混凝土柱、墙拉结筋连接施工工艺创新.doc

混凝土柱、墙拉结筋连接施工工艺创新王立群、王烨（江苏省华建建设股份有限公司上海分公司）摘 要 ：淮安翔宇大厦工程体量大、结构复杂，抗震要求高，柱、墙拉结筋留置施工量非常大。从确保工程结构耐久性和抗震性能出发，对混凝土柱、墙拉结筋施工传统工艺进行创新，采用预埋螺帽式拉结筋连接技术，与传统的拉结筋预留方法以及化学植筋相比，提高了拉结筋的施工质量，避免模板和结构破坏，节约人工和材料，取得了良好的经济效益。关键词 ：拉结筋 预埋螺帽 抗震性能 经济效益1. 工程概况1.1工程总体概况淮安翔宇大厦工程位于淮安市新城区重要地段，北邻景会路、西邻致远路、南面为篆香楼路，总建筑面积90300平方米，建筑物占地南北约200米、东西约115米。地上一裙二塔，其中北楼22层，高88.6m，建筑面积39785平方米，中部裙房4层，建筑面积6308平方米，南楼20层，建筑面积25943平方米。地下一层，18264平方米。工程结构较为复杂，有框架-剪力墙和框架-核心筒两种结构形式，本工程由淮安新城房地产开发有限公司投资兴建，东南大学建筑设计院设计，江苏省华建建设股份有限公司施工总承包。图1 翔宇大厦效果图1.2 结构概况基础类型：桩+筏形基础； 桩+承台+筏板。结构形式：采用现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构。本工程为一类重点工程，结构安全等级为二级，地抗震设防烈度为7度、设计地震分组为第二组。本项目对结构抗震性的要求较高，在主体和二次结构施工过程中由于设计变更较多，在原来的结构基础上增加了50多处构造柱和60多立方的混凝土墙体，使混凝土墙、柱拉结筋留置施工的工作量大大增加。2、课题提出的背景在建筑工程的混凝土墙、柱拉结筋留置施工中，目前广泛采用的是混凝土结构内预留拉结筋、预埋钢板或粗钢筋焊接以及化学植筋等几种常见的施工方法，但在实际应用中，我们发现以上方法都存在着难以克服的工艺缺陷和质量隐患，且施工过程繁琐，主要问题如下：一、混凝土结构内预留拉结筋(1)预留插筋造成模板损坏，模板拆除难度大且位置不易控制；(2)混凝土浇注、振捣时易造成拉结筋松动、下滑，造成偏位；(3)拆模后拉结筋剔出时造成混凝土表面破坏，对结构有一定影响且钢筋不易调直；(4)拉结筋焊接时立焊难度大，且焊缝长度、焊接质量不易控制。二、模板内预埋钢板或粗钢筋焊接（1）须电焊工后续操作较多，耗工较多，成本高；（2）焊缝长度和焊缝质量不易控制；（3）抗拉拔强度不稳定，拉拔实验合格率不能满足要求。三、化学植筋(1) 植筋时的钻孔操作对周围混凝土造成了一定的损害；(2) 如果清孔不干净会使结构胶与混凝土之间的粘结力显著下降；(3) 植筋操作中注胶不饱满会使实际锚固深度降低；(4) 结构胶本身的质量稳定性存在问题；(5) 温度、湿度、振动等外部条件对结构胶的耐久性不利；(6) 后期墙体施工时易造成摇拔破坏。（7）植筋前，须沿墙体处搭设脚手，用于钢筋的临时固定，保证在固化期内钢筋固定不动，耗工、耗料多，成本高。四川汶川大地震的震害调查表明墙体拉结筋对建筑工程的抗震设防非常重要，拉结筋的质量直接影响广大人民群众的生命财产安全，因此必须针对传统工艺存在的问题进行质量攻关，确保结构的耐久性和抗震性能。本工程是淮安市重点工程，亦是本公司重点工程，质量目标是确保扬子杯、争创鲁班奖。针对本工程结构抗震要求较高，混凝土墙、柱拉结筋留置施工工作量繁重，传统拉结筋留置工艺难以保证拉结筋留置施工质量和结构抗震要求，公司组织相关技术人员成立攻关小组针对传统工艺存在的上述弊端进行技术攻关。针对在钢筋混凝土墙、柱内预留拉结筋、预埋钢板或粗钢筋、化学植筋等施工工艺不能保证抗震要求，植筋钻孔操作对混凝土结构产生一定影响，结构胶本身质量不稳定等问题，在混凝土结构内预留拉结筋施工工艺的基础上，对结构内预留拉结筋施工技术要点、施工工艺、工序质量及过程控制进行了综合研究，并在此基础上进行了创新设计，经过反复试验论证，反复比选，充分研讨，广泛查阅技术资料并征询有关专家意见，最终确定采用预埋螺帽拉结筋连接施工工艺。2 预埋螺帽示例3.工艺原理采用由焊接在混凝土柱、剪力墙钢筋骨架上的带有直螺纹套筒的铁板条预埋件、塑料护塞及拆模后以直螺纹连接的方式贯入到预埋套筒内的拉结筋组合构成墙体拉结筋，通过控制各构件加工和安装质量保证拉结筋施工质量，满足抗拉拔强度要求，达到减少结构二次破坏、节约人工和材料，保证结构抗震和耐久性要求，且操作简易。直螺纹套筒与铁板焊接，焊缝高度为4mm，两个直螺纹套筒之间的距离为两根拉结筋之间的水平间距，水平间距为每100 mm不少于1根，铁板条预埋件的竖向间距参照一般情况下拉结筋的竖向间距设置：沿墙高每隔500mm配置26拉结钢筋与承重墙或柱拉结。直螺纹套筒的筒径与带有套丝的拉结筋的直径相配合，确保带有套丝的拉结筋能以直螺纹连接的方式贯入预埋件的螺栓套筒内，拉结筋的规格一般为6；直螺纹套筒的长度由混凝土构件的保护层厚度决定，其长度具体为：铁板条的厚度+混凝土保护层厚度，根据结构构件保护层厚度的不同，套筒规格可分为剪力墙用拉结筋直螺纹套筒、混凝土柱用拉结筋直螺纹套筒，由于套筒长度根据不同保护层厚度来分别设置，在混凝土浇筑施工时可以保证混凝土保护层厚度合格可靠，同时可以大量减少保护层塑料垫圈或混凝土保护层垫块的使用，省工，省料，而且模板拆除后可以很方便的找到直螺纹套筒的位置，铁板条的规格为200mm×50 mm×3 mm，铁板条、直螺纹套筒的规格和数量事前根据工程实际情况统计好之后联系厂家统一定型加工，批量生产。混凝土保护层最小厚度(mm)： 保护层厚度类别 表1环境类别板、墙、壳梁、柱、杆一1520二a2025二b2535三a3040三b4050注：1.混凝土强度等级不大于C25时，表中保护层数值增加5mm图3 螺帽预埋件细部构造4.工艺流程及操作要点：4.1工艺流程 本施工工艺的流程为：按规格定制铁板条及螺帽螺帽与铁板条焊接铁板条预埋件位置的测量定位固定在混凝土墙柱钢筋上螺帽口装塑料护塞支设模板浇筑混凝土拆模养护至设定强度在混凝土表面找出套筒位置拔出护塞、清理套筒带有套丝的拉结筋贯入套筒内。4.2操作要点1、直螺纹套筒与铁板条焊接前，在铁板条上准确定位，确定套筒位置，并做好标记，此项工作可在五金生产厂家生产铁板条时加工到位，在焊接套筒前将套筒空洞清理干净，筒口由塑料护套护塞；2、按先后顺序先将直螺纹套筒与铁板条焊接、铁板条再与构件钢筋骨架焊接、铁板条在钢筋骨架上的位置必须保证符合拉结筋的设置位置，须对铁板条在钢筋骨架的位置进行严格的测量放线定位，保证在竖向和水平方向上满足拉结筋设置要求。3、拉结筋的长度和套丝的加工须统一定型化加工，根据工程量的需要批量加工生产，拉结筋的规格一般为6光圆钢筋或按设计要求而定。4、预埋件设置之后，为保证预埋件的位置准确不位移，须采取对钢筋骨架进行支撑和稳定的措施，在钢筋骨架的外侧和内测进行斜撑，保证钢筋骨架竖直；5、在封模施工中，加强对模板施工质量的控制，提高模板支撑的稳定性，保证混凝土浇筑过程中不产生涨模最终导致直螺纹套筒位置难找；6、在测量定位铁板条在钢筋骨架的位置时，严格测量定位工作，并对已经测定的位置进行复核和检查，减少测量定位误差；7、预埋件铁板条和套筒的焊接施工须严格按焊接工艺施焊，确保焊缝饱满，焊接质量符合规范要求，使预埋件焊接牢固，确保在混凝土浇筑过程中预埋件及套筒不脱落；8、对拉结筋、套筒原材料以及预埋铁板条的质量要严格控制，原材料进场前严格检验，抽样送检，提高原材料加工质量。9、浇筑混凝土时，震捣混凝土的震动棒避免触碰预埋件铁板条和套筒，以免发生预埋件的脱落和位移。 10、拔出套筒孔的塑料护塞，清理干净护筒孔，严格按钢筋直螺纹连接技术规程要求将带有套丝的拉结筋以直螺纹的方式贯入套筒内，旋入长度必须符合设计要求，确保拉拔实验合格。图4 螺帽孔及拉结筋贯入5.质量控制1、模板工程质量应遵照国家标准混凝土结构工程施工及验收规范 (GB50204 一2011)及其他有关规范规定。2、模板系统及附件要安装牢固，无松动现象，面板应安装严密，保证不变形、不漏浆。3、面板要认真刷涂脱模剂，以保护面板增加周转次数。4、拆模应小心谨慎，爱护模板支撑件，并应对构件认真清理、修复、保养。5、质量标准见下表。质量控制表 表2项 目允 许 偏 差轴线位置5底模上表面标高±5截面尺寸基础±10柱、墙、粱、+4，5层高垂直度全高5m6全高5m8相邻两板表面高低差2表面平整度(2m长度上)5预埋钢板中心线位置3预埋管、预留孔中心线位置3插 筋中心线位置5外露长度+10，0预埋螺栓中心线位置2外露长度+10，0预留洞中心线位置10截面内部尺寸+10，06、钢筋直螺纹连接的施工质量应遵照JGJ163-2004滚轧直螺纹钢筋连接接头技术规程的要求以及其他有关规定。7、用于焊接预埋件的焊条必须有出厂质量合格证。由于预埋件焊接的牢靠程度对该施工工艺有决定性的影响，预埋件的焊接工作应由技术娴熟的工人进行施工。待焊接完成约1小时后对焊接的预埋件进行逐一检查，以用手上下左右对其摇晃无松动感为合格，对焊接不合格的做好相关记录并要求补焊，直螺纹套筒与铁板条焊接应满焊，焊缝高度不小于4mm。图5 预埋件焊接8、每批次进场的钢筋以及相关预埋件铁板条、直螺纹套筒等定型产品必须有出厂合格证和批号合格牌，对没有出厂合格证和批号合格牌的钢筋和相关定型产品必须要求其退场。钢筋及直螺纹套筒进场后应在监理见证下取样送检，待复试合格后方可投入使用。套筒在焊入预埋件之前应用标准套丝对其进行贯入试验，对无法贯入或贯入度不够的套筒不得选用。待拆模预埋套筒成型后，将尾部加工成套丝的拉结筋贯入到预埋套筒内，对贯入度不够的拉结筋应进行二次加工，待贯入度合格后方可使用，以确保拉拔实验合格率。9、定期组织项目部技术人员进行图纸审查专题会议。图纸审查以结构施工图和建筑施工图相结合的原则，对需要预埋拉结筋的部位做好标记和说明，不同型号的拉结筋用不同颜色的标记加以区分，待图纸审查完毕后再由项目工程师终审，没发现错漏后再发放给施工员对现场组织施工。10、用于测量的仪器必须经过权威部门校核合格后才能投入测量使用。测量放线前要认真审查工程图纸，放线结束后对照图纸及时对所放之线进行复核；测量时尽量使用比较精确的仪器，根据砌体工程规范要求，严格控制预埋件位置标高，操作上一丝不苟，读数时要尽可能精确，以减少绝对误差和积累误差。11、由工程项目负责人组织各级管理人员进行层层把关。质量检查应及时细致，对发现问题的部位做好相关记录并通知班组限时整改，对整改情况进行复检直至符合要求后才能对下道工序进行施工。6、安全与环保措施1、成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，遵照国家或行业的各工种劳动保护条例规定实施环境保护。2、将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。3、噪声必须限制在95dB以下，对于某些机械的噪声无法根治和消除时，应重点控制并采取相应的个人防护，以免给操作者带来职业性疾病。4、严格控制粉尘在10mg/m3卫生标准内，操作时应佩戴有良好和完美的劳动防护用品以保护。5、当进行射线检查时，应在检测区域内划定隔离防范警戒线，并远距离控制操作。6、进行焊接工艺施工时，严格执行三级动火审批制度，做好现场防火管理，杜绝引起火灾的危险源，防治焊渣引发火源。7、严格遵循国家颁布的建筑安装工程安全技术规程及上级主管部门颁布的各项有关安全文件规定。8、贯彻执行“安全第一、预防为主”的方针。所有进场人员，必须先进行安全知识普及教育，贯彻有关安全生产文件精神，遵循安全的规章制度。特殊工种应进行专业培训，考试合格后发给操作证，并坚持职工上岗前，更换工种前，进行专业安全知识培训，合格后方可上岗。7、强度计算及试验结果1、以预埋直螺纹构件方式连接拉结筋，其抗拉强度计算如下：根据普通螺纹 直径与螺距系列GB/T 193-2003，钢筋公称直径d=6.5mm，查该规范“直径与螺距组合系列”（表一），取螺距t =0.75mm按照钢结构设计规范GB-50017-2003，计算螺帽抗拉强度：螺帽的有效直径de=d13/24t=5.8mm螺帽有效面积为Ae= /4×（d13/24t）2=26.31mm2 HPB235钢筋抗拉强度标准值fbt=235N/ mm2 单个螺帽的抗拉承载力计算值为Ntb1=Ae×fbt×0.9=de2/4×fbt×0.9=5585.9N6.5钢筋抗拉强度设计值为：Ntb=d2/4×fbt×0.9=6964.9NNtb1/Ntb =80.2%，根据合格评定标准，其控制拉应力按拉结筋强度标准值的0.8正负5%为合格，故采用此拉结筋连接方式，能达到砌体结构工程施工质量验收规范 GB50203-2011中拉结筋抗拉拔强度的合格要求。2、试件实验结果显示螺帽拉拔力实测平均值为F=8700 N，满足设计和规范要求。图6 拉拔试验报告8、工艺效益分析1、工期有保障：拉结筋预埋螺帽施工中，大量的预制构件在加工厂定型制作生产，节约施工现场工期，不占用主导工期，可提供立体交叉作业的条件。2、材料省：拉结筋预埋螺帽工艺的实施，大量减少混凝土结构构件的保护层塑料垫圈和混凝土垫块，避免植筋胶的使用。3、人工省：拉结筋预埋螺帽施工避免了人工对结构的二次钻孔操作，同时减少对结构的损坏，保证结构质量，4、便于质量控制：预埋螺帽拉结筋设置便于检查、验收，避免结构二次破坏，保证了混凝土成型观感质量。5、安全可靠：预埋螺帽拉结筋组合设置的最大的特点和优势为拉结筋和构件之间的连接为直螺纹连接，拉拔试验结果能得到很好的保障；结构抗震性能远比化学植筋强很多、性能可靠，满足日益严格的结构抗震要求，在实施项目中统计比较，化学植筋施工质量无论如何控制，拉结筋的拉拔实验的合格率不会超过95%，而应用预埋螺栓拉结筋组合设置后，拉结筋的拉拔实验的合格率超过99%。9、结语随着我国建设事业的迅猛发展，越来越多的公共建筑和民用建筑在城市和乡村涌现，结构的耐久性和抗震性能越来越受到关注。本工程采用的混凝土柱、墙拉结筋预埋螺帽施工工艺操作简易，材料、部件加工可以在后台实现，克服传统拉结筋施工中工艺繁琐以及易产生质量通病的问题，省工、省料，施工质量和抗拉拔强度易于保证，满足结构抗震要求，具有很好的社会和经济效益。参考文献1 简明建筑结构设计手册(第二版)2 镦粗直螺纹钢筋接头JG171-20053 钢筋接头直螺纹连接施工工艺标准4混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-20025 滚轧直螺纹钢筋连接接头JG_163-200411