鋼筋籠主筋新型機(jī)械連接技術(shù)研究

肖華強(qiáng)，肖丁天，楊賢明，汪 濤

（1.武鋼集團(tuán)昆明鋼鐵股份有限公司，云南 昆明 650302；2.昆明理工大學(xué)冶金能源學(xué)院，云南 昆明 650093）

鋼筋籠是一種由鋼筋主筋、勁性骨架、箍筋等通過(guò)焊接或綁扎組裝制作的構(gòu)件，廣泛應(yīng)用于橋涵或高層建筑的鉆孔灌注樁、挖孔樁、立柱等樁基鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。大型鋼筋籠具有節(jié)段多、自重大、接頭多、易變形等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，傳統(tǒng)的制造、安裝工藝難以滿(mǎn)足日益發(fā)展的施工需要[1]。特別是在樁孔口現(xiàn)場(chǎng)的鋼筋籠對(duì)接，搭接連接方式存在材料浪費(fèi)、成本較高的問(wèn)題，而焊接連接方式則存在施工速度慢、質(zhì)量較難控制、施工費(fèi)用較高等問(wèn)題。近年來(lái)，鋼筋機(jī)械連接技術(shù)由于質(zhì)量穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合理，越來(lái)越多地被用于鋼筋籠連接，但仍存在接頭性能不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及驗(yàn)收要求、對(duì)接困難等不足，影響施工進(jìn)度和工程質(zhì)量。

針對(duì)目前鋼筋籠施工存在的不足，文章研究了鋼筋籠主筋連接關(guān)鍵技術(shù)。在保證鋼筋連接性能的前提下，順利實(shí)現(xiàn)鋼筋籠的現(xiàn)場(chǎng)連接，對(duì)提高樁基施工質(zhì)量和施工效率具有重要意義。

1 鋼筋籠施工技術(shù)

1.1 鋼筋籠整體制作、分節(jié)吊裝技術(shù)

主筋鋼筋一般按9m或12m定尺生產(chǎn)，因此鋼筋籠主筋一般均需要進(jìn)行鋼筋的連接加長(zhǎng)。如鋼筋籠長(zhǎng)134.7m，可使用長(zhǎng)度為12m的鋼筋，按12節(jié)組裝制作。首先連接第一節(jié)和第二節(jié)的主筋，制作鋼筋籠；然后標(biāo)識(shí)主筋連接點(diǎn)（x節(jié)x根），拆開(kāi)主筋連接點(diǎn)，移除第一節(jié)鋼筋籠；第三節(jié)主筋與第二節(jié)主筋連接，制作第三節(jié)鋼筋籠；如此重復(fù)完成第四節(jié)、第五節(jié)……第n節(jié)鋼筋籠的制作。

1.2 鋼筋籠整體制作、分節(jié)吊裝工藝流程

平整場(chǎng)地，制作鋼筋籠胎具→鋼筋原材料進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)、除銹、整形→主筋定尺下料、滾絲；加強(qiáng)筋、螺旋筋彎曲成型→主筋置于胎具定位并連接→加強(qiáng)筋置于主筋定位并與主筋焊接→定位螺旋筋與主筋綁扎或點(diǎn)焊→用油漆進(jìn)行分節(jié)及連接點(diǎn)標(biāo)識(shí)→拆開(kāi)分節(jié)連接點(diǎn)→分節(jié)運(yùn)輸→首節(jié)吊裝入孔，鋼筋籠入孔下放至最上一道加勁箍時(shí)，穿入鋼扁擔(dān)把鋼筋籠固定在孔口→吊裝下一節(jié)鋼筋籠至孔位上方，連接上、下兩節(jié)鋼筋籠的主筋→吊裝連接好的上、下兩節(jié)鋼筋籠，移除鋼扁擔(dān)下放鋼筋籠→當(dāng)每節(jié)鋼筋籠入孔下放至最上一道加勁箍時(shí)，穿入鋼扁擔(dān)把鋼筋籠固定在孔口，再進(jìn)行下一節(jié)鋼筋籠的吊裝及連接。

1.3 鋼筋籠吊裝連接技術(shù)難點(diǎn)

鋼筋籠吊裝連接，即鋼筋籠在起吊懸停的狀態(tài)下進(jìn)行主筋連接。其施工存在以下技術(shù)難題：多根鋼筋同時(shí)實(shí)施連接，鋼筋不可旋轉(zhuǎn)或軸向移動(dòng)，只能旋擰連接件完成鋼筋連接；鋼筋籠在制作、運(yùn)輸、吊裝等過(guò)程中產(chǎn)生變形，上、下兩節(jié)鋼筋籠主筋出現(xiàn)錯(cuò)位、較大端部間隙等現(xiàn)象，造成連接困難；鋼筋連接操作過(guò)程中，大噸位鋼筋籠在空中懸停，要求連接施工必須簡(jiǎn)單快捷，縮短施工時(shí)間，減少大噸位鋼筋籠在空中懸停的風(fēng)險(xiǎn)，保證施工的安全可靠。

2 常用的鋼筋籠連接技術(shù)

2.1 焊接連接技術(shù)

焊接是最常見(jiàn)、最傳統(tǒng)的鋼筋連接方式，通?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)采用幫條焊或搭接焊。鋼材焊接的難易程度（焊接性能）用碳當(dāng)量表征。鋼筋碳當(dāng)量為0.40%～0.60%，屬于較難焊接的材料，鋼材的淬硬傾向明顯，需要采取適當(dāng)預(yù)熱、控制線(xiàn)能量等工藝措施，對(duì)焊工技術(shù)水平要求高。由于在孔口現(xiàn)場(chǎng)焊接，作業(yè)環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此焊接質(zhì)量波動(dòng)大。對(duì)于鋼筋數(shù)量較多或鋼筋直徑較大的鋼筋籠，鋼筋焊接速度較慢會(huì)嚴(yán)重影響下籠時(shí)間，增加鋼筋籠懸空吊裝施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 套筒擠壓連接技術(shù)

套筒擠壓連接工藝是通過(guò)液壓鉗對(duì)連接套筒施加徑向擠壓力，使套筒塑性變形與鋼筋咬合形成連接。其特點(diǎn)是連接質(zhì)量穩(wěn)定，但連接效率低、連接件成本高，而且施工時(shí)需要使用笨重的液壓設(shè)備，施工不方便，不符合鋼筋籠快速連接的要求。

2.3 鐓粗直螺紋連接技術(shù)

鐓粗直螺紋連接工藝是采用鐓粗機(jī)將鋼筋的端部在常溫下進(jìn)行鐓粗后再加工螺紋，避免接頭因橫截面減小而降低連接強(qiáng)度。隨著高強(qiáng)度鋼筋的推廣應(yīng)用，鋼筋強(qiáng)度提高后冷墩工藝性能降低，容易在鐓粗過(guò)渡區(qū)產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致接頭出現(xiàn)脆斷現(xiàn)象，同時(shí)還存在施工效率低、成本高等不足，因此該技術(shù)應(yīng)用逐年減少。

2.4 剝肋滾軋直螺紋連接技術(shù)

剝肋滾軋直螺紋連接工藝是將鋼筋端部先通過(guò)切削剝肋后再滾軋加工螺紋。接頭螺紋通過(guò)滾軋加工實(shí)現(xiàn)塑性變形強(qiáng)化，彌補(bǔ)因剝肋后鋼筋橫截面減小導(dǎo)致的強(qiáng)度損失。接頭具有施工效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在橋梁工程、電站、房屋建筑等領(lǐng)域被廣泛采用。

2.5 加長(zhǎng)絲頭直螺紋連接技術(shù)

鋼筋籠連接通常采用改進(jìn)的加長(zhǎng)絲頭工藝，即連接鋼筋的一端加工成加長(zhǎng)螺紋（連接套筒長(zhǎng)度），另一端為標(biāo)準(zhǔn)螺紋（連接套筒長(zhǎng)度的一半）。如連接25mm鋼筋，一端絲頭為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度30mm，另一端絲頭長(zhǎng)度應(yīng)＞60mm。連接套筒與加長(zhǎng)絲頭旋合，連接時(shí)不旋轉(zhuǎn)鋼筋，只需旋轉(zhuǎn)套筒與標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度絲頭旋合即可。

加長(zhǎng)絲頭直螺紋連接后有較長(zhǎng)的外露螺紋，接頭外露螺紋部位的抗拉載荷往往低于鋼筋的實(shí)際抗拉載荷，造成接頭抗拉強(qiáng)度難以滿(mǎn)足Ⅰ級(jí)接頭的要求，導(dǎo)致接頭檢測(cè)合格率低。即使檢測(cè)合格的接頭，也會(huì)由于現(xiàn)場(chǎng)施工連接后鋼筋端部的間隙不能消除，接頭的有效旋合螺紋長(zhǎng)度小于設(shè)計(jì)值，連接的主筋實(shí)際抗拉載荷小于設(shè)計(jì)值，存在施工質(zhì)量隱患。

3 新型鋼筋籠直螺紋連接技術(shù)

3.1 分體型直螺紋連接技術(shù)

分體型直螺紋連接技術(shù)如圖1所示。鋼筋籠上下為待連接鋼筋加工標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的正反絲扣螺紋，鋼筋連接件由兩個(gè)半圓形分體套筒和兩件鎖套組成。兩件鎖套的內(nèi)錐面與分體套筒外錐面配合，用液壓鉗同時(shí)擠壓兩件鎖套，將兩個(gè)半圓形分體套筒鎖緊。具體而言，其工藝原理是將兩根待連接鋼筋的螺紋絲頭用兩個(gè)半圓形的螺紋套筒扣緊，絲頭螺紋與半圓形套筒螺紋緊密咬合，再通過(guò)鎖套將兩個(gè)半圓套筒及鋼筋絲頭鎖緊，使之連成一體而達(dá)到連接的目的[2]。

3.2 螺桿調(diào)節(jié)型直螺紋連接技術(shù)

螺桿調(diào)節(jié)型直螺紋連接主要解決加長(zhǎng)型直螺紋連接強(qiáng)度低于鋼筋母材的技術(shù)難題?？烧{(diào)節(jié)型連接件由調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)套和鎖母組成，如圖2所示。

圖1 分體型直螺紋連接技術(shù)

圖2 螺桿調(diào)節(jié)型直螺紋連接技術(shù)

鋼筋端部加工標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度絲頭，調(diào)節(jié)桿一端設(shè)置內(nèi)螺紋，與鋼筋絲頭旋合，另一端設(shè)置外螺紋，其規(guī)格比待連接鋼筋螺紋大一個(gè)規(guī)格，如連接25mm的鋼筋，絲頭螺紋為M26，調(diào)節(jié)桿外螺紋設(shè)計(jì)為M29；調(diào)節(jié)套設(shè)置內(nèi)螺紋，一端與鋼筋絲頭旋合，另一端與調(diào)節(jié)桿外螺紋旋合；鎖母設(shè)置內(nèi)螺紋，與調(diào)節(jié)桿外螺紋旋合；鋼筋籠連接前，調(diào)節(jié)套、鎖母旋合到調(diào)節(jié)桿外螺紋底部，組裝的連接件旋合在上鋼筋籠絲頭；鋼筋籠連接時(shí)，調(diào)節(jié)套對(duì)正下鋼筋籠鋼筋絲頭旋轉(zhuǎn)；對(duì)調(diào)節(jié)桿和調(diào)節(jié)套施加規(guī)定力矩，用鎖母鎖緊，完成鋼筋連接。

以Φ32mm的HRB500E熱軋帶肋鋼筋為例，接頭用WAW-2000D（200t）電液伺服試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試件拉伸及斷裂情況如圖3所示。接頭于母材呈延性斷裂，抗拉強(qiáng)度為720MPa，接頭性能達(dá)到《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》（JGJ 107—2016）中規(guī)定的鋼筋牌號(hào)HRB500E的Ⅰ級(jí)性能要求[3]。

3.3 鎖套調(diào)節(jié)型直螺紋連接技術(shù)

鎖套調(diào)節(jié)型直螺紋連接由上套筒、墊片、下套筒、鎖緊套四個(gè)構(gòu)件組成，如圖4所示。連接前，采用剝肋滾軋工藝，上鋼筋籠鋼筋端部制備左旋外螺紋，下鋼筋籠鋼筋端部制備右旋外螺紋；鎖緊套穿過(guò)上鋼筋籠鋼筋，上套筒與上鋼筋籠鋼筋絲頭旋合；下套筒與下鋼筋籠鋼筋絲頭旋合。鋼筋籠對(duì)接裝配時(shí)，根據(jù)鋼筋端部間隙，選相應(yīng)厚度墊片放置在鋼筋端部間隙；鎖緊套穿過(guò)上套筒和墊片，與下套筒外螺紋旋合；對(duì)鎖緊套施加規(guī)定擰緊力矩，完成鋼筋的連接。

圖3 螺桿調(diào)節(jié)型直螺紋接頭拉伸試驗(yàn)

圖4 鎖套調(diào)節(jié)型直螺紋連接技術(shù)

4 結(jié)論

鋼筋籠主筋的連接有特殊的技術(shù)要求。隨著鋼筋機(jī)械連接技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，剝肋滾軋直螺紋連接技術(shù)通過(guò)等強(qiáng)度快速連接，在鋼筋連接中得到廣泛應(yīng)用。其中，分體型、螺桿調(diào)節(jié)型、鎖套調(diào)節(jié)型等直螺紋連接技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、連接速度快、性能穩(wěn)定、成本適中等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于鋼筋籠現(xiàn)場(chǎng)裝配施工中多根鋼筋的同時(shí)連接，可有效提高鋼筋籠現(xiàn)場(chǎng)施工效率，減少人工及吊車(chē)臺(tái)班費(fèi)用，降低綜合成本。其穩(wěn)定可靠的連接性能，使鋼筋籠足以承載較大的載荷，有利于消除鋼筋籠連接施工質(zhì)量隱患，確保建筑工程質(zhì)量。