级钢筋的应用及粗直径钢筋直螺纹机械连接技术.docx

HRB400级钢筋的应用及粗直径钢筋直螺纹机械连接技术
一、 分项工程状况
T3B工程地下二层，地上三层，建筑面积为387057㎡。基础结构为钢筋混凝土灌注桩及筏板基础，主体结构为钢筋混凝土框架结构，建筑功能主要为国际旅客的出发和到达空间和设施；连接T3A主楼的捷运系统车站；国际旅客的行李处理系统等。
工程主体大面积采用HRB400新三级钢作为工程结构材料，使用约8万吨，直径18mm以上采用直螺纹机械连接，共有接头约130万个。
二、 关键技术的施工方法及创新点
1、 钢筋加工工艺
钢筋加工过程中要严格按下料尺寸加工，加工完毕后由技术员、质量检查员、工长检查，合格的钢筋标识后方可使用。成品钢筋及原材一定要分类堆放整齐，并且标识清楚，未经标识的不准使用。
1） 钢筋的调直
用钢筋调直机调直钢筋，钢筋调直后应平直、无局部弯曲。
2） 钢筋下料
A） 下料原则：同规格钢筋根据不同长度，长短搭配，统筹配料；先断长料，后断短料，减少短头，减少损耗。
B） 钢筋切断时应核对配料单，并进行钢筋试弯，检查料表尺寸与实际成型的尺寸是否相符，无误后方可大量切断成型。
C） 在工作台设置控制下料长度的限位挡板，精确控制钢筋的下料长度。
D） 钢筋切断时，钢筋和切断机刀口要成垂线，并严格执行操作规程，确保安全。在切断过程中，如发现钢筋有劈裂、缩头或严重的弯头，必须切除。
3） 钢筋弯曲成型
钢筋弯曲前，对形状复杂的钢筋（如弯起钢筋），根据钢筋料牌上标明的尺寸，用石笔在钢筋上标示出各弯曲点位置，同时注意以下三个方面：
A） 根据不同弯曲角度扣除弯曲调整值，其扣法是从相邻两段长度中各扣一半。
B） 钢筋端部带半圆弯钩时，该段长度划线应增加0.5d。
C） 弯曲点标注工作宜从钢筋中线开始向两边进行，两边不对称的钢筋，也可以从钢筋的一端开始划线，但要注意校核各弯曲段的定型尺寸。
D） Ⅰ级受力钢筋末端做180°弯钩，其弯弧内径2.5d，平直部分长度不小于3d；

钢筋在弯曲机上成型时，对于Ⅰ级钢筋，心轴直径是钢筋直径的2.5倍，成型轴宜加偏心轴套，以便适应不同直径的钢筋弯曲需要。同时，为使弯弧一侧的钢筋保持平直，挡铁轴宜做成可变挡架或固定挡架（加角钢调整）。
箍筋成型时应先做样品。钢筋弯钩的平直段长度为箍筋直径的10d，弯钩形式为135°且两端弯钩成等号平行，长度误差不得超过 5mm。
2、 钢筋直螺纹连接施工施工工艺
1） 工艺流程
检查设备→钢筋端头制备→钢筋丝头加工→确定直螺纹连接位置→安放钢筋→作试件→直螺纹施工→质量检查
2） 钢筋丝头加工
钢筋端面平头→滚压螺纹→丝头质量检验→戴帽保护→丝头质量抽验→存放待用
A） 钢筋端平头
平头的目的是让钢筋端面与母材轴线方向垂直，宜用砂轮切割机或其它专用切断设备，严禁气割。
B） 套丝
按照钢筋规格所对应的位置调整好剥肋刀具的位置以及调整剥肋挡块及滚轧行程开关位置。设备运行后扳动进给手柄，将减带机向前移动，将待加工钢筋调直放入台钳口内，将挡铁放在剥肋部分的正中央，钢筋与其拧紧，然后转动台钳手柄紧固钢筋，使钢筋的纵肋置入钳口中间的凹槽内，然后撤掉挡铁。扳动给进手柄，使剥肋刀片与钢筋端头接触，然后平衡向前用力，当工作到调定长度时，涨刀滑块会推动涨刀柱，涨刀柱弹出，碰击涨刀圈，使滑行套向后滑动，四个刀架自动涨开，停止剥肋。
加工丝头时，应采用水溶性切削液，当气温低于0氏度时，应掺入15－20％亚硝酸钠。严禁用机油作切削液或不加切削液加工丝头。
丝头加工长度为标准型套筒长度的1/2，其公差为＋2P（P为螺距）。

3） 丝头质量检验
操作工人应按要求检查丝头的加工质量，每加工1个丝头用通、止环规检查一次。
4） 经自检合格的丝头，应由质检员随机抽样进行检验，以一个工作班内生产的丝头为一个验收批，随机抽检10％，且不得少于10个，并填写钢筋丝头检验记录表。当合格率小于95％时，应加倍抽检，复检总合格率仍小于95％时，应对全部钢筋丝头逐个进行检验，切去不合格丝头，查明原因并解决后重新加工螺纹。
5） 检验合格的丝头应加以保护，在其端头加带保护帽或用套筒拧紧，按规格分类堆放整齐。
6） 钢筋直螺纹连接
钢筋直径20mm以上（含）为直螺纹连接，直径20mm以下采用绑扎。
钢筋就位→拧下钢筋保护帽和套筒保护盖→接头拧紧→作标记→施工检查
A） 钢筋就位
连接钢筋时，钢筋规格和套筒的规格必须一致，钢筋和套筒的丝扣应干净、完好无损。搬运待连接处。
B） 采用预埋接头时，连接套筒的位置、规格和数量应符合设计要求。带连接套筒的钢筋应固定牢，连接套筒的外露端应有保护盖。
C） 作标记
经拧紧后的直螺纹接头应用油漆作出标记，与未拧紧的接头区分开。单边外露完整丝扣长度不应超过1扣。
D） 施工检查
对施工完的接头进行质量检查。
3、 钢筋绑扎
1） 本工程钢筋绑扎及节点做法必须满足03G101-1、03G329-1及图纸、规范要求。
2） 钢筋工程绑扎前应先熟悉施工图及规范，核对钢筋配料表和料牌。
3） 绑扎基础底板钢筋时，应先研究逐根钢筋的穿插就位顺序，减少绑扎困难，避免返工，加快进度。钢筋采用火烧丝绑扎。
4） 底板钢筋
A） 底板钢筋的弯钩：下排均朝上，上排均朝下。
B） 钢筋网的绑扎：所有钢筋交错点均绑扎，且必须牢固。同一水平直线上相邻绑扣呈“八”字型，朝向混凝土体内部。
C） 基础底板的下层钢筋绑扎完毕后进行专业管线、铁件、预留洞口的安装，安装完毕后开始绑扎上铁下排筋。
D） 基础底板的下铁钢筋绑扎完毕后，按1m左右的距离摆放钢筋马凳或钢筋支架，在马凳上按照已弹好的位置线摆放上铁纵、横两个方向的钢筋，然后进行绑扎，钢筋上下次序及绑扣方法同下铁钢筋的施工工艺。
E） 基础底板钢筋绑扎完毕后，根据弹好的墙、柱位置线将墙、柱伸入基础底板的插筋绑扎牢固。甩出的钢筋头长度为水平施工缝上40d和75d，在距底板上皮200mm和1000mm处应绑扎钢筋支撑，保证甩筋的垂直、不歪斜、不位移。
5） 柱钢筋:
A） 在进行柱筋施工时，先绑扎芯柱主筋及箍筋，再绑扎外围钢筋。柱主筋采用机械连接，箍筋采用搭接或10d单面焊接。箍筋绑扎前应用粉笔在同一主筋上划出箍筋间距线。箍筋绑扎采用兜扣绑扎，使主筋与箍筋紧贴，保证柱截面尺寸，箍筋绑扎时要注意控制保护层。
B） 柱直螺纹接头的位置：根据设计要求，框架柱的最下面的接头应错开框架柱钢筋加密区，两个接头中心距离错开35d（Φ40=1400 mm），50%的错开接头。
6） 墙钢筋:
A） 先绑扎墙体暗柱钢筋，再绑扎墙体钢筋，暗柱绑扎时先在距地50㎜开始在柱四角划点绑扎箍筋，箍筋四角要绑扎到位，绑扎完毕后按照位置线用线坠吊垂直。
B） 墙体分布筋绑扎时，先绑扎（连接）竖向钢筋，距暗柱50mm绑第一根立筋，距地50mm绑第一根水平筋。墙筋为双向受力钢筋，所有交叉点应逐点绑扎。其搭接长度及接头位置应符合规范要求，竖筋搭接长度范围内不少于3道水平筋，墙内挂钩勾住水平筋，梅花形布置间距600×600。
7） 框架梁、板钢筋
A） 框架梁主筋采用滚压直螺纹连接，50%错开接头。
B） 梁纵向受力钢筋采用双排筋时，两排钢筋之间应垫同规格直径的短钢筋棍，以保证两皮钢筋间距，箍筋开口应交错布置在两根架立钢筋上。箍筋距支座50mm起开始绑扎，框架梁箍筋加密长度为1.5倍梁高。箍筋与主筋四角用双丝绑兜扣。梁筋绑扎完毕后，应使用混凝土垫块将底铁垫起，梁钢筋的底部保护层厚度大于50mm，应加抗裂钢筋网片。
C） 框架柱梁节点处钢筋穿插十分密集时，注意梁顶主筋间的净距至少要有30mm，以利于浇筑砼。
D） 楼板钢筋网绑扎时应距墙、梁边50mm开始根据板筋间距弹线，弹完线后防止板上部的负筋被踩下，应架设马凳铁（绑在下层钢筋网片上），特别是悬挑板，要严格控制负筋位置，有放射形负筋的，负筋最大间距不大于规定间距，边缘部位的负筋应锚入墙或梁内Lae。遇楼板预留洞＞300mm需断铁时，应按图纸设计要求，距洞口25㎜在四周绑扎附加筋，分别出洞口满足锚固长度；楼板预留洞≤300mm的洞口，钢筋应绕过洞口。
E） 楼板为双向板时，板下筋根据图纸要求进入支座锚固Lae。上铁铺设时注意接头搭接位置，上铁接头位置在跨中1/3处交错搭接。板筋按照先铺短跨后铺长跨的原则进行。
F） 剪支板的钢筋按照先铺短跨后铺长跨的原则，根据顶板模板的弹线间距，先铺短向受力钢筋，再铺长向受力钢筋和分布钢筋，楼板马凳铁每隔1.2m放置一个。板下筋进墙锚固150mm。
三、 保证质量的措施
1、 生产部根据实际进度计划牵头，提出合理的钢筋进场计划，尽可能做到进场钢筋及时绑扎安装，减少现场钢筋堆放量、生锈量和占用场地量。
2、 复杂的节点，按图纸要求和有关规范进行钢筋摆放放样，并对操作工人进行详细的交底。
3、 对钢筋接头的检查，专职质检员、监理公司验收后分别分区打上不同颜色的标识（标识所用的印记不得过大，以免影响混凝土与钢筋的握裹力），确保每一个接头都为合格品。
4、 人员素质保证
施工前技术人员、工长、班组长必须认真熟悉、消化图纸，图纸中有疑问的地方，必须在施工前明确；责任师必须对作业人员进行详细的技术交底；特殊工种，如钢筋的焊接等作业人员要持证上岗；加强对作业人员的工程质量意识教育，实行岗位责任制，认真执行质量奖罚制度。
5、 材料质量控制
材料质量必须符合设计要求及国家标准，进场材料必须有质量保证书、合格证、复试报告，不合格的材料不得用于本工程。
6、 机具质量控制
钢筋连接所用焊机具经检测合格后方可使用，并安排专人做周检、维修、保养，保证机具的工作质量。
四、 直接经济效益和社会效益
1、 HRB400新三级钢的效益
在机场工程建筑物主体结构施工中，使用三级钢比二级钢要省，板块不大的情况下，一般板都是构造配筋，这就由最小配筋率来控制，最小配筋率与钢筋等级直接相关，大家比较一下会发现，混凝土等级一致的情况下，二级钢和三级钢相差明显。
以C40混凝土为例：
采用二级钢时：ρmin ＝ Max{0.20%, 0.45ft/fy} ＝ Max{0.20%, 0.26%} ＝ 0.26%
采用三级钢时：ρmin ＝ Max{0.20%, 0.45ft/fy} ＝ Max{0.20%, 0.21%} ＝ 0.21%
板厚为130mm时，每米需钢筋量：二级钢ASⅡ=1000*130*0.26%=338mm2，三级钢ASⅢ=1000*130*0.21%=273mm2
板厚为150mm时，每米需钢筋量：二级钢ASⅡ=1000*150*0.27%=405mm 2，三级钢ASⅢ=1000*150*0.21%=315mm 2
比较下来，两者的差别很大，使用三级钢比二级钢用钢量大约省20%左右，而两者单价是相差不多的。在机场T3B工程中，使用HRB400钢材约8万t，比使用二级钢节省用钢量约2万t。
2、 直螺纹机械连接的效益
T3B结构工程Ⅱ、Ⅲ级钢筋中直径≥20的钢筋连接采用直螺纹套筒接头，其中大直径Ⅲ级钢筋直螺纹连接大部分都是采用剥肋滚轧直螺纹连接，其余采用滚轧直螺纹连接，数量大约为130万个。
钢筋接头数量如此巨大，在方案选择上就得着重考虑工期和工作量这两点。在几种常用的连接方式中冷挤压方法因其现场操作复杂很显然无法满足要求；锥螺纹机械连接和直螺纹机械连接因为现场操作简便，在工期方面都能满足要求；但直螺纹机械连接与锥螺纹机械连接相比，具有与母材接触面大、框量小的优点，在相同条件下有更好的安全性能；目前直螺纹机械连接有剥肋滚轧直螺纹连接、滚轧直螺纹连接和镦粗螺纹连接三种，镦粗螺纹连接滚轧直螺纹机械连接优点在于工序更简便、相同条件下具有更高的抗拉强度，剥肋滚轧直螺纹机械连接优点在于钢筋加工后的丝扣表面光洁度高毛刺少、丝扣与套筒契合紧密框量小。
鉴于工期和结构安全性的双重考虑，施工方案选定剥肋滚轧直螺纹机械连接和滚轧直螺纹机械连接。所用直螺纹连接套筒材质为45号优质碳素结构钢，接头均为A级。
试验报告显示，Ⅲ级Φ40、Φ32、Φ28和Φ25 钢筋连接所做接头试验结果全部符合A级接头强度要求即接头试件抗拉强度实测值大于1.1倍的母材抗拉强度标准值且均断于母材，全部846组试验中仅有8组作双倍复试，经复试试验强度到要求。各项性能指标与厂家的企业标准所供数据基本吻合。接头试验和其对应母材试验数据如下表所示：
型号（Ⅲ级）
Φ40
Φ32
Φ28
Φ25
代表数量(个)
105850
89651
68837
119635
试验组数
201
193
167
285
接头试件抗拉强度实测均值（Mpa）
622.9
620.7
629.8
629
母材抗拉强度标准值（MPa）
570
570
570
570
备注
全部断于母材
全部断于母材
全部断于母材
全部断于母材
3、 总体效益
经过北京首都国际机场扩建工程的实践检验证明，HRB400新三级钢筋具有强度高，延性好，在用于现浇工程中与混凝土结合握裹力强，在同等混凝土养护条件下，混凝土裂缝小于Ⅱ级钢和小于I级钢筋等优点。同时由于HRB400新三级钢材设计值为360N/mm，II级设计值为300N/mm，I级圆线设计值为210N/mm。所以HRB400新三级钢筋在现浇工程中，比II级钢可节约材料20%，与I级线材比可节约钢材42%以上。具有工程质量牢固、施工方便，省工高效节约成本的优点。
本工程通过对Ⅲ级钢筋大直径直螺纹连接技术的应用，在现场钢筋接头的加工和安装速度及效率方面，比以往使用其他连接方式有着明显提高；在试验方面，由试验得出的各项数据可以充分验证此项技术在连接性能上的安全可靠；使我们收到了社会效益和经济效益，并为以后同类工程积累了一定的经验和量化数据等。