞的形成过程
土洞的形成因素主要有两种：一是内在因素（包括土的结构、构造、水文地质条件、基岩岩溶发育情况等），它们对土洞的形成起决定性作用；二是外部成因（包括天然和人为因素引起的地下水位变化所造成的潜蚀作用），它们是土洞形成的“催化剂”，其形成过程如下：
（1）在岩溶地区，地下水动力条件发生变化时，原来被堵塞的落水洞，裂隙口及与其相连的下部排水通道复活，重新成为地下水集中活动的地段；
（2）地下水位上升，遇抗水性差的土，溶蚀作用加强引起土体强烈崩解，崩解物部分顺喇叭口落入下部溶洞中，初步形成上覆土层中的土洞；
（3）地下水继续作用，土颗粒沿岩溶洞穴裂隙被带走使上层土中的空洞逐渐扩大，向上呈拱形发展；
（4）土洞进一步扩大，空洞向地表发展，顶板渐薄到不能支持上部土的重量时便突然发生塌落；
（5）塌陷后，地面便成为地表径流汇集的场所，大量冲积物日益堆集，使底部逐渐接近蝶形洼池；
（6）土洞在形成过程中，沉积在洞底的塌落土体有时不能被带走而堵塞通道，若潜蚀作用大于堵塞作用，土洞继续发展；反之土洞就停止发展。因此，不是所有土洞都能发展到地表塌陷。
2、土洞的分类
目前，国内尚无系统、完整的土洞分类方法，根据多年工程实践经验，按照土洞所处的水文地质分带、形成因素、埋深将土洞分类如表1所示。
表1 土洞分类表
3、土洞的分布规律
（1）土洞是岩溶作用的产物，其分布受岩性、岩溶水、地质构造等因素控制；
（2）土洞发育地段其下覆基岩中必有岩溶水通道，这通道不一定是大的空洞，与洞底连通的往往是溶蚀沟槽、上宽下窄的溶蚀裂隙；
（3）土洞的发育速度、规模与地下水动力条件、升降幅度及频率有关，土洞常沿构造断裂带发育；
（4） 土洞常沿地下水主要径流方向分布，多形成于地下水抽水量急剧变化期间；
（5）土洞常分布溶沟两侧、落水洞、石芽侧壁、溶槽、溶蚀残丘坡麓地带；
（6）土洞多分布于岩土交界面附近，常发育于抽水降落漏斗范围内。
4、土洞的勘察
凡是岩溶地区有第四纪土层发育时，都要注意土洞的发育可能性。勘察方法应该以工程地质测绘和地球物理勘探为主，辅以钻探和触探等手段加以验证，必要时结合室内物理模型实验和数值模拟。
（1）工程地质物探：按不同的工作目的开展多种比例尺的工程地质测绘，比例尺通常为（1：2000）~（1：5000），用于了解土洞可能发育的各种条件：
①区域地层岩性与结构、地质构造；
②地下水开采状况、人类活动情况；
③诱发因素、产生的地质灾害调查。
（2）地球物理勘探：采用电探为主，地面物探与井下物探相结合，根据不同的地层的地质条件、水文地质条件及拟解决的地质问题，选用有效的物探方法，尽可能采用效果好的新技术新方法，如地质雷达、浅层地震、高密度电法、瞬间电磁法等；
（3）钻探：布置适量的钻探工作，主要用于验证物探异常情况，查明土洞发育带，并结合取样、抽水试验及综合测井等多种方法取得有关参数，勘探孔数量应为物探异常点的15%~20%，以揭露浅部岩溶发育带为原则。
当基岩埋藏浅，地下水位埋藏在基岩中时，且上覆土层小于30m时，钻探深度应深至基岩面；当基岩埋藏深，钻孔深度应大于30m。如基岩中溶岩发育时，钻孔深度应根据研究场地稳定性的需要确定孔深；
（4）钎探、小口径螺纹钻、静力触探：通过钎探、小口径螺纹钻、静力触探与物探相结合，探明土层中土洞的分布特征，了解土层的变化，勘探点一般占物探异常点的25%~30%；
（5）室内物理模型实验及地下水流场数值模拟：开展预防研究工作，在广泛、渗入、细致的调查基础上，搜集与塌陷有关的气象、地质、环境地质等方面的资料。室内物理模型实验通过模拟试验，再现土洞发育过程，研究土洞形成机理。这是研究突发性地质灾害有效的方法，可以取得野外无法取得的数据资料。地下水流场数值模拟主要是建立工作区水文地质概念模拟，选择有代表性参数，注重数学模型与地质模型的一致性，进行模拟分析与预测。
5、土洞的地基处理方法
（1）清除换填法：当土洞埋藏较浅时且规模不大时，先挖小井清除土洞中松散充填物，然后回填夯实素填土、毛石或毛石混凝土等；
（2）跨越法：当土洞埋藏较浅时，采用钢筋混凝土梁或板跨越未经处理或已经处理后的土洞；
（3）挤密法：当土洞埋藏较浅时，将砂桩、木桩、铁管、混凝土桩打入土洞，并嵌入下部密实的土层中，使土洞中的松散土被挤密后，形成复合地基；
（4）灌浆法：对于中、深层土洞，因挖弃换填困难时，采用钻孔注浆，将土洞填实；对较大的土洞引起的地面塌陷，可采用先抛石再灌浆处理。
（5）强夯法：对于土洞发育区进行工程建设时，采用此法处理土洞，既可提高地基承载力，又能使非稳定土洞破坏夯实，是大面积处理浅层土洞群的有效措施之一。
6、土洞勘查与治理案例
湖南宁乡县喻家坳乡处于煤炭坝煤矿采空区影响范围，下伏基岩为二迭系下统茅口组灰岩，由于早期煤炭的大量开采，地下水的不断抽排，地下水位频繁变化，加大了采空区影响范围内岩溶（溶洞、溶蚀裂隙等）的通道的连通性，以致上部覆盖土层土洞的形成，因近几年煤矿关停，地下水位上升，地下水对土洞侧壁及顶板的侵蚀潜蚀作用，使土洞顶板越来越薄，诱发地面塌陷。2015年5月下旬喻家坳乡涌泉山村罗塘组两村民住宅中间地面形成的直径约5米的近圆形塌陷坑，深度在20米以上，属于典型的岩溶作用形成的土洞，诱发地面塌陷，以致邻近居民房屋地基失稳，墙体出现开裂，严重影响邻近村民的生活生产安全。
针对该组片区出现的不良地质现象，对该片地区采用地质雷达勘查与地质钻探相结合的手段，在塌陷处的南侧及西南侧发现并确认了浅部土洞两处，对出现的塌陷坑采用先抛块石、砂卵石，再灌注速凝混凝土逐步充填到离地面约2米，然后回填粘性土，对发现的浅部土洞采用灌浆处理。处理后对邻近建筑物进行了6个月的位移与沉降观测，墙体开裂得到了有效控制，几年来该片区再未出现地面沉降与塌陷的地质灾害现象。
1.2试样耐腐蚀性试验
（1）中性盐雾腐蚀试验：将上述四种钢结构试样置于AHL-60-SS型盐雾腐蚀试验箱中240h完成中性盐雾腐蚀试验，试验溶液为(50±5)g／L的NaCl溶液，pH值为6.85±0.3，试验温度为(35±2)℃。试验过程中，每24h取出试样，进行试样表面盐雾腐蚀产物的清除，再用无水乙醇清洗后烘干称量并记录试样的质量损失。
（2）酸性全浸腐蚀试验：将上述四种钢结构试样，置于以往收集的酸雨(pH=5.3±0.2)中浸泡240h完成酸性腐蚀全浸试验。试验之前。用砂纸除掉试样表面的氧化物，再用酒精和蒸馏水清洗并烘干称量；试验中，每24h取出试样，用蒸馏水清洗三次后烘干称量并记录试样的质量损失。
2试验结果分析
2.1中性盐雾腐蚀试验结果
中性盐雾腐蚀试验结果如图1。这四种焊接工艺得到的Q390A钢结构试样具有不同的质量损失。手工电弧焊钢结构试样的质量损失最多。腐蚀240h后其质量损失率达到16.04％；而自动埋弧焊和自动CO：气体保护焊钢结构试样的质量损失较少.分别为10.86％、9.37％：TIME焊钢结构试样的质量损失最少，仅为5.91％，较手工电弧焊降低了63.15％，较自动埋弧焊降低了41.58％，较自动CO：气体保护焊降低了36.93％。可见，焊接工艺会影响钢结构在中性盐雾环境中的耐腐蚀性能。四种焊接工艺得到的钢结构耐腐蚀性能依次是：TIME焊接>自动CO：气体保护焊>自动埋弧焊>手工电弧焊。
图1样在中性盐雾腐蚀环境中的质量损失率一时间曲线
2.2酸性全浸腐蚀试验结
酸性腐蚀全浸试验后试样的表面形貌如图2。可看出，与其它三种焊接工艺方法相比，手工电弧焊钢结构试样经过240h的酸性腐蚀后.焊接接头表面出现了众多面积较大的腐蚀坑，焊缝部位几乎全部产生了腐蚀坑，腐蚀现象很严重。而自动埋弧焊和自动CO：气体保护焊的试样，其焊接接头表面腐蚀坑的数量明显减少、面积也明显减小。焊接接头的轮廓较为清晰。在这四种焊接工艺方法中，TIME焊接钢结构试样具有最轻微的腐蚀。仅出现了零星的腐蚀坑，焊接接头轮廓清晰可见。在酸性腐蚀环境中，不同的焊接工艺会使钢结构产生不同的耐腐蚀性能。从提高钢结构耐腐蚀性能的角度出发，与手工电弧焊、自动埋弧焊和自动CO：气体保护焊相比，钢结构的焊接工艺方法优选TIME焊接。从图2还可看出，在酸性腐蚀环境中。通过焊接工艺获得的钢结构的腐蚀主要发生在焊接接头部位。为了获得较好的耐腐蚀性能，必须选择合适的焊接工艺，严格控制焊接接头质量，提高钢结构的耐腐蚀性能，以避免钢结构因焊接接头腐蚀而产生过早的失效。
图2试样经过240h酸性全浸腐蚀试验后的表面形貌
图3试样进行酸性全浸腐蚀的质量损失率一时间曲线
图3是所焊钢结构试样在酸雨中进行240h全浸腐蚀的质量损失率一时间曲线。可看出。在酸雨中的全浸腐蚀过程中.不同焊接工艺的钢结构试样也具有不同的质量损失。其中，手工电弧焊钢结构试样的质量损失最多，腐蚀240h后其质量损失率达到20.43％；而自动埋弧焊和自动CO：气体保护焊钢结构试样的质量损失较少，分别为13.81％、9.49％；TIME焊接钢结构试样的质量损失最小.仅为5.66％，较手工电弧焊降低了72.30％，较自动埋弧焊降低了59.02％，较自动CO：气体保护焊降低了40.36％。由此可见.焊接工艺不仅影响钢结构在中性盐雾环境中的耐腐蚀性能。也对酸性环境中的耐腐蚀性能产生影响。四种焊接工艺的钢结构，其耐腐蚀性能依次是：TIME焊接>自动CO：气体保护焊>自动埋弧焊>手工电弧焊，与其中性盐雾腐蚀试验结果一致。因此，可以认为焊接工艺将对钢结构耐腐蚀性能产生较大的影响。焊接工艺选择不当，将给钢结构耐腐蚀性能产生极为不利的影响。与手工电弧焊、自动埋弧焊和自动CO：气体保护焊相比较而言，TIME焊接更有利于提高钢结构在中性盐雾腐蚀环境和酸性腐蚀环境中的耐腐蚀性能。从提高钢结构耐腐蚀性能方面考虑，钢结构的焊接工艺方法优选TIME焊接。
3结语
综上，从提高钢结构耐腐蚀性能方面考虑，钢结构的焊接工艺方法优选TIME焊接。
参考文献
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论文作者:宋岩刘小明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：钢结构论文; 试样论文; 岩溶论文; 焊接工艺论文; 基岩论文; 地质论文; 酸性论文; 《基层建设》2019年第15期论文;