钢筋双螺套连接质量影响因素量化研究

2022-04-20曹太然

铁道建筑技术 2022年3期

曹太然

(中铁十二局集团建筑安装工程有限公司山西太原 030024)

1 引言

当前，建筑用钢筋正逐步向大直径选材、高密度布设、高强度应用的方向转变，钢筋工程中涉及钢筋连接的工程量随之增长。而在桩基础施工实践中，大体量钢筋骨架机械连接作业用时基本占据了施工总工期的一半以上，甚至关系到最终的成桩质量[1-2]。

目前，国内众多学者和工程技术人员已就钢筋机械连接工艺进行了深入广泛的研究，并取得了一系列重要成果。黄晟霖[3]通过拉拔试验，提出了HRB500级热轧螺纹钢筋直螺套连接的成套设计施工方法，并在高层建筑桩基础工程中得到成功应用；李智斌等[4]通过总结常用的钢筋机械连接工艺特点，提出应重点加强连接套筒高温力学强度和推广标准化连接套筒的具体建议；李振武[5]以超大吨位钢筋笼机械连接施工项目为背景，解决了大吨位钢筋笼分节连接的工艺难题，论证了机械连接工艺在软土地质条件下针对大吨位钢筋笼现场对接施工的可行性；胡晓依[6]通过单向拉伸和反复拉压试验，论证了600 MPa级钢筋采用直螺套机械连接的可行性。

综上，钢筋机械连接工艺已成为大体量钢筋骨架对接作业的首选方法。为进一步明确不同影响因素对钢筋双螺套连接质量的影响程度，本文以某高铁站房桩基础施工项目为背景，使用熵权法对其连接质量影响因素进行了量化研究，并基于分析结果提出了具有针对性和倾向性的连接质量控制措施。

2 钢筋双螺套连接原理及工艺要点

钢筋双螺套连接工艺是经传统直螺套连接工艺改进后的一种更高效的钢筋机械连接工艺。工程实践表明，该连接工艺能够适应多种工程结构的钢筋连接施工需求，尤其适用于大体量钢筋笼的现场对接。

2.1 钢筋双螺套连接原理

先将待连接的两根主筋加工成带正反螺纹的丝头，再将两个带有正反丝头的螺套分别与主筋丝头端连接，两个装有内螺套的主筋再通过一个外螺套连接并通过锁母紧固。该连接工艺依靠多组螺套弥补了钢筋丝头加工造成的母材截面积缺损；此外，钢筋丝头经冷处理后，其力学强度较母材有了大幅度提升。双螺套钢筋连接端示意见图1。

图1 双螺套钢筋连接端示意

2.2 钢筋双螺套连接工艺要点

双螺套连接施工过程中有以下要点[7-8]:

(1)钢筋丝头加工。丝头加工应通过专用的滚轧机完成，丝头扣数及丝头长度应根据钢筋母材公称直径确定。钢筋丝头螺纹参数选取标准见表1。

表1 钢筋丝头螺纹参数选取标准

(2)钢筋连接。为了确保钢筋螺套的连接强度和可靠性，应给出准确的螺套紧固扭矩值。直螺纹接头紧固扭矩取值标准见表2。

表2 直螺纹接头紧固扭矩取值标准

为了保证连接效率和质量，施工前应明确连接工序并编制具备标准化施工要求的操作手册，操作手册应涵盖内外螺套紧固方式、内螺套与钢筋紧固方式、双螺套与钢筋紧固方式及锁母紧固方式等关键内容。

(3)质量检测。质检应包括螺套裸露螺纹数、螺套及锁母实际紧固扭矩等项目，其中，内螺套裸露螺纹不能大于3扣，扭力扳手复测后未达到扭矩规范下限的，应及时补扭至设计扭矩值。通过质检的钢筋双螺套连接体系示意见图2。

图2 通过质检的钢筋双螺套连接体系示意

3 钢筋双螺套连接质量影响因素量化研究——以某站房基础施工项目为例

3.1 项目概况

某高铁站房按综合交通枢纽标准设计，总建筑面积超过47万m2，建筑结构安全等级为1级，其中，地基基础设计等级为甲级，基础形式为桩基础；经现场统计，桩基础共计3 089根，桩基直径介于1 000～1 250 mm，桩长介于50～60 m，桩端持力层深度介于2.5～3.0 m。为了提升桩基础钢筋笼的对接施工效率和质量，钢筋笼拟采用新型双螺套连接工艺进行对接施工。

3.2 熵权法概述

熵权法作为一项常用的指标权重客观计算方法，能够最大限度避免主观因素对目标评价结果的干扰，目前已被广泛应用在多目标决策案例中。

熵权法基于多指标综合评价结果构造对应评价指标的数据矩阵X，进而建立评价对象与评价指标间的映射关系；为了解决数据矩阵间量纲不同导致的运算障碍，需使用极值法对数据矩阵进行归一化处理，以得到标准化的数据矩阵Y[9-12]。

假设某一决策案例共有i(i＝1…m)项评价、j(j＝1…n)项指标，数据矩阵Xij与标准化矩阵Yij之间的数量关系见式(1):

计算标准化矩阵Yij对应的信息熵，信息熵计算公式见式(2)。

根据式(2)、(3)计算得出评价指标的信息熵，进而得到各指标的权重值，具体计算公式见式(4):

3.3 基于熵权法的钢筋双螺套连接质量影响因素量化分析

经现场调查统计后发现，影响桩基础钢筋笼钢筋双螺套连接质量的因素主要包括:钢筋偏位、钢筋丝头长度误差、紧固不足与扭矩不达标、螺套尺寸偏差、钢筋缺陷5项。

现场随机邀请5名行业专家对上述5项因素按百分制标准进行量化打分，分值越高表明专家认为该因素对钢筋连接质量的影响越显著；为避免主观因素影响，专家间全程相互独立，不允许讨论，打分结果采用不记名形式提交。本项目现场专家打分结果见表3。

表3 5项影响因素专家打分结果

经归一化处理的打分结果见表4。

表4 经归一化处理的专家打分结果

据式(3)处理表4数据，可得出各专家对某一评价指标的权重分布情况，结果见表5。

表5 各专家对某一评价指标的权重分布情况

据式(2)计算指标的信息熵E，结果见表6。

表6 评价指标信息熵E

据式(4)计算指标的权重值，结果见表7。

表7 评价指标权重值ω

据表7权重计算结果可知，紧固不足与扭矩不达标对钢筋笼机械连接质量的影响程度最大，权重值为0.58；螺套尺寸偏差及钢筋缺陷对其连接质量的影响权重分列第2、3位，分别为0.18、0.14；钢筋偏位及钢筋丝头长度对其影响较弱，权重值分别为0.03、0.07。

3.4 基于量化分析结果的双螺套连接质量控制措施分析

在编制钢筋笼双螺套连接质量控制方案的实践中，应基于评价指标权重大小，合理分配质量控制资源，以实现质量控制的精准化，进而发挥质量控制“补短板”、“强重点”的作用。具体的施工质量控制措施如下[13-14]:

(1)精准控制内外螺套、锁母的紧固扭矩。开工前项目部应组织召开技术交底会，要求一线操作人员学习掌握扭力扳手的正确使用方法，操作人员上岗前应通过项目部组织的技能鉴定考核；各螺套及锁母的紧固扭矩必须严格按照设计及规范要求给定，紧固后应由旁站监理人员复测并做好记录。

(2)严格控制螺套及钢筋丝头的加工精度。建议采用工厂预制生产代替现场加工的形式，同一标段内使用的丝头及螺套应委托同一厂商加工生产；生产厂商应定期保养或更换加工设备刀具，保证加工质量，存放和运输螺套及丝头成品时，应采取必要的保护措施。

(3)落实进场检测流程，杜绝母材缺陷。钢筋自身缺陷直接关系到丝头的加工质量及母材强度，进场前应校核钢筋母材的各项参数是否满足施工要求，重点检查钢筋是否存在表面锈蚀缺损、公称直径误差超限、钢筋塑性变形明显等缺陷；加强施工现场的钢筋进场检验及存放管理工作，杜绝不合格钢筋进场施工，避免钢筋在存放过程中受力、受潮。