宋金鎮(zhèn)，呂孟君，姜震

（中國(guó)核工業(yè)二四建設(shè)有限公司 漳州核電項(xiàng)目部，福建 漳州 363300）

0 引言

核工程的鋼筋施工主要采用機(jī)械套筒進(jìn)行連接，近年來，核工程對(duì)機(jī)械套筒連接方式提出了更高的要求。此外，隨著我國(guó)人口紅利的消退，勞動(dòng)力成本升高，模塊化施工逐漸成為核電建造的發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的鋼筋連接方式已不能滿足核電模塊化施工的需求。在鋼筋施工過程中，鋼筋籠吊裝就位后采用機(jī)械套筒連接，但在吊裝過程中受吊裝變形及預(yù)制誤差等因素的影響，需要連接的鋼筋存在一定的偏心與間隙，無法保證施工質(zhì)量和效率。以框架柱鋼筋的連接為例，連接鋼筋吊裝到位后，需要保持吊持狀態(tài)或由人工輔助支撐，一根鋼筋的連接一般需要2～3人花費(fèi)5～10min的時(shí)間才能完成，連接效率低。“華龍一號(hào)”鋼筋的直徑較大，搭接長(zhǎng)度近3m，由于長(zhǎng)度過長(zhǎng)無法采用搭接的方式，而大直徑鋼筋的焊接連接方式操作效率較低，也不宜選用。結(jié)合上述情況，宜采用機(jī)械連接的方式對(duì)接核電鋼筋籠，但現(xiàn)有的機(jī)械接頭要求被連接的鋼筋兩端頂緊，而且不同軸的2根鋼筋之間的連接操作較困難，接頭質(zhì)量難以保證。此外，受豎向鋼筋受埋件、套管、卡規(guī)等物項(xiàng)安裝的影響，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鋼筋間距無法按照理論值分布，而鋼筋籠屬于提前預(yù)制，無法預(yù)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)豎向鋼筋的實(shí)際間距，只能完全按照理論間距進(jìn)行預(yù)制?？v觀國(guó)內(nèi)外鋼筋接頭技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家如德國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、日本、英國(guó)等在20世紀(jì)70年代就開始發(fā)展鋼筋機(jī)械連接技術(shù)，各種機(jī)械接頭相繼出現(xiàn)，技術(shù)趨于成熟［1］。我國(guó)因機(jī)械工業(yè)起步慢，對(duì)新型機(jī)械連接接頭的研發(fā)仍處于探索階段。近年來，國(guó)內(nèi)開始大量出現(xiàn)相關(guān)研究，魏克等［2］針對(duì)大直徑鋼筋機(jī)械連接困難的問題，提出套筒擠壓和錐螺紋連接2種方法；在大型鋼筋籠模塊化施工領(lǐng)域，龍立敦等［3］驗(yàn)證了加長(zhǎng)套筒在鋼筋籠對(duì)接方面的可操作性。究其問題根源，并結(jié)合前人研究成果，要實(shí)現(xiàn)大直徑鋼筋、大尺寸鋼筋籠的吊裝就位，要先解決鋼筋籠對(duì)接無法規(guī)避的軸向和徑向偏差的問題。本文提出采用大容差鋼筋機(jī)械接頭，實(shí)現(xiàn)豎向鋼筋與施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)留的鋼筋間、模塊與模塊間的精確對(duì)接，該對(duì)接方式可保證核工程建造質(zhì)量，提高核電工業(yè)化水平，是實(shí)現(xiàn)模塊化施工的關(guān)鍵。

1 研究思路

“華龍一號(hào)”是以大體積混凝土施工為特點(diǎn)的核電工程，由于“華龍一號(hào)”堆型安全系數(shù)要求高、鋼筋量巨大，所以采用傳統(tǒng)模塊化施工的鋼筋機(jī)械連接模式已不能適應(yīng)批量化建設(shè)的需求。漳州核電工程對(duì)鋼筋籠模塊化施工進(jìn)行了多次論證，例如內(nèi)部結(jié)構(gòu)SG2鋼筋籠模塊化、2SL直墻鋼筋籠模塊化，而針對(duì)接頭連接的問題一直是阻礙模塊化批量實(shí)施的關(guān)鍵。因此，必須深入研究鋼筋機(jī)械連接方式，以便后續(xù)大力推進(jìn)鋼筋模塊化的批量應(yīng)用。鋼筋模塊化施工就是將工程現(xiàn)場(chǎng)施工部位的單根鋼筋經(jīng)預(yù)制組裝成型，再吊裝到施工作業(yè)面完成成組鋼筋的連接，即由傳統(tǒng)的逐根鋼筋連接升級(jí)為模塊化成組鋼筋連接。使用鋼筋籠模塊化技術(shù)，可有效減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量、提高施工效率與結(jié)構(gòu)質(zhì)量，而研究與之匹配的可靠的鋼筋機(jī)械連接模式是模塊化施工的關(guān)鍵。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外鋼筋機(jī)械連接施工技術(shù)現(xiàn)狀，經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研后決定采用容差較大的鋼筋機(jī)械接頭進(jìn)行筋籠模塊化機(jī)械連接，消除鋼筋籠吊裝過程中受吊裝變形及預(yù)制產(chǎn)生的誤差，使鋼筋籠模塊與現(xiàn)場(chǎng)預(yù)留的鋼筋對(duì)接能順利完成，為鋼筋籠模塊化批量建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

2 鋼筋籠模塊化機(jī)械接頭連接方案

目前，國(guó)外大部分鋼筋連接仍采用搭接綁扎的連接方式，操作相較于機(jī)械連接更容易，但我國(guó)核電土建施工質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)比民用建筑高，并且大直徑鋼筋不適宜采用綁扎搭接。滿足核電市場(chǎng)需求的模塊化鋼筋機(jī)械接頭需同時(shí)符合以下要求：①滿足核電技術(shù)規(guī)格書的相關(guān)要求，質(zhì)保等級(jí)為一級(jí)，接頭等級(jí)為I級(jí)；②符合《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》（JGJ107—2016）及《鋼筋機(jī)械連接用套筒》（JG/T 163—2013）的相關(guān)要求；③優(yōu)先采用滾軋直螺紋接頭；④滿足大容差性能要求。鋼筋籠模塊化預(yù)制完成后，利用起重機(jī)械吊入廠房就位，然后采用大容差的機(jī)械接頭依次進(jìn)行豎向鋼筋連接、模塊間水平向鋼筋連接，最后對(duì)比分析各類型接頭形式的實(shí)際工效和操作性。

2.1 機(jī)械接頭選型和連接

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)文件，核電工程主要采用直螺紋套筒連接工藝，鋼筋機(jī)械連接接頭為I級(jí)接頭，此接頭工藝對(duì)鋼筋軸向、徑向偏差要求極高，偏差要求幾乎為0。預(yù)留鋼筋施工時(shí)，軸向、徑向偏差是無法完全消除的，考慮到普通機(jī)械連接套筒精度的限制，無法滿足鋼筋籠模塊化施工要求，項(xiàng)目人員經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研，并結(jié)合核電工程對(duì)模塊化鋼筋機(jī)械接頭的要求，最終選擇加長(zhǎng)型雙螺套接頭、“U”形套筒、錐套鎖緊接頭、可調(diào)套筒4種接頭連接形式。

2.1.1 加長(zhǎng)型雙螺套接頭

（1）鋼筋斷料。鋼筋端面宜平整并與鋼筋軸線垂直，不允許出現(xiàn)馬蹄形或翹曲，嚴(yán)禁氣割下料。加長(zhǎng)型雙螺套最小間隙為118mm，最大間隙為168mm。

（2）鋼筋加工。鋼筋端頭剝肋滾軋直螺紋加工應(yīng)使用專用鋼筋滾絲機(jī)，重點(diǎn)控制螺紋中經(jīng)和螺紋長(zhǎng)度，要求為通規(guī)，止規(guī)不得旋入超過3扣。與短內(nèi)螺套1連接的鋼筋螺紋加工為正旋螺紋，與長(zhǎng)內(nèi)螺套2的鋼筋螺紋加工為反旋螺紋（如圖1所示）。檢驗(yàn)合格的鋼筋絲頭，一端連接短內(nèi)螺套1，另一端連接長(zhǎng)內(nèi)螺套2，外露絲扣不超過2P（螺距）。旋緊力矩值應(yīng)符合《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》及技術(shù)規(guī)格書的要求。

圖1 加長(zhǎng)型雙螺套示意圖

（3）鋼筋連接。加長(zhǎng)型雙螺套可調(diào)整的連接范圍為0～50mm（即短內(nèi)螺套1與長(zhǎng)內(nèi)螺套2之間的調(diào)整范圍）。雙螺套接頭連接鋼筋籠時(shí)，應(yīng)按圖1所示，先將長(zhǎng)內(nèi)螺套2、外螺套、鎖母與鋼筋反絲一頭連接，使外螺套與內(nèi)螺套2調(diào)整對(duì)齊、位置對(duì)中后，再將外螺套旋入另外一根短內(nèi)螺套1，旋緊鎖母。連接時(shí)建議配置2組人員，每組2人配合作業(yè)，一人負(fù)責(zé)鋼筋矯正、扭緊螺套，一人負(fù)責(zé)用扳手扭緊外螺套及鎖母。檢查加長(zhǎng)型雙螺套外螺套的旋合，長(zhǎng)內(nèi)螺套2外露的螺紋應(yīng)不超過11扣。

2.1.2 “U”形套筒

（1）鋼筋斷料。鋼筋切割下料時(shí)應(yīng)采用帶鋸床、專用鋼筋切斷機(jī)或砂輪機(jī)等設(shè)備，保證鋼筋斷面平整且鋼筋端頭無明顯彎曲，有明顯彎曲的鋼筋端頭應(yīng)切除或矯直。

（2）鋼筋加工。接頭連接鋼筋1、連接鋼筋2的端頭部分別采用右旋與左旋剝肋滾軋直螺紋工藝加工（如圖2所示），螺紋尺寸偏差應(yīng)為0～1.0P；鋼筋絲頭宜滿足6f級(jí)精度要求，應(yīng)采用專用直螺紋量規(guī)檢驗(yàn)，通規(guī)應(yīng)能順利旋入并達(dá)到要求的擰入長(zhǎng)度，止規(guī)旋入不得超過3P。

圖2 “U”形套筒連接件的組成和結(jié)構(gòu)示意圖

（3）鋼筋連接。完成連接鋼筋1端部的螺紋加工并檢驗(yàn)合格后，將件1（內(nèi)接套）、件2（頂桿）按圖2所示與連接鋼筋1預(yù)安裝，將件3（內(nèi)擋套）、件4（外“U”形套筒）與連接鋼筋2預(yù)安裝，并且件1、件3與連接鋼筋的安裝扭矩應(yīng)符合同鋼筋直徑的扭矩要求。加長(zhǎng)型“U”形套筒連接件可調(diào)整的連接范圍為0～50mm，即連接鋼筋頂對(duì)頂之間的調(diào)整范圍為0～50mm。連接件預(yù)安裝后，目測(cè)檢查件1、件3的外露螺紋不應(yīng)超過1P（P為連接鋼筋1、連接鋼筋2的絲頭螺距）。

2.1.3 錐套鎖緊接頭

（1）鋼筋斷料。鋼筋端面宜平整并與鋼筋軸線垂直，不允許出現(xiàn)馬蹄形或翹曲，嚴(yán)禁氣割下料。

（2）組裝液壓設(shè)備。組裝流程如下：安裝扶手→固定扶手→安裝立柱→組裝立柱分段→固定立柱分段→組裝橫梁分段→固定橫梁分段→組裝橫梁與立柱→固定橫梁與立柱→組裝液壓泵站撐架→固定液壓泵站撐架→安裝平衡器→固定平衡器→松開平衡器→拉出鋼絲繩→懸掛液壓鉗（整個(gè)流程組裝完畢）。

（3）安裝鎖片。進(jìn)行鋼筋連接時(shí)必須提前將一對(duì)錐套放置在下部鋼筋上，可用夾子擋住錐套，避免滑落；務(wù)必注意錐套大小頭的方向，大開口方向相對(duì)且位于中間；當(dāng)待接鋼筋間的間隙可以容納保持架時(shí)，可手動(dòng)安裝；手動(dòng)安裝時(shí)要注意將保持架置于縫隙的中間位置，將液壓鉗水平插入錐套區(qū)域后，將鉗口的凹槽卡在錐套上。

（4）擠壓連接。將液壓鉗水平插入預(yù)裝完畢的錐套區(qū)域，注意要將鉗口的凹槽卡在錐套上，然后啟動(dòng)操作手柄進(jìn)行擠壓連接，在凹槽沒有卡好的情況下切勿擠壓，以免損壞液壓鉗。錐套鎖緊接頭，采用專用檢驗(yàn)卡尺檢查連接質(zhì)量，如壓接后的接頭長(zhǎng)度介于卡尺的2個(gè)豁口的長(zhǎng)度之間，表示壓接質(zhì)量合格。

2.1.4 可調(diào)套筒

（1）鋼筋斷料。使用金屬帶鋸床、圓盤鋸、砂輪切割機(jī)、切斷機(jī)等設(shè)備切割鋼筋，采用切斷機(jī)時(shí)，必須使用圓弧刀切斷，切口面應(yīng)與鋼筋軸線垂直，不允許出現(xiàn)馬蹄形或翹曲。嚴(yán)禁使用沖切和氣割下料。

（2）鋼筋加工。鋼筋采用直接滾軋直螺紋工藝加工?？烧{(diào)套筒加工絲頭的長(zhǎng)度，一段用標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度直螺紋絲頭（其長(zhǎng)度為標(biāo)準(zhǔn)套筒長(zhǎng)度的一半），一段用加長(zhǎng)直螺紋絲頭（其長(zhǎng)度為標(biāo)準(zhǔn)套筒長(zhǎng)度的一半+鎖母厚度），可調(diào)套筒的組成如圖3所示。絲頭加工完成后，必須用環(huán)通規(guī)、環(huán)止規(guī)檢驗(yàn)絲頭，保證通規(guī)全部旋入，止規(guī)旋入不得超過3P，確保套筒能擰進(jìn)絲頭（有效扣外露≤2扣）。

圖3 可調(diào)套筒的組成 （單位：mm）

（3）鋼筋連接。按圖3所示將鎖母安裝到加長(zhǎng)直螺紋絲頭，并用扳手將鎖母旋至鋼筋絲頭根部，外露扣小于2P；標(biāo)準(zhǔn)套筒從長(zhǎng)絲桿旋入標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度直螺紋絲頭，長(zhǎng)套筒從長(zhǎng)對(duì)絲端旋入加長(zhǎng)直螺紋絲頭，與鎖母貼合；長(zhǎng)套筒上旋到位后，將長(zhǎng)對(duì)絲端鎖母上旋，與長(zhǎng)套筒貼合、擰緊。

2.2 各類型接頭擰緊力矩

接頭安裝完畢后，檢查接頭力矩，上述4種接頭除錐套鎖緊接頭外，其余接頭最小擰緊扭矩值見表1。

表1 接頭最小扭矩值

2.3 鋼筋籠模塊化機(jī)械接頭施工驗(yàn)證

2.3.1 驗(yàn)證部位

選擇漳州核電2號(hào)機(jī)組人員通行廠房實(shí)施驗(yàn)證，該廠房結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻板，通過研究確定，選用標(biāo)高為8.550～13.550 m的墻A5001、A5006、A5008、A5009進(jìn)行4種接頭的施工驗(yàn)證。

2.3.2 預(yù)留插筋調(diào)整

原主體結(jié)構(gòu)預(yù)留鋼筋位置的準(zhǔn)確性直接影響鋼筋籠模塊的就位對(duì)接，因此必須嚴(yán)格控制其安裝精度。鋼筋籠模塊預(yù)制前，安排專人對(duì)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)留插筋高度、位置進(jìn)行復(fù)核，插筋接頭標(biāo)高誤差應(yīng)不超過20mm，確保被連鋼筋的位置在同一平面，以便連接安裝。使用加固工裝在立筋上端按照200mm的間距固定立筋。2片加固工裝安裝完成后，使用直徑為16mm的鋼筋或6mm厚的鋼板將2片加固工裝橫向連接，保證加固工裝的整體性。為解決此關(guān)鍵技術(shù)問題，本研究設(shè)計(jì)了定位加固工裝，保證鋼筋的間距、排距及垂直度，定位加固工裝為可拆卸式設(shè)計(jì)。

2.3.3 現(xiàn)場(chǎng)接頭安裝輔助措施

鋼筋連接接頭對(duì)鋼筋籠就位的精度要求相對(duì)較高，為解決此問題，本研究設(shè)計(jì)了相應(yīng)的限位輔助措施，保證鋼筋籠精準(zhǔn)對(duì)位。

2.3.4 鋼筋籠連接

鋼筋籠模塊共5個(gè)，其中A5009墻有2個(gè)模塊，模塊與模塊之間的水平筋采用加長(zhǎng)型雙螺套連接，立筋采用錐套鎖緊接頭連接；A5008墻有1個(gè)模塊，模塊立筋采用加長(zhǎng)型“U”形套筒連接件連接；A5006墻有1個(gè)模塊，模塊立筋采用錐套鎖緊套筒連接；A5001墻有1個(gè)模塊，模塊立筋采用可調(diào)套筒連接，鋼筋機(jī)械接頭現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)與驗(yàn)收嚴(yán)格按照《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》中第“7.0.7條”及“7.0.8條”的要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和驗(yàn)收。如果現(xiàn)場(chǎng)截取抽樣試件后，原接頭的鋼筋需要進(jìn)行補(bǔ)接，連接可采用同等規(guī)格的鋼筋搭接；如果現(xiàn)場(chǎng)鋼筋機(jī)械接頭取樣后，剩余鋼筋長(zhǎng)度不滿足鋼筋綁扎搭接要求，可見證取樣。

鋼筋籠吊裝至就位點(diǎn)后，先對(duì)正立筋及水平筋位置，然后下落至預(yù)留立筋接頭位置進(jìn)行連接，立筋連接時(shí)注意水平筋的對(duì)接位置，利用套筒的可節(jié)調(diào)性，使水平筋接頭位置找平對(duì)正，自下而上地連接水平筋，水平筋及立筋接頭連接完成80%以上方可摘鉤。若水平接頭連接時(shí)存在局部無法對(duì)正的情況，先將對(duì)正套筒全部連接，其余采用撬棍等工具調(diào)整對(duì)正后再連接。鋼筋籠安裝時(shí)要控制好鋼筋保護(hù)層，嚴(yán)格按照?qǐng)D紙及變更結(jié)果進(jìn)行安裝。

3 實(shí)施結(jié)果及分析

根據(jù)2號(hào)機(jī)組人員通行廠房鋼筋籠模塊化機(jī)械連接實(shí)施得出的數(shù)據(jù)，鋼筋籠模塊采用錐套鎖緊接頭、加長(zhǎng)型雙螺套接頭、可調(diào)套筒、“U”形接頭等機(jī)械連接，模塊化鋼筋連接的機(jī)械接頭百分率為100%，鋼筋籠吊裝后，進(jìn)行墻體兩側(cè)其余鋼筋的安裝，各接頭連接特點(diǎn)分析見表2。

表2 各接頭連接特點(diǎn)分析表

根據(jù)表2的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工操作的便捷性，鋼筋籠模塊施工過程中建議豎向鋼筋采用錐套鎖緊接頭、“U”形套筒連接，水平鋼筋采用雙螺套接頭、可調(diào)套筒連接。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)“華龍一號(hào)”鋼筋籠模塊化機(jī)械接頭施工技術(shù)進(jìn)行研究，解決了鋼筋籠在吊裝過程中受吊裝變形及預(yù)制誤差等因素影響造成的偏心和間隙的問題。符合核電質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的大容差鋼筋機(jī)械連接接頭滿足了鋼筋連接性能和設(shè)計(jì)要求，可應(yīng)用于“華龍一號(hào)”核電站模塊化批量建設(shè)中。總體來說，隨著技術(shù)的發(fā)展，模塊化機(jī)械接頭技術(shù)領(lǐng)域有許多值得探索的研究方向，后續(xù)將針對(duì)特殊用途的結(jié)構(gòu)模塊，研究超高強(qiáng)度、超高韌性和在極端條件下連接使用的機(jī)械接頭，以及經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)、適用性更強(qiáng)的接頭，持續(xù)推動(dòng)核電站工程建設(shè)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和提升。