鋼筋雙螺套連接質(zhì)量影響因素量化研究

曹太然

(中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司 山西太原 030024)

1 引言

當(dāng)前，建筑用鋼筋正逐步向大直徑選材、高密度布設(shè)、高強(qiáng)度應(yīng)用的方向轉(zhuǎn)變，鋼筋工程中涉及鋼筋連接的工程量隨之增長。而在樁基礎(chǔ)施工實(shí)踐中，大體量鋼筋骨架機(jī)械連接作業(yè)用時(shí)基本占據(jù)了施工總工期的一半以上，甚至關(guān)系到最終的成樁質(zhì)量[1-2]。

目前，國內(nèi)眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員已就鋼筋機(jī)械連接工藝進(jìn)行了深入廣泛的研究，并取得了一系列重要成果。黃晟霖[3]通過拉拔試驗(yàn)，提出了HRB500級(jí)熱軋螺紋鋼筋直螺套連接的成套設(shè)計(jì)施工方法，并在高層建筑樁基礎(chǔ)工程中得到成功應(yīng)用；李智斌等[4]通過總結(jié)常用的鋼筋機(jī)械連接工藝特點(diǎn)，提出應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)連接套筒高溫力學(xué)強(qiáng)度和推廣標(biāo)準(zhǔn)化連接套筒的具體建議；李振武[5]以超大噸位鋼筋籠機(jī)械連接施工項(xiàng)目為背景，解決了大噸位鋼筋籠分節(jié)連接的工藝難題，論證了機(jī)械連接工藝在軟土地質(zhì)條件下針對(duì)大噸位鋼筋籠現(xiàn)場對(duì)接施工的可行性；胡曉依[6]通過單向拉伸和反復(fù)拉壓試驗(yàn)，論證了600 MPa級(jí)鋼筋采用直螺套機(jī)械連接的可行性。

綜上，鋼筋機(jī)械連接工藝已成為大體量鋼筋骨架對(duì)接作業(yè)的首選方法。為進(jìn)一步明確不同影響因素對(duì)鋼筋雙螺套連接質(zhì)量的影響程度，本文以某高鐵站房樁基礎(chǔ)施工項(xiàng)目為背景，使用熵權(quán)法對(duì)其連接質(zhì)量影響因素進(jìn)行了量化研究，并基于分析結(jié)果提出了具有針對(duì)性和傾向性的連接質(zhì)量控制措施。

2 鋼筋雙螺套連接原理及工藝要點(diǎn)

鋼筋雙螺套連接工藝是經(jīng)傳統(tǒng)直螺套連接工藝改進(jìn)后的一種更高效的鋼筋機(jī)械連接工藝。工程實(shí)踐表明，該連接工藝能夠適應(yīng)多種工程結(jié)構(gòu)的鋼筋連接施工需求，尤其適用于大體量鋼筋籠的現(xiàn)場對(duì)接。

2.1 鋼筋雙螺套連接原理

先將待連接的兩根主筋加工成帶正反螺紋的絲頭，再將兩個(gè)帶有正反絲頭的螺套分別與主筋絲頭端連接，兩個(gè)裝有內(nèi)螺套的主筋再通過一個(gè)外螺套連接并通過鎖母緊固。該連接工藝依靠多組螺套彌補(bǔ)了鋼筋絲頭加工造成的母材截面積缺損；此外，鋼筋絲頭經(jīng)冷處理后，其力學(xué)強(qiáng)度較母材有了大幅度提升。雙螺套鋼筋連接端示意見圖1。

圖1 雙螺套鋼筋連接端示意

2.2 鋼筋雙螺套連接工藝要點(diǎn)

雙螺套連接施工過程中有以下要點(diǎn)[7-8]:

(1)鋼筋絲頭加工。絲頭加工應(yīng)通過專用的滾軋機(jī)完成，絲頭扣數(shù)及絲頭長度應(yīng)根據(jù)鋼筋母材公稱直徑確定。鋼筋絲頭螺紋參數(shù)選取標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 鋼筋絲頭螺紋參數(shù)選取標(biāo)準(zhǔn)

(2)鋼筋連接。為了確保鋼筋螺套的連接強(qiáng)度和可靠性，應(yīng)給出準(zhǔn)確的螺套緊固扭矩值。直螺紋接頭緊固扭矩取值標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 直螺紋接頭緊固扭矩取值標(biāo)準(zhǔn)

為了保證連接效率和質(zhì)量，施工前應(yīng)明確連接工序并編制具備標(biāo)準(zhǔn)化施工要求的操作手冊(cè)，操作手冊(cè)應(yīng)涵蓋內(nèi)外螺套緊固方式、內(nèi)螺套與鋼筋緊固方式、雙螺套與鋼筋緊固方式及鎖母緊固方式等關(guān)鍵內(nèi)容。

(3)質(zhì)量檢測。質(zhì)檢應(yīng)包括螺套裸露螺紋數(shù)、螺套及鎖母實(shí)際緊固扭矩等項(xiàng)目，其中，內(nèi)螺套裸露螺紋不能大于3扣，扭力扳手復(fù)測后未達(dá)到扭矩規(guī)范下限的，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)扭至設(shè)計(jì)扭矩值。通過質(zhì)檢的鋼筋雙螺套連接體系示意見圖2。

圖2 通過質(zhì)檢的鋼筋雙螺套連接體系示意

3 鋼筋雙螺套連接質(zhì)量影響因素量化研究——以某站房基礎(chǔ)施工項(xiàng)目為例

3.1 項(xiàng)目概況

某高鐵站房按綜合交通樞紐標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，總建筑面積超過47萬m2，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為1級(jí)，其中，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)；經(jīng)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)，樁基礎(chǔ)共計(jì)3 089根，樁基直徑介于1 000～1 250 mm，樁長介于50～60 m，樁端持力層深度介于2.5～3.0 m。為了提升樁基礎(chǔ)鋼筋籠的對(duì)接施工效率和質(zhì)量，鋼筋籠擬采用新型雙螺套連接工藝進(jìn)行對(duì)接施工。

3.2 熵權(quán)法概述

熵權(quán)法作為一項(xiàng)常用的指標(biāo)權(quán)重客觀計(jì)算方法，能夠最大限度避免主觀因素對(duì)目標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果的干擾，目前已被廣泛應(yīng)用在多目標(biāo)決策案例中。

熵權(quán)法基于多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果構(gòu)造對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)矩陣X，進(jìn)而建立評(píng)價(jià)對(duì)象與評(píng)價(jià)指標(biāo)間的映射關(guān)系；為了解決數(shù)據(jù)矩陣間量綱不同導(dǎo)致的運(yùn)算障礙，需使用極值法對(duì)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行歸一化處理，以得到標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)矩陣Y[9-12]。

假設(shè)某一決策案例共有i(i＝1…m)項(xiàng)評(píng)價(jià)、j(j＝1…n)項(xiàng)指標(biāo)，數(shù)據(jù)矩陣Xij與標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Yij之間的數(shù)量關(guān)系見式(1):

計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Yij對(duì)應(yīng)的信息熵，信息熵計(jì)算公式見式(2)。

根據(jù)式(2)、(3)計(jì)算得出評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息熵，進(jìn)而得到各指標(biāo)的權(quán)重值，具體計(jì)算公式見式(4):

3.3 基于熵權(quán)法的鋼筋雙螺套連接質(zhì)量影響因素量化分析

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，影響樁基礎(chǔ)鋼筋籠鋼筋雙螺套連接質(zhì)量的因素主要包括:鋼筋偏位、鋼筋絲頭長度誤差、緊固不足與扭矩不達(dá)標(biāo)、螺套尺寸偏差、鋼筋缺陷5項(xiàng)。

現(xiàn)場隨機(jī)邀請(qǐng)5名行業(yè)專家對(duì)上述5項(xiàng)因素按百分制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量化打分，分值越高表明專家認(rèn)為該因素對(duì)鋼筋連接質(zhì)量的影響越顯著；為避免主觀因素影響，專家間全程相互獨(dú)立，不允許討論，打分結(jié)果采用不記名形式提交。本項(xiàng)目現(xiàn)場專家打分結(jié)果見表3。

表3 5項(xiàng)影響因素專家打分結(jié)果

經(jīng)歸一化處理的打分結(jié)果見表4。

表4 經(jīng)歸一化處理的專家打分結(jié)果

據(jù)式(3)處理表4數(shù)據(jù)，可得出各專家對(duì)某一評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分布情況，結(jié)果見表5。

表5 各專家對(duì)某一評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分布情況

據(jù)式(2)計(jì)算指標(biāo)的信息熵E，結(jié)果見表6。

表6 評(píng)價(jià)指標(biāo)信息熵E

據(jù)式(4)計(jì)算指標(biāo)的權(quán)重值，結(jié)果見表7。

表7 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值ω

據(jù)表7權(quán)重計(jì)算結(jié)果可知，緊固不足與扭矩不達(dá)標(biāo)對(duì)鋼筋籠機(jī)械連接質(zhì)量的影響程度最大，權(quán)重值為0.58；螺套尺寸偏差及鋼筋缺陷對(duì)其連接質(zhì)量的影響權(quán)重分列第2、3位，分別為0.18、0.14；鋼筋偏位及鋼筋絲頭長度對(duì)其影響較弱，權(quán)重值分別為0.03、0.07。

3.4 基于量化分析結(jié)果的雙螺套連接質(zhì)量控制措施分析

在編制鋼筋籠雙螺套連接質(zhì)量控制方案的實(shí)踐中，應(yīng)基于評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重大小，合理分配質(zhì)量控制資源，以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制的精準(zhǔn)化，進(jìn)而發(fā)揮質(zhì)量控制“補(bǔ)短板”、“強(qiáng)重點(diǎn)”的作用。具體的施工質(zhì)量控制措施如下[13-14]:

(1)精準(zhǔn)控制內(nèi)外螺套、鎖母的緊固扭矩。開工前項(xiàng)目部應(yīng)組織召開技術(shù)交底會(huì)，要求一線操作人員學(xué)習(xí)掌握扭力扳手的正確使用方法，操作人員上崗前應(yīng)通過項(xiàng)目部組織的技能鑒定考核；各螺套及鎖母的緊固扭矩必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求給定，緊固后應(yīng)由旁站監(jiān)理人員復(fù)測并做好記錄。

(2)嚴(yán)格控制螺套及鋼筋絲頭的加工精度。建議采用工廠預(yù)制生產(chǎn)代替現(xiàn)場加工的形式，同一標(biāo)段內(nèi)使用的絲頭及螺套應(yīng)委托同一廠商加工生產(chǎn)；生產(chǎn)廠商應(yīng)定期保養(yǎng)或更換加工設(shè)備刀具，保證加工質(zhì)量，存放和運(yùn)輸螺套及絲頭成品時(shí)，應(yīng)采取必要的保護(hù)措施。

(3)落實(shí)進(jìn)場檢測流程，杜絕母材缺陷。鋼筋自身缺陷直接關(guān)系到絲頭的加工質(zhì)量及母材強(qiáng)度，進(jìn)場前應(yīng)校核鋼筋母材的各項(xiàng)參數(shù)是否滿足施工要求，重點(diǎn)檢查鋼筋是否存在表面銹蝕缺損、公稱直徑誤差超限、鋼筋塑性變形明顯等缺陷；加強(qiáng)施工現(xiàn)場的鋼筋進(jìn)場檢驗(yàn)及存放管理工作，杜絕不合格鋼筋進(jìn)場施工，避免鋼筋在存放過程中受力、受潮。

4 結(jié)束語

本文利用熵權(quán)法，定量研究了不同影響因素對(duì)鋼筋雙螺套連接質(zhì)量的影響，得到以下基本結(jié)論:

(1)鋼筋雙螺套連接工藝在某站房樁基礎(chǔ)施工項(xiàng)目中的成功應(yīng)用，論證了該工藝的可行性和有效性，且該工藝在連接效率上具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。

(2)本文將熵權(quán)法應(yīng)用到了鋼筋雙螺套連接質(zhì)量影響因素的量化評(píng)價(jià)中，權(quán)重計(jì)算結(jié)果表明，緊固不足與扭矩不達(dá)標(biāo)對(duì)鋼筋籠機(jī)械連接質(zhì)量的影響程度最大，權(quán)重值為0.58；螺套尺寸偏差及鋼筋缺陷對(duì)其連接質(zhì)量的影響權(quán)重分列第2、3位，權(quán)重值分別為0.18、0.14。

(3)本文基于權(quán)重計(jì)算結(jié)果，從內(nèi)外螺套、鎖母的緊固扭矩精準(zhǔn)控制、螺套及鋼筋絲頭的加工精度控制、加強(qiáng)進(jìn)場檢測三方面提出了針對(duì)性的質(zhì)量控制措施，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場質(zhì)量控制資源的優(yōu)化配置。