钢筋连接锥套锁紧套筒技术在铁路站房中的运用

钢筋连接锥套锁紧套筒技术在铁路站房中的运用

王熠

（广州局集团长沙工程建设指挥部  湖南长沙  410000）

摘  要：随着我国基础建设规模日益扩大，建筑工程涌现很多新材料、新技术、新工艺、新运用，四新运用提高生产效率和工程质量，打破传统工艺瓶颈，促进安全生产；本文结合邵阳站站房改扩建工程高架候车室立柱复杂节点钢筋安装实例，简述锥套锁紧套筒的工作原理和技术运用，解决复杂节点钢筋连接接头问题，以及铁路营业线施工钢筋构件在有限时间内安装的问题，促进了钢筋混凝土结构模块拼装的运用，对类似工程有重要参考价值。同时本文简单对锥套锁紧套筒和传统钢筋接头在工作性能、工艺水平进行对比，对锥套锁紧套筒的运用进行推广。

关键词：锥套锁紧套筒；钢筋连接接头；复杂节点；营业线施工；受力检测

Technical application of locking sleeve of steel bar connecting taper sleeve

WangYi

（Guangzhou Bureau Group Changsha Engineering Construction Headquarters，Changsha Hunan 410000）

Abstracat：With the increasing scale of infrastructure construction in China, many new materials, new technologies, new processes and new applications have emerged in construction projects. Four new applications improve production efficiency and engineering quality, break the bottleneck of traditional processes and promote safe production. Based on the installation example of complex node steel bars in the column of the elevated waiting room of Shaoyang Railway Station, this paper briefly describes the working principle and technical application of tapered sleeve locking sleeve, solves the problem of complex node steel bar connection joint, and the installation of steel bar members in railway business line construction in a limited time, which promotes the application of reinforced concrete structure module assembly and has important reference value for similar projects. At the same time, this paper simply compares the working performance and technological level between the taper sleeve locking sleeve and the traditional steel joint, and promotes the application of the taper sleeve locking sleeve.

Key words：Taper sleeve locking sleeve; Steel bar connection joint; Complex nodes; Business line construction;Force detection

1  工程概况

1.1项目概况

邵阳站位于湖南省邵阳市大祥区双拥路与邵州路交汇处南侧，属于二等站，邵阳站汇集了娄邵线、怀衡线、益湛线。邵阳站站房改扩建工程包括新建侧式站房和高架候车室、既有侧式站房改造三部分，共计31990m2。本工程关键部分为高架候车室上跨娄邵场和怀邵衡场部分，共计8站台13股道，长116m，宽140m，高31m，结构设计为钢筋混凝土、钢骨混凝土、钢网架及钢桁架的组合形式。

邵阳站有高铁动车运行线路，需按高铁站管理。站房改造采取停用部分既有线路并分区分部平推施工的方案，施工时未停用部分还将继续运营，上跨整个站场的高架候车室是重难点及控制性工程，施工组织难度较大。其中高大模板支撑体系、大跨度钢结构、网架、桁架及装修等工序复杂，大部分施工内容属于邻近既有线或者营业线施工，施工时间有限且安全防护压力大，因此减少钢筋绑扎时间具有必要性。

1.2结构概况

邵阳站高架候车室下部钢结构主要包括屋盖支撑钢骨混凝土柱、高架候车室钢骨混凝土柱梁，上部采用钢桁架和网架的组合结构，4.6m-8.85m为实腹钢骨混凝土柱，钢骨柱被包裹在截面1.6*1.2m混凝土立柱内，梁柱节点钢筋直径大，数量多，混凝土立柱纵向筋规格为φ40mm，环绕立柱布置，每根立柱纵向钢筋均从下至上通长设置，在钢骨梁底穿过连接板，顶部端头设置弯头锚固在高架层钢耳板上。

图1 复杂节点钢筋安装大样图

2  钢筋绑扎难点

（1）钢骨混凝土结构中型钢与钢筋的交叉点多，型钢与柱梁周边主筋、箍筋以及型钢与通过型钢的水平梁钢筋关系较为复杂，焊接、绑扎处理难度较大。

（2）作业空间受既有车站结构和高铁运营限制极为有限，为保障高铁安全运营，大部分施工需天窗点(凌晨1-4点)进行，工期压力大，安全压力大，作业时间短需要精准控制。

（3）邵阳站在施工过程中还需要保持正常运营，对行车和旅客的安全防护有较高要求，吊装机械的摆放与使用有着严格的限制。

（4）虽然钢结构型钢柱在加工厂内进行数字化加工，结构孔洞精度高，质量可以满足设计要求。但现场结构施工采用传统吊装、焊接等工艺进行，钢筋的人工绑扎无法做到按设计要求定位精确，导致钢立柱安装时，立柱钢筋无法与型钢加工件预留孔完全对齐，立柱钢筋阻碍型钢柱的正常安装。

3  总体施工方案

结合现场实际情况经过反复论证，同时采用BIM仿真技术模拟钢结构安装施工，发现钢立柱与钢骨梁结合处钢筋密度大，立柱主筋与梁板钢筋交叉重叠，按照传统钢筋连接方法很难达到设计要求的质量目标。同时因邵阳站高铁运营天窗封锁时间有限，严重限制结构钢筋绑扎作业时间，为了确保钢筋绑扎质量，保证结构安全，决定采用锥套锁紧套筒解决以下问题。

（1）钢立柱与钢骨梁结合处复杂节点钢筋安装困难，考虑节点受力情况，对型钢立柱连接环板下部影响钢骨梁及主筋安装的竖向钢筋重新布置，先保证钢骨梁及主筋安装。重新布置之后的竖向主筋连接存在同一连接区段纵向钢筋接头百分率大于50%的问题，采用普通机械连接接头不能满足这个条件，钢筋直径较大，也不适合采用焊接连接，为确保钢筋连接稳固及受力符合设计标准，采用锥套锁紧套筒连接。

（2）高架候车室结构主体钢筋笼在钢筋加工厂组装后运送至现场，利用铁路维修天窗时间，将钢筋笼吊装至设计位置进行连接，采用锥套锁紧套筒连接质量高，效率快，很好的解决高架候车室主体钢筋安装紧邻运营高铁的难题。

图2 锥套锁紧套筒现场安装图片

4  关键施工技术

4.1 采取锥套锁紧套筒工作原因

邵阳站高架候车室主要复杂节点在劲性钢柱梁，本方案涉及结构主要为KZ3立柱，标高4.6-8.85为实腹钢骨柱，钢骨柱被包裹在截面1.6*1.2m混凝土立柱内，混凝土立柱纵向主筋筋规格为φ40mm，设计34根，环绕立柱布置。分布筋为φ14mm钢筋，间距100mm布置。每根立柱纵向钢筋均从下至上通长设置，在钢骨梁底穿过连接板上预留孔洞，顶部端头设置12d弯头锚固在高架层钢耳板上。

实施高架候车室型钢柱吊装时，因型钢柱的连接板预留孔洞与现场立柱竖向筋轴线不一致，立柱竖向钢筋无法穿过型钢柱连接板，型钢柱安装时无法就位。现场为了保证钢型柱的安装，只能将型钢柱连接板以下100-200mm位置的竖向筋齐平切断。根据设计、相关专家提出的意见，切断的竖向主筋后续钢筋连接存在同一连接区段纵向钢筋接头百分率大于50%的问题，经过计算柱梁结合部位抗震抗弯性能将存在不足，此问题必须解决。

各方数据表明普通机械连接接头不能保证抗震抗弯性能，但柱梁结合部位钢筋接头又必须满足规范要求的受力条件，因此传统的连接方式已不具备处理该问题的能力，为解决柱梁结合部位钢筋安装难题，经过专家多次现场调查和开会讨论，也经过多方实验、测试，最终决定采用锥套锁紧套筒接头解决这一工程难题。

4.2 锥套锁紧套筒工作原理

锥套锁紧钢筋接头由两个锥套、三片锁片、一个保持架组成，均由优质特种钢材经过特殊热处理工艺加工制造。将待连接钢筋插入锁片两端、对中顶紧保持架，将锥套套入锁片的两端，用专用工具将两锥套沿其轴向（内夹）压紧靠拢，锥套轴向夹紧的同时，推动锁片径向抱住钢筋，锁片自带螺牙会咬入钢筋肋部，从而实现连接锁片自带螺牙会咬入钢筋肋部，从而实现连接，接头L长度15cm，厚度7.5cm。从而利用锥角作用将锁片向内紧紧夹住钢筋，实现紧密连接钢筋的目的。

图3 锥套锁紧套筒接头分解图

4.3 锥套锁紧套筒连接质量

    邵阳站施工现场采用多种钢筋直径锥套锁紧套筒接头进行力学试验，经检测质量全部合格，且断裂位置均位于钢筋母材，接头完好，质量非常可靠。可达到行业标准规定的500MPa级I级接头的性能，且抗疲劳性能优异。这种连接可靠，施工快捷，工具简单的新型连接方式非常适用于铁路邻近营业线以及营业线施工中，施工时间短、控制十分精准的钢筋工程。

图4 锥套锁紧套筒接头质量汇总图

4.4 锥套锁紧套筒规格

锥套锁紧套筒有16mm、18mm、20mm、22mm、25mm、28mm、32mm、36mm、40mm、50mm等多种规格。

4.5 锥套锁紧套筒与传统接头的优劣势对比

传统接头主要有冷挤压接头、锥螺纹接头、直螺纹接头、变异直螺纹接头、灌浆接头等，具体各种接头有如下情况：

冷挤压接头：连接质量一般、连接效率低，需要专用的冷挤压机械，施工不方便，钢筋冷挤压过程中可能会产生一些误差，钢筋对顶要求极高，现场检测需要留取的钢筋过长。

锥螺纹接头：连接质量较差、连接效率一般，仅能用于单根钢筋的连接，钢筋需要预制加工，若工人一时疏忽没拧紧，钢筋受力后易产生滑脱，钢筋能弯曲或有马蹄形切口，不支持现场截样检测。

直螺纹接头：连接质量一般、加工质量差、连接效率一般，对中性要求高，大多数仅能用于单根钢筋的连接，钢筋需要预制加工，丝头加工质量控制难度大，不支持现场截样检测。

变异直螺纹接头：连接效率一般，对中线要求高，大多数仅能用于单根钢筋的连接，钢筋需要预制加工，不支持现场抽检，价格相对昂贵。

灌浆接头：灌浆密实度无法检测、钢筋插入居中度要求高、浆料凝固期对构件稳定要求高，现场施工很难保证、工况无法进行质量检测、浆料质量以及灌浆设备都可能导致空鼓。

对比传统连接工艺技术性能对比，锥套锁紧套筒有如下优势：

1、连接可靠，施工快捷，工器具简单，接头连接质量高等，完全能达到行业标准JGJ107规定的500MPa级I级接头的性能，且抗疲劳性能优异，是目前唯一适合整体吊装的一级钢筋接头。

2、经测算，锥套锁紧套筒可适用于100%的接头设计在同断面的情况。现场检测也简单，可以随机在现场进行截样抽检。

3、连接过程采用液压机械作业，效率是化学焊接的5倍，极大地缩短了施工周期，且不产生任何废气、废水、固态废弃物及噪音等环境污染源，有效降低安全生产风险隐患。一定程度上节约了施工成本。由于该产品无需焊接，在高铁、地铁、房屋等施工中能有效减少火灾事故的发生。

4、对连接钢筋本身的对中情况要求不高，连接容差适应性大，能够适应较大连接缝隙。尤其适应于成束多根钢筋、钢筋网片、钢筋部品的机械连接。

5、钢筋无需转动、不需加工，传统大直径钢筋需要5人一组配合安装，钢筋班至少需要 30 人倒班作业才能完成，而锥套锁紧钢筋接头采用液压机械代替传统人工作业，仅需2人一组，配合完成单个锥套锁紧即可，正常情况下压接效率10－20秒/个，极大地降低人工成本。

6、锥套锁紧钢筋接头质量合格率很高，远高于传统直螺纹套筒接头不足70%的合格率。锥套锁紧钢筋接头连接效率极高，能有效压缩工期。可将每个浇筑段的钢筋工程从传统的5天压缩至5小时，三年建设周期的项目能压缩一年时间，有效降低项目管理成本、融资成本，提前产生经济效益和社会综合价值。

但是对比传统连接工艺技术性能对比，锥套锁紧套筒有如下劣势：

1、接头成本相对较高，制作套筒采用特种钢材，强度高，单个套筒的成本是传统套筒的几倍。

2、安装需要50-70cm工器具的使用空间，对于空间狭小的特殊部位，可能无法适用。

4.6 整体钢筋部品和构件吊装施工工艺与传统施工工艺技术性能对比

传统工艺：普通支架、模板现场制安钢筋方式，

钢筋在结构部位散装,工人长期高空作业,安全性差；支架模板上操作平台小,钢筋安装空间不足.施工时钢筋位置难以控制；先安装行进骨架，工人利用行进骨架做为操作平台，逐根进行主筋安装，逐层安装、焊接水平箍筋及勾筋，安装时间很长，且安装质量全靠工人个人水平控制，发现问题之后整改难度大。

整体吊装工艺：工厂加工、汽车运输、现场吊装

部品构件整体吊装,将高空作业转换成地面作业,安全性好；无需大量工人现场安装，相对来说操作空间变大，且钢筋工程加工质量有可靠保障；部品构件工厂化,标准化生产，整体吊装主筋连接，现场安装很少部分水平筋，无需很高个人水平的工人即可操作，安装时间很短，非常适合铁路邻近营业线及营业线天窗点施工，同时适合大桥、大型公共建筑等施工。

5  结束语

邵阳站采用锥套锁紧套筒进行钢筋连接，安装方便，高效便利，质量可靠，安全可控。摒弃了传统的工人利用行进骨架做为操作平台逐根进行主筋安装的工作模式，将高空作业转换成地面作业,提高施工安全性，实现部品构件工厂化制作,标准化生产。同时锥套锁紧套筒接头打了破钢筋验收规范在同一连接区段内有接头的受力钢筋截面面积不得超过受力钢筋总截面面积的50%条件限制，为各种结构复杂节点的实施和制作提供了更多选择。结合本项目成功经验，在成本可控的情况下，锥套锁紧套筒钢筋连接的技术运用前景大好，尤其适合在铁路邻近营业线及营业线施工、桥梁、地铁、大型公共建筑、生产用房等对施工时间有严格要求的建设工程中推广运用。

参考文献

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[7] 钢筋机械连接技术规程（JGJ107-2010）

作者简介：王熠，1984-，男，大学本科，中级工程师，主要从事既有高铁项目的工程建设和改造工作。