大直径钢筋直螺纹连接技术

摘要：通过国家“建筑业十项新技术―大直径钢筋直螺纹连接技术”在哈尔滨市松花江公路大桥南岸引桥工程施工中的应用，阐述了这项新技术应用过程中的施工要点、质量控制过程中较易出现的问题及处理。

关键词：螺纹连接；钢筋螺纹接头；套筒；剥肋；直径；螺纹量规

Abstract: Through the national " ten new techniques in architecture industry - large diameter reinforced straight thread connection technology " in Harbin city's Songhua River highway bridge south bridge approach engineering construction application, expounds the application of new technology in the process of construction, quality control process is easy to appear the problem and treatment.

Key words: thread connection; steel bar thread connection; sleeve; stripping rib; diameter; thread gauges

中图分类号：TU511.3+2文献标识码：A 文章编号：2095-2104

一、使用过程分析

随着建筑业的迅速发展，钢筋混凝土结构的跨度和规模越来越大，越来越复杂，钢筋用量显著增加，钢筋直径和布筋密度也越来越大。大直径钢筋的连接方法，成为结构设计与施工的关键之一，直接影响建设工程质量、施工进度和经济效益。传统的搭接连接方式、焊接连接方式，都存在着连接质量不良、劳动强度大、钢筋使用量大、施工时间长、能耗高、不甚安全等弊端。

建设部推广十项新技术之一的“大直径钢筋直螺纹连接技术”采用螺纹连接的方法将需要连接的钢筋相连。螺纹连接是采用“围绕在圆柱体上的阿基米德螺旋线”原理将需要紧固或连接的元件结合在一起，它具有悠久的历史、技术成熟和广泛的应用市场。大直径钢筋直螺纹连接技术即是利用了螺纹连接的可靠性、操作简便的优点。采取这种方法连接的钢筋接头，连接可靠、质量稳定，应用范围广、适应性强，与其他钢筋连接方法相比具有施工速度快、提高工效，环保、节能、节约材料等诸多优点，因而在全国很多大中工程中推广应用。

钢筋剥肋滚压直螺纹套筒连接技术是在钢筋直螺纹连接技术的基础上发展起来的一项新技术，它与传统的焊接工艺及其它机械连接技术相比，具有如下特点：

1、钢筋接头采用的螺纹是公制“标准三角形普通螺纹”，通用性好，可以标准化生产。螺纹牙型好，60°牙尖角具有较高的抗拉能力，连接质量稳定可靠，连接强度高。一般机械切削加工的螺纹是通过对金属材料的切削加工而成，对材料造成一定程度的破坏，工程施工现场一般通过“板牙”等方式加工螺纹牙型表面不够光洁，容易破损，配合也不够严密，自然螺纹受力条件也会受到影响，所以相关“标准连接件”规范规定这种方法加工的螺纹只能为3级以下精度。

而“等强度剥肋滚压直螺纹连接技术”是在一台专用设备上将钢筋接头通过剥肋---滚压螺纹,自动一次成形，这种“滚压螺纹”技术是由螺纹标准件加工引申而来。由于螺纹底部钢筋原材不是被切削掉，而是被滚压挤密，钢筋产生加工硬化，提高了原材强度，从而实现了钢筋等强度连接的目的。这项技术操作简单，加工工序少，滚丝轮工作寿命长，接头稳定可靠，施工便捷,精度高，连接接头质量比切削加工的直螺纹更为可靠、稳定,可以满足规范规定的I级接头标准要求，因而在工程中得到了广泛的应用。松花江公路大桥工程主要是采用等强剥肋滚压直螺纹连接.

2、操作简单，施工速度快。专用的“钢筋滚丝设备”整个作业过程简单，完全是在可视状态下操作，使用者通过简单的培训即可操作完成。而且专用机械加工的接头质量受人为因素影响小，更为可靠。螺纹可以提前成批量加工，现场装配成型，占用过程时间少。这一点对于缩短工程的工期是很珍贵的。

3、使用安全、应用范围广。传统的电弧焊接往往会留下火灾隐患，尤其在冬季或复杂条件下施工，由于电弧焊接引起的火灾案例不一而足。另一方面，狭小空间电弧焊作业也给作业者带来不便和危险。而直螺纹连接套筒是多规格定型产品，使用过程中所受的限制条件较少，适用于直径16-40mmⅡ、Ⅲ级钢筋在各种方位同、异直径的连接。施工过程中无明火、高温等现象产生，无污染，无火灾及爆炸隐患，施工安全可靠，这一点显然要优于传统的电弧焊接。

4、传统的钢筋焊接连接，需要大量的设备、操作人员要求高，设备能耗也高。专用的“GHB40型钢筋滚丝设备”单台设备功率仅为3-4KW，一般工程3-4台，较小的工程1-2台即可满足施工需要，节约能源。尤其在电力供应不便的现场更是其大显身手之处。

5、工艺流程简洁，通过：钢筋端面平头、剥肋滚压螺纹、螺纹接头质量检验、钢筋就位连接、作标记、接头质量检验，即可完成全部安装操作。

二、过程要点

1、毋庸置疑合格的材料是保证工程质量的前提条件。工程所用的钢筋必须持有产品出厂合格证、产品性能检测报告，必须进行材料进场复试检测，具有复试报告。应注意的是：钢筋的直径不得偏差过大，不能够有“扁圆”截面，否则会造成螺纹牙型不饱满、断牙等现象。

连接套筒是市场供应的成品件，它的材质要求为优质碳素结构钢或其它经检验确定符合“钢筋等强连接”要求的钢材。使用时应按照规范要求进行抽检。外观目视检查不许有严重锈蚀、裂纹、内螺纹牙型缺陷等影响接头质量的缺陷，使用前还应注意去除其内表面防锈涂料及杂质。其螺纹部分检验使用“螺纹塞规”，当通规通过，而止规通不过，该套筒内螺纹公差为合格，否则为不合格工件，不得使用。

2、进场钢筋端头一般都成“马蹄”状，比较粗糙，不能直接进行螺纹加工，一般宜采用砂轮切割机或其它专用切断设备将端头切割成光滑的平面，严禁气割，以确保钢筋待连接端面与母材轴线方向垂直，并使钢筋连接端面之间充分接触。这一点很重要，如果两根钢筋的断面不能很好的接触，会造成套筒的紧固效果不良。

3、钢筋螺纹接头加工是工艺关键之一，它是在钢筋剥肋滚压直螺纹机上直接完成，该设备集钢筋剥肋与螺纹滚压于一身，一次装卡即可完成。操作人员均须经过技术培训经考核，熟悉操作要领及质量要求，能够熟练操作设备方可上岗。滚丝的过程中应注意按照设备使用要求使用冷却液，冷却液应采用对钢筋无污染、无腐蚀的液体。

钢筋螺纹连接其螺纹部分的加工的质量要素：螺纹直径、螺纹牙型、螺纹长度和端头的垂直平整度。

我国普通标准螺纹采用的是公制，由于丝头的螺纹是由滚轧机的滚丝轮挤压成型的，其牙型角和螺纹表面光洁度（滚丝的光洁度可达到4以上）一般均能达到设计要求。所以最重要的是剥肋后的钢筋直径和加工的螺纹部分长度。

同连接套筒内螺纹加工精度对接头性能影响情况一样，钢筋丝头螺纹外径是保证与连接套筒螺纹配合的关键。外径过大会造成螺纹部分旋入困难，过小则使螺纹旋入不紧容易松动。

对于钢筋的螺纹接头，由于钢筋母材直径公差较大，根据《GBl499》，16~40mm带肋钢筋，公差由±0．4~±0．6mm，正差和负差之间相差0.8~1．2mm，如果直径一律控制在负偏差下，容易造成钢筋丝头螺纹牙型不饱满或者缺损现象。再加上钢筋端部在运输、搬运过程中极易受到磕碰变形，也会在丝头上造成不完整的断续螺纹。所以在丝头加工过程中应控制正负偏差均匀出现，以求加工的丝头螺纹的牙型完整，从而保证接头的连接强度。 施工现场可以采用卡尺检量剥肋后钢筋直径，采用“螺纹规”俗称“丝准”检查牙型饱满度和牙尖角。

目前，国家在《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107中尚无此项规定，我们在施工中参照相同直径螺栓标准检查牙型以及螺纹外径。其外观质量参数可以参考：有效螺纹不得少于设计规定，牙顶宽度大于0.3P的不完整螺纹不应超过3牙，且累计长度不得超过两个螺纹周长，同一螺纹的不完整长度不大于1／4圆周。

钢筋螺纹接头的螺纹长度小于设计要求、螺纹端面不平整、不垂直，都会导致钢筋端头在连接套筒中顶不到位。螺纹长度小，严重时会造成接头部分螺纹不足，抗拉强度大幅降低，进而影响整个工程结构的安全性，过长则会出现接头外露螺纹太多或者另一端接头旋入长度不足，造成钢筋连接处直径缩小、抗拉能力降低，形成不合格接头。施工中以1/2套筒长度、旋入后螺纹长度外露+1P~+2P较为适宜。

钢筋螺纹接头的质量检验可以通过“螺纹环规”和钢板尺检查。现场以每台设备每班加工的同规格钢筋丝头数量（或500个接头）为一批，同一批中随机抽检10％，且不少于l0个，如有一个丝头螺纹不合格，即应对该加工批全数检查，不合格的丝头螺纹应重新加工。经再次检验合格方可使用。如果连续出现不合格接头则应查明原因后重新加工螺纹。检验的同时,填写钢筋螺纹加工检验记录。

说下“螺纹量规”的使用（包括“螺纹环规”和“螺纹塞规”）：螺纹量规应经过相关计量检测机构检验合格方可使用。量规分为环规和塞规，分别由“通规”和“止规”各一件组成。使用时，分别往螺纹接头或者套筒上柠，现象为：“通规”通过，而“止规”通不过时该工件合格；“通规”拧不进去或者“止规”通过，这两种情况都说明产品不合格。此时应检查钢筋剥肋后外径是否产生了误差，或者套筒内径有误。使用时通规可以在任意位置转动，而止规只能拧动一~三圈而外螺纹头部没有露出止规端面就拧不动了，说明被测螺栓中径正处在“公差带”内，该工件是合格的。

应注意的是使用量规时，只能用大拇指和食指拧动量规，不得使用工具或者强力拧动，以免损坏量规和造成错误的检测结果。

螺纹质量检查相关标准：牙型：GB/T192-2003，直径：GB/T133-2003，基本尺寸：GB/T196-2003，公差：GB/T197-2003，螺纹量规：GB/T3934-2003。

三、现场连接的质量控制

1、钢筋现场连接的质量控制点：外露螺纹、拧紧力矩。接头连接后，套筒两端的外露螺纹是检查接头质量的最直观方法。由于钢筋丝头加工时要求螺纹长度有+0.5P~+2P的有效螺纹偏差，所以，接头连接完毕后，套筒一端或两端没有外露螺纹时，说明接头螺纹长度不够，钢筋端头未在套筒中间顶实；外露螺纹大于2P时，有两种情况：当接头螺纹部分长度符合要求时，说明连接旋拧不到位；连接旋拧到位仍有外露螺纹，说明接头螺纹长度过长。这两种情况均为质量缺陷。

钢筋接头的拧紧力矩是接头强度和变形性能的重要保证。当接头的拧紧力矩值达到标准要求时，两个螺纹接头的端头结合紧密，没有间隙，才能满足接头的强度和变形要求。拧紧力矩过大过小均对接头的力学性能不利。

2、钢筋现场连接过程中可能出现以下问题：

1）连接套筒不能完全旋拧到位：原因分析：套筒没有对正钢筋轴线，在螺纹错位情况下强行拧入，造成螺纹“错扣”；连接套筒与钢筋丝头加工工艺方式不匹配；套筒螺纹中径偏小或钢筋丝头螺纹中径偏大；螺纹接头套筒内有杂质或者螺纹被损坏；丝头螺纹不完整，有牙顶宽度大于0.3P的不连续螺纹。这是由于滚丝轮磨损，致使丝头螺纹牙型不正确。同一丝头牙顶宽度普遍大于0．3P，螺纹沟槽浅或夹有铁屑；采用剥肋滚轧工艺时，剥肋过深，致使钢筋直径过小。

处理措施：拆除已连接套筒，对操作人员重新进行技术交底，详细说明质量偏差要求；仔细检查套筒出厂标志，更换工艺不匹配或者损坏的连接套筒。更换套筒重新连接，更换后仍无法旋拧到位，如果该钢筋接头已经固定于混凝土中，则应考虑采用其他连接方法重新连接。所以应加强连接套筒进场检验和现场钢筋螺纹部分检验，经检查（或使用中发现的）不合格套筒全部做好标识、清出工地，不合格螺纹接头重新加工。

检查滚丝机具，更换滚丝轮，调整剥肋机构。

2）接头试件拉伸试验不合格或者接头试件拉伸试验时，抗拉力达不到设计要求：原因分析：试件的拧紧力矩不足或过大；拧紧后螺纹配合间隙大；使用了漏检的不合格套筒或与不合格钢筋丝头(主要是牙型不完整或者所用套筒在最大偏差、而接头在负偏差，致使连接过“松”)进行连接。采用剥肋滚轧工艺时，螺尾处剥肋过深等。

处理措施：按标准要求重新取样进行试验，试件数量增加一倍，若再出现不合格时，该批接头全部返工。接头加工时注意调整剥肋和滚轧参数，检查、调整滚轧机工作行程开关是否失灵或行程距离控制未调整准确。

钢筋丝头经检验合格后，要立即套上专用的钢筋丝头保护帽或与之相连接的连接套筒，将钢筋丝头保护起来，同时要注意在连接套筒的另一端按上塑料防护帽，必要时应采取防锈措施。加工好的钢筋搬运或堆放过程中应注意防护，以防螺纹接头被磕碰损坏或被污物污染而影响钢筋接头质量。

3、钢筋连接前，钢筋螺纹接头和连接套筒丝纹要逐个进行检查，确保其完好无损，如果发现螺纹表面有杂质、油污，应清除干净。安装时，首先把连接套筒的一端安装在基本钢筋的端头上，用扳手或管钳等工具将其拧紧到位，然后把导向对中钳夹紧连接套筒，将待接钢筋通过导向夹钳中孔对中，拧入连接套筒内拧紧到位，即可完成连接。检验合格的接头作好标记，与未拧紧的接头区分开来，以防有的钢筋接头漏拧，并认真做好现场记录工作。

四、使用成效分析

钢筋剥肋滚压直螺纹连接是钢筋机械连接中的一项新技术，该技术于1999年12月17日通过建设部组织的部级鉴定。

在本工程施工过程中，通过施工单位及监理单位质量控制，钢筋剥肋滚压直螺纹接头一次性验收通过率为100％，且接头强度达到行业标准JG107-2010中A级接头性能要求。

该技术在本工程中的成功应用：钢筋工序过程中由于减少了焊接操作工人，节约人力约10%，焊接设备和电力能源约30%，对比搭接接头和焊接接头节约钢筋10~15%，而且由于接头的“预制性”对比焊接接头加工速度快、螺纹接头加工不受天气影响等，大大地加快了工序过程速度。不仅确保了工程质量，对保证施工工期也起到了很大的作用，同时减少了电焊操作的不安全隐患和环境污染，取得了良好的经济效益和社会效益。