桩基钢筋笼采用分体式直螺纹套筒连接.doc

桩基钢筋笼采用分体式直螺纹套筒连接
快速施工工法

中铁十八局集团有限公司
中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院
二〇一〇年七月

桩基钢筋笼采用分体式直螺纹套筒连接
快速施工工法

1 前言
桩基施工中钢筋笼的对接一直是困扰施工单位的一个难题，钢筋笼对接时间一般占整个钢筋笼下笼时间的70～80%左右，因此钢筋笼的对接速度直接影响到下笼的时间，特别是在一些地质条件不好的地区，威胁到成桩的质量。针对上述问题，我们采用了分体钢筋套筒接头，目的就是为了提高钢筋笼对接的速度，缩短下笼时间，保证成桩质量。
分体式钢筋套筒接头是以剥肋滚压直螺纹连接技术为基础衍生出的一种新的接头型式，其施工方法和施工组织较钢筋剥肋滚压直螺纹连接工法有较大的改变，该接头由中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院（廊坊凯博建设机械科技有限公司）开发，为国内外首创，已取得实用新型专利（专利号第1176223号），正在申报发明专利。
2008年分体式套筒接头首次研制成功后，应用桩基施工中，取得了很好的效果，接头施工适应性强。
2 工法特点
工法特点可总结为：多、快、好、省，即通过大量应用，达到快速施工的目的，有效缩短工期，施工质量稳定、降低成本）。
2.1 对接施工速度快，能有效的节约桩基施工时间，缩短施工工期。
2.2连接强度高，接头质量可靠。接头强度达到行业标准《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107中最高等级——Ⅰ级接头性能要求；
2.3丝头加工及现场连接操作简便，安全可靠；
2.4套筒与钢筋丝头结合紧密，性能稳定可靠；
2.5采用正反丝扣型套筒，通过转动套筒可少量调整两根已连接钢筋端面的间距，便于施工；
2.6连接后两根钢筋处于同一轴线，对中性好；
2.7丝头加工设备及套筒压接机功率小，耗电少，不需专用配电，无明火作业，可全天候施工，环保节能。
2.8对比普通的焊接施工工艺，能有效降低造价，节约资金。
3 适用范围
由于分体式套筒钢筋接头性能可靠、工艺简单，连接作业时不需要拧钢筋，多根钢筋组成的构件在对齐后每个套筒可单独进行连接施工，因此可广泛应用于各种结构的粗钢筋连接施工中，特别适合钢筋笼对接、预制构件与现浇混凝土间的钢筋连接、地下连续墙与梁、板的连接、钢构件之间的钢筋连接施工。
4 工艺原理
分体式套筒钢筋接头是一种新型的剥肋滚压直螺纹接头型式，其工艺原理是将两根待连接钢筋的螺纹丝头用两个半圆形的螺纹套筒扣紧，丝头螺纹与半圆形套筒螺纹紧密咬合，再通过锁套将两个半圆套筒及钢筋丝头锁紧，使之连成一体而达到连接的目的。由于锁套及套筒的锥度小于自锁角，因此锁套锁紧后不会自行脱落，接头质量稳定、性能可靠。分体式套筒钢筋接头结构示意图如图4-1、分体式套筒钢筋接头拼装前、后图片如图4-2所示。
分体式套筒接头连接时，不需要钢筋的转动，使已成型的钢筋笼构件可以轻松实现对接。

图4-1 分体式套筒钢筋接头结构示意图

图4-2 分体式套筒钢筋接头拼装前、后图片
5 施工工艺流程及操作要点
本章节只对分体式套筒钢筋接头在下笼需要分节起吊和对接的长、大钢筋笼钢筋连接应用时的施工工艺进行阐述，当分体式接头应用于其他结构形式时可参照执行。
5.1 施工工艺流程
钢筋笼采用分体式套筒接通连接施工工艺流程如图5.1-1所示。
下面就各施工工艺中各工序进行详细阐述：
5.1.1钢筋丝头加工
钢筋端面平头：平头的目的是让钢筋端面与母材轴线方向垂直，同时将钢筋头部弯曲的部分切掉，宜采用砂轮切割机或其它专用切断设备，严禁气割。
剥肋滚压螺纹：使用钢筋剥肋滚压直螺纹机将待连接钢筋的端头加工成螺纹。加工丝头有效螺纹长度不小于1/2连接套筒长度，且允许误差为+2P(P为螺距）。丝头加工时应使用水性润滑液，不得使用油性润滑液。要求相临两段钢筋笼对接部分的钢筋丝头一端加工为右旋螺纹，另一端加工为左旋螺纹，加工完成后应做标记以示区分并便于和带有正反丝扣内螺纹（分体式套筒的一端为右旋螺纹，另一端为左旋螺纹）的分体式套筒匹配。
钢筋丝头加工
钢筋端面平头
剥肋滚压螺纹
丝头质量检查
带保护帽保护
丝头质量抽检
存放待用
钢筋笼制作
去除保护帽
分体式接头连接钢筋
焊接钢筋笼
分离钢筋笼
丝头带帽保护
钢筋笼运输
钢筋笼对接
起吊钢筋笼
去除保护帽
安装分体接头
检查调整外观
液压钳压紧
检验、完成

图5.1-1 钢筋笼采用分体式套筒连接施工工艺流程
丝头质量检查：操作者对加工的丝头进行的质量检查，丝头不得破损或滑丝。
带保护帽：用专用的钢筋丝头保护帽将钢筋丝头进行保护，防止螺纹被磕碰或被污物污染。
丝头质量抽检：对自检合格的丝头进行的抽样检验。
存放待用：按规格型号及类型进行分类码放。
5.1.2钢筋笼制作
在钢筋笼加工时采取单根钢筋先连接，钢筋笼整体再滚制的方式，在整个钢筋笼加工完成后再将下笼时需要对接连接施工节点处拆开。即“单根连接→整体滚制→分段拆解”
1 平整钢筋笼制作场地，并保证足够的场地。
2 均匀间隔铺方木，根据设计钢筋笼长度，并计算将来可运输和吊装的长度进行分段，一般分为2～3段，对每段的主筋可采用普通直螺纹套筒或焊接的方式进行连接，在各段需要对接连接的部位采用与主筋直径一致的分体式套筒接头连接钢筋笼主筋。并按照规范将接头位置间隔错开，一般采取相邻主筋接头错开不小于50cm。分体式接头仅采用扳手稍微拧紧即可。
3 按照普通钢筋笼的制作工序，依次焊接加劲箍、绑扎螺旋筋、安装声测管等。
4 在整个钢筋笼加工完成后将按段拆开。拆开前，在每个钢筋接头处用红色油漆做出明显的标记（数字标记），避免接头在安装过程中产生错位，对接困难，造成对接头连接不上。
5 为减小钢筋笼在运输及吊装过程中的变形量，在钢筋笼加强箍筋处径向焊接临时支撑，加大钢筋笼的刚度；安装钢筋笼时再用气焊依次切除。
6 每节钢筋笼的长度不宜过长，以免给运输、吊装及对接施工带来不利影响。
5.1.3钢筋笼运输
1 在钢筋笼吊点位置进行补强或分散受力点，防止起吊时受力过于集中造成变形；起吊过程平稳，避免碰撞；采用尽量多的吊点，分散受力。
2 采用运输炮车的方式进行运输，运输时钢筋笼固定牢固。速度不宜过快，以免钢筋笼颠簸过程中造成翻车或变形过大。
5.1.4钢筋笼对接
1 将直螺纹套筒重新进行分理，将左旋一侧做标记；
2 下笼前对操作人员进行培训，并进行装配练习，使其熟悉接头的装配要求及装配过程；
3 准备好扳手及手锤，用于安装锁套后的初步锁紧；用钢筋焊接1-2个简单工具（F扳手），用于现场钢筋的对正调直；准备1个吊葫芦，用于钢筋笼轴向尺寸的微调；准备一根长撬杠，必要时撬动下节钢筋笼，便之便于套筒扣装。
4 起吊过程中，采用尽可能多的吊点，避免钢筋笼受力过于集中，造成局部变形；
5 钢筋笼的竖向吊点应尽量选择对称位置，防止出现钢筋笼在下笼过程中处于“不垂直”状态，这样钢筋笼的一侧对齐，而另一侧则会出现较大间隙，不利于对接施工；
6 下节钢筋笼起吊并安放到位后，将每个套筒的两个锁套套到钢筋上，注意两个锁套应大孔相向放置在待连接钢筋的一端，朝向不能放错；
7 吊装上段钢筋笼，并根据钢筋上标记的位置，与下节钢筋笼相应钢筋对齐。钢筋基本对齐后，将上面的锁套拿到上面的钢筋上，然后再扣装套筒，注意扣装时左右旋方向不要弄反，同时钢筋的上下外露丝扣长度应基本一致，扣装好后将上锁套锁住；
8 用扳手转动套筒，调整外露丝扣长度，调整完成后若有一端外露丝扣长度超过2扣，则需拆下重新安装；
9 套上下端的锁套，用手锤及扳手将两端锁套初步锁紧；
10 用液压钳进行两次压紧，完成套筒的装配作业。注意第一次压紧后应转动液压钳大约90°再进行第二次压紧；
压接时的最小压力见表5.1.4-1：
表5.1.4-1 压接时钢筋直径与压力值对应表
钢筋规格（直径mm）
16-18
20
22
25
28
32
压力值（Mpa）
10
15
20
25
30
35
11 依次连接好每根钢筋后，本次主筋连接结束，将箍筋绑扎好后，逐个拆除钢筋笼径向加强钢筋，并下放钢筋笼。
5.2 操作要点
1 液压钳为高压设备，操作时应注意以下几个方面：
高压油管应安装到位，出现松动现象应立即拧紧，同时工作时高压油嘴禁止对人；
压钳应轻拿轻放，禁止重摔，防止高压油嘴及其它部位损坏；
压钳加载前应确认套筒已放入正确位置，防止出现由于放不正而造成的设备损坏及其它安全事故，尤其在第二次压紧时更应注意。
2 出现对接的钢筋轴向位置不对正，扣装分体式套筒困难，可选择采取下列方案：
1）通过吊车轻摆、撬棍微调对钢筋笼进行少量摆动，通过摆动钢筋笼，两根钢筋相对位置会发生少量变化，待位置合适时进行套筒扣装；
2）用吊葫芦将上下两节钢筋笼的箍筋固定，通过吊葫芦对两节钢筋笼的相对距离进行调整，寻找合适位置扣装套筒。此方法也不建议使用，作为备用方案；
3）若钢筋出现较大弯曲，应使用专用工具（F扳手）将其矫正；
4）避免待连接的钢筋丝头螺纹与金属件磕碰；
5.3 劳动组织
1、加工丝头每台设备3 人，1 人操作设备，2 人搬运钢筋。
2、连接钢筋每组2-3 人。
3、钢筋笼制作5人。
4、钢筋笼吊装、运输4人。
6 材料与设备
6.1 材料
连接用钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499.2-2007的要求，其它标准的钢筋可参考执行。
分体式钢筋接头的套筒应采用优质碳素结构钢或其它经型式检验确定符合要求的钢材。
6.2 设备
1 钢筋剥肋滚压直螺纹成型机
钢筋剥肋滚压直螺纹机用于加工钢筋丝头。该设备集钢筋剥肋及螺纹滚压于一身，一次装卡即可完成两道工序，它主要由台钳、剥肋机构、滚丝头、减速机、冷却系统、电器系统、机座等组成。其技术参数如表6.2-1所示。
表6.2-1 钢筋剥肋滚压直螺纹机技术参数
设备型号
GHB50型
GHB40型
滚丝头型号
50型
40型
可加工钢筋范围（mm）
25～50
16～40
2 分体式套筒接头液压压接机
由中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院（隶属于北京建筑机械化研究院）针对分体式钢筋接头连接时压紧而研制开发并生产的，主要由泵站、压钳及油管等部分组成。
3 机具设备一览表见表6.2-2。

表6.2-2 机具设备一览表
序号
名称
规格
单位
数量
用途
附注
1
钢筋剥肋滚压直螺纹成型机
见表6.2-1
台
2
加工钢筋丝头

2
接头液压压接机
10-50MPa
台
2
压紧分体套筒

3
吊车
25T
台
1
吊装钢筋笼

4
砂轮切割机
J3G-SL2-400
台
2
切割钢筋、平头

5
电焊机
BX3-500
台
2
焊接钢筋笼

6
吊葫芦
5T
个
1
微调钢筋间距

7
F扳手

个
2
调制钢筋
自制
8
锤头

个
2
预紧接头

9
普通扳手
与分体接头配套
个
2
调整接头丝扣长度

10
氧气、乙炔、割枪及配套

套
1
割除加固钢筋

11
炮车及拖拉机
与钢筋笼配套
套
1
运送钢筋笼

7 质量控制
对压接完成的分体式套筒接头进行检验。
1 分体式套筒钢筋接头的工艺检验、现场拉伸试验按行业标准《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2003的有关规定遵照执行。
2 丝头的质量检验按中国建筑科学研究院企业标准《钢筋剥肋滚压直螺纹连接技术规程》Q/JY16-2003中的有关规定遵照执行。
3 钢筋接头外观检验要求如下：
1）接头外露丝扣长度不得超过2P（P为螺距）；
2）压接后套筒、锁套不得有肉眼可见的裂纹；
3）对接头的压接力进行检验，每个钢筋笼随机抽取3个接头进行压接力检验，压接力不得小于表1的要求值，若检验不合格则应对所有接头重新进行压接。
4）关于外观检验的说明：接头的性能主要体现为接头的力学性能，即拉伸强度是否符合要求，外观检验属辅助性检验，目的是为了更好地保证接头质量的稳定性。
4 钢筋笼焊接及安装质量根据现行桥梁施工规范执行。
8 安全措施
1 吊装过程中，指挥人员要清理吊装范围内的非施工人员，避免钢筋笼对人体造成伤害。
2 吊装过程中，钢丝绳要采取双保险，采用双根钢丝绳，防止绳滑落或断裂。
3 对接钢筋笼时，由于钢筋对正、安装套筒至少需要2人同时作业，相互距离较近，应注意安全，防止挤入桩孔中。
4 直螺纹成型机的操作安全：
直螺纹成型机的操作安全应符合钢筋剥肋滚压直螺纹成型机的《使用说明书》的有关规定。
5 分体式套筒接头压接机的操作安全：
接头压接机使用的是液压设备，泵站压力较高（一般工作压力10-50MPa），使用时应注意以下几个方面：
1）设备应由专人负责管理和操作，调整的工作压力应符合规定值，调整过程中压力不得任意提高，调整完成后应锁紧，严禁他人调整。
2）高压油管应安装到位并拧紧，出现松动现象应立即拧紧，工作时高压油嘴（包括泵站和压钳）禁止对着他人；
3）压钳应轻拿轻放，禁止重摔，防止高压油嘴及其它部位损坏；
4）压接加载前应确认套筒已放入正确位置，防止出现由于放不正而造成的设备损坏及其它安全事故，尤其在第二次压接时更应注意。
5）当高压油管有起鼓（起包）、漏油现象时立即停止使用并更换新油管。
9 环保措施
本工法施工过程中，注重环保，钢筋丝头加工及接头现场施工无噪音污染、无明火、无烟尘，安全可靠。
废水排放严格执行各项排放标准，废水排入自然水体时严格执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的标准。执行《固体废弃物污染环境防治法》、《中华人民共和国环境噪声污染防治法》，满足法规要求。
10 资源节约
本工法施工过程中，贯彻国家节能工程的要求。丝头加工设备及套筒压接机功率小，耗电少，不需专用配电设施，不需架设专用电线，无明火作业，可全天候施工，节约能源。
同时，由于对接施工速度的加快，能有效的节约桩基施工时间，降低各种资源的消耗。
11 效益分析
1 利用专利产品，形成了一整套桩基钢筋笼连接快速施工技术，使用本工法施工，使普通钢筋笼的对接时间缩短至20min左右，为传统焊接工艺时间的1/6~1/10，有效节约施工时间，保证成桩质量，尤其对地质条件不好的桩基施工，起着至关重要的作用。
2 形成先进技术，使桩基施工中的对接薄弱环节得到彻底规避，使桩基钢筋对接接头质量达到100%合格，一次成优。
3 此工法施工桩基钢筋连接，形成了半工厂化施工，人工费用大幅降低，工人素质要求降低，通过成本分析，成本较传统焊接有所降低，达到了降低能耗，减少成本效果。
12 应用实例
此工法应用于陕西省西铜改扩建浊峪河试验段XTK-S1合同段。西安至铜川公路是国家规划的西部开发省际公路通道阿荣旗至北海线的重要组成部分，也是国家高速公路网包头至茂名纵向线的重要路段。西安至铜川公路改扩建工程路线起自西铜公路与西安绕城高速公路北段交点吕小寨立交，止于西铜公路铜川新区立交，全线60.373Km。2008年1月份开工，工期24个月。西铜改扩建浊峪河试验段XTK-S1合同段位于陕西省三原市境内，全长6.29公里，本标段有桥梁11座，其中大桥6座，立交2座，中、小桥各一座，车行天桥1座，共计总长1997.89米；钻孔灌注桩合计10652米。
钻孔灌注桩钢筋分段连接均采用分体式套筒钢筋接头施工，连接钢筋笼时间平均20min，施工速度快，为传统焊接工艺时间的1/6~1/10，施工质量合格率100%，有效节约施工时间，保证成桩质量，尤其对地质条件不好的桩基施工，有效规避和减少了桩基桩底沉渣随时间推移逐步增厚超标的情况，有效降低塌孔的几率，对工程的顺利完成起着至关重要的作用。
利用此工法施工，施工桩基钢筋连接，形成了半工厂化施工，人工费用大幅降低，工人素质要求降低，通过成本分析，成本较传统焊接有所降低，达到了降低能耗，减少成本效果。采用本工法节约直接经济效益3.6万元，节约工期1.5个月，可计算费用205万元，受到业主的一致好评，目前，已在陕西多个项目上进行应用，成效显著。