鋼筋機(jī)械連接技術(shù)在某高速公路中的應(yīng)用

鋼筋機(jī)械連接技術(shù)在某高速公路中的應(yīng)用1前言公路工程中傳統(tǒng)的鋼筋連接基本上采用綁扎或搭接焊工藝。由于鋼筋綁扎接頭在混凝土中受力時(shí)，是通過(guò)混凝土的握裹力將力傳給另一根鋼筋的，綁扎鋼筋兩根不同軸，在受地震及突然性荷載作用時(shí)接頭處混凝土有提前破碎的現(xiàn)象，對(duì)結(jié)構(gòu)安全十分不利。搭接焊工藝接頭搭接長(zhǎng)度不小于5倍或10倍鋼筋直徑，耗材較大，而且在焊接前須將鋼筋預(yù)彎，該種接頭由于預(yù)彎在接頭處產(chǎn)生扭矩，在混凝土構(gòu)件試驗(yàn)中該處混凝土有被提前壓碎的現(xiàn)象，在焊接接頭頸部熱影響區(qū)內(nèi)脆性增加，且焊接時(shí)易產(chǎn)生“咬邊”、“夾渣”“焊縫不飽滿”等缺陷，在外力作用時(shí)容易脆斷，作破壞性試驗(yàn)時(shí)往往在接頭頸部脆斷，而且接頭做疲勞試驗(yàn)時(shí)其疲勞性能明顯下降。隨著公路行業(yè)的發(fā)展，大跨度、特種結(jié)構(gòu)日益增多，結(jié)構(gòu)鋼筋的應(yīng)用向大直徑、密集布置、高強(qiáng)度方向發(fā)展，單純采用傳統(tǒng)的鋼筋連接工藝已難以滿足要求。鋼筋機(jī)械連接技術(shù)是通過(guò)連接件的機(jī)械咬合作用或鋼筋端面的承壓作用，將一根鋼筋中的力傳遞至另一根鋼筋的連接方法，具有施工簡(jiǎn)便、工藝性能良好、接頭質(zhì)量可靠、不受鋼筋焊接性的制約、可全天候施工、節(jié)約鋼材和能源等優(yōu)點(diǎn)。鋼筋機(jī)械連接作為一種新工藝，得到了國(guó)家的大力推廣，近年來(lái)，在公路橋梁、高層建筑、特種結(jié)構(gòu)等工程中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合某高速公路工程應(yīng)用實(shí)例，系統(tǒng)地介紹了鋼筋機(jī)械連接技術(shù)，可供同類工程借鑒，希望能使該技術(shù)在公路工程中得到更好的應(yīng)用。2工作原理及應(yīng)用概況常用的鋼筋機(jī)械連接接頭類型有套筒擠壓連接接頭、錐螺紋接頭、鐓粗直螺紋鋼筋接頭和滾軋直螺紋接頭等。剝肋滾軋直螺紋接頭和直接滾軋直螺紋接頭在加工時(shí)容易損傷鋼筋母材，使鋼筋母材有效截面縮小，施工工藝的難度較大，接頭質(zhì)量較為不穩(wěn)定，已較少使用。目前最常用的是鐓粗直螺紋鋼筋連接工藝，鐓粗直螺紋的基本工作原理是將待連接的鋼筋接頭部位鐓粗，然后在鐓粗部位上加工螺紋絲扣，最后在施工現(xiàn)場(chǎng)用螺紋套筒將鋼筋聯(lián)接起來(lái)。其主要的優(yōu)點(diǎn)有：⑴、鐓粗直螺紋鋼筋連接接頭強(qiáng)度高，因?yàn)殓叴种甭菁y鋼筋接頭采用的施工工藝是先在在鋼筋母材端頭鐓粗，對(duì)鋼筋沒(méi)有損傷，而且把鋼筋母材突起的肋通過(guò)壓力壓到母材斷面上，端頭得到加強(qiáng)，鐓粗段的凈截面積大于鋼筋原截面積，一般情況接頭強(qiáng)度均超過(guò)了鋼筋母材強(qiáng)度。⑵、操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高。連接套筒與鋼筋螺紋生產(chǎn)全部實(shí)現(xiàn)了工廠化，在施工現(xiàn)場(chǎng)只安裝套筒連接即可，而在現(xiàn)場(chǎng)安裝螺紋套筒也很方便，只需用板手?jǐn)Q到位即可，同時(shí)鋼筋接頭部位經(jīng)過(guò)鐓粗，直徑超過(guò)了鋼筋本體，螺紋套筒可以自由穿過(guò)鋼筋本體安裝到接頭部位，而無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)鋼筋，正是因?yàn)橹晦D(zhuǎn)動(dòng)套筒，不用轉(zhuǎn)動(dòng)鋼筋，所以在安裝大直徑鋼筋和圓弧鋼筋時(shí)更顯出其優(yōu)越性，降低了現(xiàn)場(chǎng)的施工難度，提高了生產(chǎn)效率。⑶、對(duì)于鋼筋下料時(shí)端頭常有的彎曲、馬蹄形及鋼筋幾何尺寸偏差造成的橢圓截面和錯(cuò)位截面等現(xiàn)象，均可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鐓粗來(lái)矯形，直接壓出光圓的柱面，確保加工的螺紋絲頭無(wú)偏扣、缺牙、斷牙等現(xiàn)象，保證了螺紋接頭的質(zhì)量。⑷、適應(yīng)環(huán)保要求，應(yīng)用范圍廣。鐓粗直螺紋鋼筋連接不受鋼筋連接位置與方向的限制，可用于彎曲鋼筋及鋼筋籠不能轉(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合，且機(jī)械連接施工中無(wú)明火，在易燃、易爆、高處等施工條件下尤為安全可靠，適合全天候施工。XXX高速公路是國(guó)家規(guī)劃的重點(diǎn)干線公路“泉州至南寧”橫線和“長(zhǎng)春至深圳”縱線的重要組成部分，也是福建省“三縱四橫”高速公路網(wǎng)的主干骨架。某高速公路XXX段路段長(zhǎng)128.3km，總投資77億元，共17個(gè)施工合同段和3個(gè)監(jiān)理合同段，于2005年10月1日開(kāi)工，預(yù)計(jì)于2009年9月30日竣工，路段共有大橋15544m/52座，中小橋606.4m/8座，分離式立交橋1884.45m/18座，結(jié)構(gòu)物較多，鋼筋用量巨大，為確保橋梁結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量，提高鋼筋連接施工工藝水平，所有合同段均強(qiáng)制要求采用鐓粗直螺紋鋼筋接頭。3工藝流程和檢查驗(yàn)收要點(diǎn)3.1鐓粗螺紋的生產(chǎn)設(shè)備鐓粗螺紋的生產(chǎn)設(shè)備由中頻電源裝置、鋼筋接頭鐓粗機(jī)、鋼筋螺紋接頭套絲機(jī)配套組成?？煽毓柚蓄l電源裝置是一種靜止變頻器，它利用可控硅元件把380V、50Hz工頻三相電變換成輸出額定頻率2.5kHz、額定功率100kW、額定電壓750V的中頻單相交流電，用于鋼筋接頭部位的透熱。鋼筋接頭部位被透熱后，由鋼筋接頭鐓粗機(jī)鐓粗成型。鋼筋接頭鐓粗機(jī)主要由壓緊裝置、擠壓裝置、壓氣裝置、電控裝置、油箱等部分組成，它是將加熱到910±50℃的鋼筋接頭放在壓緊模具槽內(nèi)，并使其端面輕輕接觸到?jīng)_頭端面，然后壓緊模具夾緊鋼筋，同時(shí)閉合模腔，再將擠壓沖頭向前伸出使鋼筋鐓粗成型，鋼筋成型后行程開(kāi)關(guān)發(fā)生作用，使擠壓油缸活塞自動(dòng)返回，擠壓塞返回原位后再打開(kāi)壓緊模具，取出成型鋼筋。鋼筋接頭鐓粗后再進(jìn)行鋼筋外螺紋加工，施工采用的是SW3050型套絲機(jī)，這種套絲機(jī)有兩種不同的板牙座，能加工不同螺距的外直螺紋，螺紋的形成主要是由平板牙切削而成。3.2工藝流程鋼筋鐓粗直螺紋連接的工藝流程為：鋼筋原材→切頭→鋼筋端部鐓粗→加工圓柱螺紋→套絲加保護(hù)套→用連接套筒對(duì)接鋼筋。⑴、根據(jù)不同品牌的鋼筋原材料直徑負(fù)偏差控制鐓粗機(jī)壓模內(nèi)徑、滾絲機(jī)滾絲輪直徑和細(xì)微調(diào)整螺紋套筒的內(nèi)徑。⑵、在砂輪機(jī)切割機(jī)上切頭0.5～10mm，達(dá)到端部平整，將鋼筋端頭放入模腔中，調(diào)整鐓粗機(jī)壓泵壓力進(jìn)行鐓粗操作。⑶、根據(jù)鋼筋規(guī)格選取相應(yīng)的滾絲輪，裝在滾絲機(jī)上，將鋼筋鐓粗頭由尾座卡盤(pán)的通孔中插入至滾絲機(jī)輪的引導(dǎo)部分并夾緊，然后開(kāi)動(dòng)電機(jī)自動(dòng)滾絲成絲頭。⑷、已加工完成并檢驗(yàn)合格的絲頭要加以保護(hù)，鋼筋一端絲頭戴上保護(hù)帽，另一端擰上連接套，并按規(guī)格分類堆放整齊待用。⑸、鋼筋連接時(shí)，鋼筋的規(guī)格和連接套的規(guī)格一致，并確保絲頭和連接套的絲扣干凈、無(wú)損。被連接的兩鋼筋斷面應(yīng)處于連接套的中間位置，偏差不大于1P（P為螺紋間距），并用工作扳手?jǐn)Q緊，使兩鋼筋端面頂緊。3.3檢查驗(yàn)收要點(diǎn)鐓粗直螺紋連接要保證質(zhì)量主要把握三個(gè)方面，一是連接套筒自身的強(qiáng)度要滿足要求，二是螺紋加工的質(zhì)量要保證，三是現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)質(zhì)量要保證。施工過(guò)程檢查驗(yàn)收主要應(yīng)控制以下幾點(diǎn)：⑴、出廠合格螺紋套筒現(xiàn)場(chǎng)復(fù)檢。套筒表面應(yīng)無(wú)裂紋和其它缺陷，套筒兩端有塑料保護(hù)塞保護(hù)，出廠合格證規(guī)范，內(nèi)螺紋不得有缺牙、錯(cuò)牙、污染、生銹、機(jī)械損傷等嚴(yán)重現(xiàn)象，套筒內(nèi)螺紋直徑滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，螺紋套筒長(zhǎng)度L≥2d+10mm（d為鋼筋直徑）。⑵、鋼筋下料、端頭切平檢查。鋼筋下料時(shí)，應(yīng)確保切口端面平整，不得有馬蹄形、撓曲、缺角和與鋼筋軸線不垂直的現(xiàn)象。⑶、鐓粗頭檢查。鋼筋鐓粗頭應(yīng)為圓柱型的回轉(zhuǎn)體，表面光滑，不得有明顯的肋痕突起，不得有橫向表面裂紋，鐓粗頭長(zhǎng)度大于1/2套筒長(zhǎng)度，冷鐓粗過(guò)度段坡度應(yīng)符合規(guī)范≤1/5。⑷、絲頭檢查。絲頭螺牙不得有掉角、凹凸現(xiàn)象，牙形飽滿，牙頂寬超過(guò)0.25P（P為螺紋間距）的禿牙部分累計(jì)長(zhǎng)度不宜超過(guò)一個(gè)螺紋周長(zhǎng)，外形尺寸含螺紋中徑及絲頭長(zhǎng)度應(yīng)滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。絲頭螺紋直徑應(yīng)與連接套筒的螺紋內(nèi)徑相吻合，標(biāo)準(zhǔn)型接頭的絲頭長(zhǎng)度為1/2套筒長(zhǎng)度、公差為+1P；加長(zhǎng)型絲頭長(zhǎng)度為套筒長(zhǎng)度、公差為+1P。絲頭檢驗(yàn)合格后應(yīng)盡快套上連接套筒或塑料保護(hù)套，不得有污染、生銹、機(jī)械損傷現(xiàn)象。⑸、接頭檢查。在套筒的標(biāo)準(zhǔn)型鋼筋絲頭端不宜有一扣以上的完整絲扣外露，加長(zhǎng)型絲頭的外露絲扣數(shù)不受限制，但絲頭的外露長(zhǎng)度不能超過(guò)1/2套筒長(zhǎng)度，以保證上、下部鋼筋絲頭的接觸面在套筒的居中位置。⑹、接頭性能檢驗(yàn)、套筒檢驗(yàn)和絲頭檢驗(yàn)。嚴(yán)格按中華人民共和國(guó)建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ171-2005《鐓粗直螺紋鋼筋接頭》規(guī)定的方法和要求，確保施工現(xiàn)場(chǎng)的抽查驗(yàn)收頻率、取樣送檢的接頭數(shù)量和批次。4作業(yè)成本分析4.1手工焊接鋼筋成本分析從經(jīng)濟(jì)性分析，手工電弧焊焊接鋼筋生產(chǎn)效率低，成本投入大，尤其是在大直徑鋼筋的焊接上更為明顯，施工中不僅要投入電焊工、電焊條和電焊機(jī)，還要投入搭接的鋼筋和幫條，生產(chǎn)成本較高。以Φ40鋼筋接頭為例，鋼筋焊接采用搭接焊形式，一個(gè)接頭單面焊縫至少40cm，焊接一個(gè)接頭要消耗焊工0.08個(gè)工日，一個(gè)合格焊工一個(gè)工日完成10～13個(gè)鋼筋接頭的焊接量，需要焊工費(fèi)5元（60元/工日）；單個(gè)接頭焊縫量為40cm單面焊縫，需用焊條0.66kg，計(jì)3.37元（5.1元/kg），還要投入同徑的鋼筋40cm，計(jì)14.22元(3600元/t)；焊接機(jī)械主要是BX1-500型交流電焊機(jī)，單個(gè)接頭用量0.08臺(tái)班（109.74元/臺(tái)班），計(jì)8.78元，這樣單個(gè)接頭的總費(fèi)用為31.4元。手工電弧焊焊接鋼筋單個(gè)接頭成本如下表：`手工電弧焊焊接鋼筋單個(gè)接頭成本直徑(mm)焊工(工日)焊條(kg)電焊機(jī)(臺(tái)班)鋼筋(kg)成本(元)備注Φ400.080.660.083.9531.4搭接焊Φ360.060.500.062.8822.8搭接焊Φ320.040.330.042.0215.7搭接焊Φ280.030.220.031.3511.1搭接焊Φ250.030.160.030.969.5搭接焊4.2鐓粗直螺紋鋼筋連接成本分析鐓粗直螺紋的絲頭與套筒均可實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，施工現(xiàn)場(chǎng)安裝僅用螺紋套筒將鋼筋連接起來(lái)即可，在生產(chǎn)效率上得到了較大的提高，其施工成本也相應(yīng)降低，鐓粗直螺紋連接鋼筋單個(gè)接頭成本以及與手工焊的成本對(duì)比如下表：鐓粗直螺紋連接鋼筋接頭成本及成本對(duì)比（一個(gè)接頭）鐓粗直螺紋連接接鋼筋接頭頭成本手工焊(元)鐓粗直螺紋連接接節(jié)省成本本（元）直徑(mm)套筒費(fèi)(元)加工費(fèi)(元)合計(jì)(元)Φ4017.31.819.131.412.3Φ3611.01.812.822.810.0Φ328.91.810.715.75.0Φ287.41.89.211.11.9Φ256.51.88.39.51.2從上表可以看出，在采用鋼筋鐓粗直螺紋連接工藝后，鋼筋制作安裝的施工成本有了一個(gè)較大幅度地下降，尤其是Φ28以上的鋼筋采用鐓粗直螺紋連接時(shí)經(jīng)濟(jì)效益更顯可觀。5應(yīng)用效果在某高速公路泉州段工程施工中，項(xiàng)目業(yè)主委托泉州市基本建設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)中心對(duì)施工單位的鐓粗直螺紋鋼筋連接做外觀質(zhì)量檢查和單項(xiàng)拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：鐓粗直螺紋鋼筋連接接頭安全可靠均符合《鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程》J