白鶴灘水電站鋼筋滾軋直螺紋連接質(zhì)量控制

龔子楨，蔡振峰，秦勁軍，王玲玲

（1.中國(guó)三峽建設(shè)管理有限公司白鶴灘工程建設(shè)部，615421，寧南；2.中國(guó)三峽新能源（集團(tuán)）股份有限公司南方分公司，650299，昆明）

一、概 述

相對(duì)于焊接、綁扎連接鋼筋的方式，鋼筋機(jī)械連接具有強(qiáng)度高、適用廣、質(zhì)量穩(wěn)定、施工便利安全、機(jī)械化程度高、環(huán)保無污染、節(jié)約鋼材等優(yōu)點(diǎn)，并于2017年作為一項(xiàng)新式鋼筋連接技術(shù)被列入建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑和構(gòu)筑物的混凝土施工。白鶴灘水電站作為全球在建最大的水電站，混凝土量近 2000萬 m3， 鋼筋量約 70萬 t，涉及大量的鋼筋連接，工程施工中采用了大量的鋼筋直螺紋連接接頭，接頭質(zhì)量對(duì)確?；炷临|(zhì)量尤為重要。因此分析直螺紋接頭質(zhì)量控制要點(diǎn)，研究制定一套適合白鶴灘水電站工程鋼筋直螺紋接頭質(zhì)量控制措施和流程非常必要性。

二、鋼筋直螺紋接頭質(zhì)量控制要點(diǎn)分析

機(jī)械連接是在兩端鋼筋之間設(shè)置連接套筒，利用各種工藝手段（擠壓、螺紋、充填介質(zhì)等）形成鋼筋與套筒之間的機(jī)械咬合，通過套筒實(shí)現(xiàn)受力鋼筋之間拉力的傳遞，通過螺紋在設(shè)定扭矩下相互咬合提供連接力達(dá)到整體傳力效果即為螺紋機(jī)械連接。

1.不同螺紋連接優(yōu)劣對(duì)比

按螺紋連接形態(tài)不同，螺紋機(jī)械連接分為錐螺紋連接、鐓粗直螺紋連接、滾軋直螺紋連接（帶肋滾軋或剝肋滾軋）三種工藝形式，分別見圖1～3。

（1）錐螺紋連接

錐螺紋連接接頭通過特制錐形螺紋和連接件錐形螺紋咬合形成的接頭。優(yōu)點(diǎn)是施工方便，適應(yīng)性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)連接占用工期短，只需力矩扳手操作。但由于加工錐螺紋小徑削弱了母材的橫截面積，從而降低了接頭強(qiáng)度，接頭質(zhì)量不穩(wěn)定，一般只能達(dá)到母材實(shí)際抗拉強(qiáng)度的85%～95%，易發(fā)生倒牙、脫扣等缺陷。

（2）鐓粗直螺紋連接

通過鋼筋端頭鐓粗后制作的直螺紋和連接件螺紋咬合形成的接頭，優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)鋼筋端頭螺紋的承載能力，達(dá)到接頭與鋼筋母材等強(qiáng)（甚至超強(qiáng)）的目的，但造成金相組織改變，影響鋼筋性能，變形模量會(huì)降低，延性損失，易在鐓頭區(qū)域脆斷。

（3）滾軋直螺紋連接

鋼筋等強(qiáng)度剝肋滾軋直螺紋接頭是通過鋼筋端頭直接滾壓或擠（碾）壓肋滾壓或剝肋后滾壓制作的直螺紋和連接件螺紋咬合形成的接頭，兼顧上述兩種工藝優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)克服了缺陷，是各種不同連接形式逐步改進(jìn)的結(jié)果。鑒于其可靠性和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，白鶴灘水電站鋼筋機(jī)械連接采用滾軋直螺紋連接成套技術(shù)。

圖1 錐螺紋連接示意和實(shí)物剖視圖

圖2 鐓粗直螺紋連接示意和實(shí)物剖視圖

圖3 滾軋直螺紋連接示意和實(shí)物剖視圖

圖4 接頭受壓示意圖

圖5 接頭受拉示意圖

2.接頭承載力機(jī)理

鋼筋是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的主要受力材料，所受應(yīng)力包括拉力和壓力，以承載拉力為主。滾軋直螺紋接頭受拉力和壓力時(shí)，主要依靠螺紋咬合阻力和摩阻力傳遞拉壓力，其中咬合阻力起主要承載作用。除鋼筋受力外，接頭與混凝土間的黏接強(qiáng)度（握裹力）對(duì)鋼筋混凝土發(fā)揮性能也起到重要作用。直螺紋接頭在鋼筋混凝土中受力狀況下的力學(xué)機(jī)理變化如下：

（1）接頭受壓

標(biāo)準(zhǔn)型滾軋直螺紋連接接頭受壓時(shí)，隨著壓力增強(qiáng)螺紋咬合阻力和摩阻力逐漸減小，套筒內(nèi)鋼筋端面接合嚴(yán)密情況時(shí)，鋼筋端部阻力發(fā)揮主要承載作用，此狀況下接頭屬于全截面受壓構(gòu)件，但其承壓有效面積相比鋼筋截面略小。受壓示意圖見圖4。

（2）接頭受拉

滾軋直螺紋連接接頭受拉時(shí)，隨著拉力增強(qiáng)，螺紋咬合阻力和摩阻力逐漸減小，當(dāng)接頭鋼筋被拉出或拉斷時(shí)，咬合阻力和摩阻力消失，此時(shí)鋼筋連接接頭效應(yīng)消失，接頭在套筒連接點(diǎn)發(fā)生拉拔破壞。受拉示意圖見圖5。

（3）接頭與混凝土的作用力

Although prior investigators had studied about the prognostic value of NLR in malignancy, there was no study about the CRP-to-albumin ratio in PC. The present study showed that both NLR and CRP-to-albumin ratio can be useful and easy biomarkers to predict the response and outcome of PC.

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由鋼筋和混凝土共同承受荷載的，它們之所以能夠共同工作，其中重要原因是因?yàn)殇摻詈突炷林g有充分的黏結(jié)強(qiáng)度（握裹力）。鋼筋在混凝土中握裹力主要體現(xiàn)在膠結(jié)力（接觸面化學(xué)吸附作用）、摩阻力（與接觸面摩擦系數(shù)大小及側(cè)壓力相關(guān)）、機(jī)械咬合力（如鋼筋肋與混凝土接觸面產(chǎn)生擠壓），帶肋鋼筋的機(jī)械咬合是握裹力的主要來源。然而，直螺紋套筒外表面光滑，與混凝土不能形成機(jī)械咬合，摩阻力也較小。當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件受到荷載作用時(shí)，若接頭和混凝土之間產(chǎn)生相對(duì)滑移，會(huì)引起構(gòu)件開裂，影響結(jié)構(gòu)的正常使用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響結(jié)構(gòu)的承載能力，使結(jié)構(gòu)破壞。

3.接頭剛度分析

鋼筋接頭性能優(yōu)良評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在其力學(xué)性能達(dá)到或優(yōu)于鋼筋性能，剛度作為重要力學(xué)性能之一，接頭區(qū)域的剛性問題不容忽視。剛度是指構(gòu)件在荷載效應(yīng)下抵抗變形的能力，其變形問題屬于正常使用的極限狀態(tài)。通常而言，工程實(shí)踐中混凝土構(gòu)件以鋼筋屈服強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)依據(jù)，一般情況下處于彈性階段。若接頭區(qū)域剛度低于鋼筋剛度性能時(shí)，在承載狀況下因剛度不足產(chǎn)生塑性變形，且卸載后變形不可恢復(fù) （殘余變形），對(duì)混凝土內(nèi)部接頭部位的裂縫控制存在不利影響，甚至引起接頭區(qū)段截面受力鋼筋應(yīng)力的差異，使鋼筋處于不均勻受力的不利狀態(tài)。直螺紋接頭連接鋼筋變形模量相對(duì)于整根鋼筋變形模量存在蛻化，其蛻化導(dǎo)致鋼筋受力不均衡已為試驗(yàn)結(jié)果所證實(shí)。因此，在工程應(yīng)用中有必要確保接頭的剛度性能，對(duì)接頭的殘余變形進(jìn)行控制。

4.質(zhì)量控制要點(diǎn)

綜合上述分析，可得出以下推斷：一是螺紋咬合阻力對(duì)確保接頭承載性能尤為關(guān)鍵。二是鋼筋端面緊密結(jié)合程度對(duì)接頭受壓承載、消除殘余變形具有較大影響。三是套筒外表面光滑程度對(duì)接頭與混凝土黏接強(qiáng)度存在影響。四是接頭剛度性能相對(duì)于整根鋼筋有所蛻化，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制和鋼筋截面均衡受力存在影響。

按照上述論述，結(jié)合滾軋直螺紋接頭施工工藝過程（預(yù)接：鋼筋切斷、端面平頭→剝肋滾壓螺紋→絲頭質(zhì)量檢驗(yàn)→利用套筒連接→接頭檢驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)連接：鋼筋就位→擰下鋼筋保護(hù)帽和套筒保護(hù)帽→接頭擰緊→作標(biāo)記→質(zhì)量檢驗(yàn)），可以看出以下方面的質(zhì)量控制對(duì)于確保直螺紋接頭發(fā)揮性能較為關(guān)鍵：

①螺紋質(zhì)量控制。涉及鋼筋質(zhì)量、螺紋加工質(zhì)量，確保螺紋強(qiáng)度能夠滿足接頭性能要求。

②接頭安裝后殘余變形控制。涉及鋼筋端面平整度（確保套筒內(nèi)端面相互頂緊）、擰緊時(shí)安裝扭矩（確保最小擰緊扭矩）、絲頭加工長(zhǎng)度控制（確保有效咬合及套筒內(nèi)鋼筋頂緊）。

③套筒質(zhì)量控制。涉及套筒材質(zhì)、表面處理、內(nèi)螺紋質(zhì)量、套筒尺寸等。

三、質(zhì)量控制措施和流程

針對(duì)滾軋直螺紋連接接頭質(zhì)量控制要點(diǎn)制定質(zhì)量控制措施，并設(shè)計(jì)一套直螺紋機(jī)械連接質(zhì)量管控流程（套筒進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量檢查→套筒進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收→工藝檢驗(yàn)→絲頭加工質(zhì)量檢查→絲頭出廠驗(yàn)收→接頭安裝質(zhì)量檢查→接頭安裝驗(yàn)收）。

1.套筒和鋼筋

①實(shí)施套筒供應(yīng)商市場(chǎng)準(zhǔn)入制度，由建設(shè)單位牽頭對(duì)供應(yīng)商資質(zhì)、生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品許可、產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行審查，施工單位在批準(zhǔn)的具有市場(chǎng)準(zhǔn)入資格企業(yè)中選擇套筒供應(yīng)商，確保套筒質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

②嚴(yán)格套筒進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收，復(fù)核產(chǎn)品合格證和質(zhì)量證明資料，對(duì)套筒外觀和尺寸抽檢，檢測(cè)項(xiàng)目包括外形尺寸、內(nèi)螺紋中徑和小徑。施工單位按驗(yàn)收批量總數(shù)的10%、監(jiān)理單位按驗(yàn)收批量總數(shù)的5%抽檢。

③套筒外觀重點(diǎn)關(guān)注無肉眼可見裂紋或其他缺陷，表面允許有銹斑或浮銹，不應(yīng)有銹皮；鋼筋實(shí)行業(yè)主統(tǒng)供，特別需要關(guān)注鋼筋與套筒適應(yīng)程度，即在鋼筋連接工程開始前，對(duì)不同鋼廠的進(jìn)場(chǎng)鋼筋進(jìn)行接頭工藝檢驗(yàn)，檢驗(yàn)接頭技術(shù)、接頭型式、加工工藝參數(shù)是否與本工程中進(jìn)場(chǎng)鋼筋相適應(yīng)。

2.絲頭加工

絲頭加工質(zhì)量控制是鋼筋直螺紋連接質(zhì)量控制的重點(diǎn)，關(guān)系到螺紋咬合性能發(fā)揮，對(duì)鋼筋連接質(zhì)量存在直接影響。

①為保證螺紋與套筒內(nèi)螺紋匹配程度，實(shí)行套筒生產(chǎn)廠家負(fù)責(zé)鋼筋螺紋加工、加工人員技術(shù)培訓(xùn)后上崗機(jī)制。

②嚴(yán)格鋼筋絲頭出場(chǎng)質(zhì)檢和驗(yàn)收，對(duì)絲頭外觀和螺徑進(jìn)行抽檢，檢測(cè)項(xiàng)目包括外觀、螺紋牙形、螺紋長(zhǎng)度、螺徑。施工單位按驗(yàn)收批量總數(shù)的10%、監(jiān)理單位按驗(yàn)收批量總數(shù)的1%（不少于5個(gè)）抽檢。

③加工完成后使用絲頭專用護(hù)套保護(hù)。

3.現(xiàn)場(chǎng)安裝

①從機(jī)械連接原理可知，螺紋在設(shè)定扭矩下發(fā)揮連接效果。若只用管鉗擰緊，檢查外露絲扣，無法確保達(dá)到設(shè)定扭矩要求。安裝后每個(gè)接頭均需用扭矩扳手逐個(gè)校核擰緊扭矩。就操作而言，校核擰緊扭矩工序，應(yīng)當(dāng)緊接管鉗工序?qū)嵤?/p>

②連接安裝完成后，應(yīng)按規(guī)程規(guī)范進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，同時(shí)進(jìn)行擰緊扭矩校核，施工單位隨機(jī)抽檢驗(yàn)收批量接頭數(shù)的10%、監(jiān)理單位按1%（且不少于5個(gè)）復(fù)核。需要指出的是，此處的擰緊扭矩校核屬于驗(yàn)收性抽檢，應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)的擰緊扭矩校核進(jìn)行區(qū)分。

③施工完成后，建設(shè)單位及監(jiān)理單位對(duì)已完成的接頭隨機(jī)抽檢極限抗拉強(qiáng)度。

四、質(zhì)量控制效果

對(duì)白鶴灘水電站主體工程建設(shè)期直螺紋接頭抗拉強(qiáng)度監(jiān)督性抽檢數(shù)據(jù) （2017年8月—2019年7月）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，實(shí)施上述質(zhì)量管控措施后，滾軋直螺紋連接接頭施工質(zhì)量能夠保持穩(wěn)定受控，試件抽樣極限抗拉強(qiáng)度檢測(cè)一次合格率達(dá)99.8%，復(fù)檢合格率100%。

五、結(jié) 語

鋼筋滾軋直螺紋連接成套技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)，近年廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐，工程技術(shù)人員對(duì)其受力機(jī)理、性能優(yōu)缺點(diǎn)的認(rèn)識(shí)還在不斷深化。本文立足于工程質(zhì)量預(yù)防為主的理念，通過對(duì)受力機(jī)理和工藝過程進(jìn)行剖析，分析直螺紋連接技術(shù)質(zhì)量控制要點(diǎn)，同時(shí)指出該技術(shù)容易被忽視的弊端，介紹了白鶴灘工程管理實(shí)踐中的質(zhì)量控制措施和流程，檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明取得了較好的質(zhì)量控制效果，具有一定的推廣價(jià)值。