1、工程概况
小湾工程的工程规模巨大，作为大坝脊梁的钢筋更是用量巨大，其中用于右岸高低缆机土建工程的有1000吨，因为工期紧张，钢筋用量巨大，在钢筋连接工艺上进行多次的技术引进与应用，试图在传统钢筋连接工艺的基础上有所改进，以提高钢筋安装效率，降低安装成本。建筑施工技术日新月异的发展，许多新技术新材料不断开发出来，应用于工程建设，工程施工向工厂化、机械化方向发展。
2、钢筋连接工艺的应用
2.1绑扎及搭接焊工艺在建筑工程中大量采用钢筋混凝土结构，而钢筋混凝土的构件形状千变万化，而钢筋的生产是按固定的长度即定尺生产的，故钢筋在使用时要将两根钢筋连接起来传递受力，两根钢筋连接处我们称之为“钢筋接头”。传统的钢筋连接工艺是绑扎、焊接，如图2-1，2-2，2-3。
钢筋绑扎接头在混凝土中受力时，是通过混凝土的握裹力将力传给另一根钢筋的，由于两根钢筋不同轴，在试验中接头处混凝土有提前破碎的现象，在受地震及突然性荷载时构件首先由接头处断裂 ，而且接头搭接长度在40-80倍钢筋直径，耗材较大。搭接焊工艺在焊接前须将钢筋预弯，该种接头由于预弯在接头处产生扭矩，在混凝土构件试验中该处混凝土有被提前压碎的现象，在焊接接头颈部热影响区内脆性增加，且焊接时易产生“咬边”、“夹渣”“焊缝不饱满”等缺陷，在外力作用时容易脆断，作破坏性试验时往往在接头颈部脆断作疲劳试验时其疲劳性能只达到47.6万次。疲劳破坏已成为工程建筑的一大灾害，许多桥梁失事都是在接头处产生疲劳破坏引起。
从经济性分析，手工焊接生产效率低，成本投入大，尤其是在大直径钢筋的焊接上更为明显，施工中不仅要投入电焊工、电焊条和电焊机，还要投入搭接的钢筋和帮条，发生成本较高。以Φ40钢筋接头为例，钢筋焊接要采用双帮条形式，一个接头单面焊缝80cm，焊接一个接头要消耗焊工1.6个工时，一个合格焊工每班8小时也只能完成5个钢筋接头的焊接量；单个接头焊缝量为80cm单面焊缝，需用焊条1.32kg，计7.71元，还要投入同径的帮条钢筋80cm，计20.53元；焊接机械主要是BX1-500型交流电焊机，单个接头用量1.6台时，计18.85元，这样单个接头的总费用为55.1元。手工电弧焊焊接钢筋单个接头成本如下表：
手工焊接单个接头成本
| 直径(mm) | 焊工(工时) | 焊条(kg) | 电焊机(台时) | 钢筋(kg) | 成本(元) | 备注 |
| Φ40 | 1.6 | 1.32 | 1.6 | 7.90 | 55.1 | 双帮条 |
| Φ36 | 1.1 | 0.99 | 1.1 | 5.75 | 39.9 | 双帮条 |
| Φ32 | 0.8 | 0.66 | 0.8 | 4.04 | 27.8 | 双帮条 |
| Φ28 | 0.7 | 0.44 | 0.7 | 2.68 | 21.5 | 双帮条 |
2.2机械连接工艺
2.2.1钢筋冷挤压技术
因为手工电弧焊的生产效率低和成本高，在青海黑泉水电工程施工中就曾采用一种新的工艺替代之，达到提高生产效率和降低成本的目的。经过市场调查与咨询，当时引进和试验了钢筋冷挤压工艺。冷挤压连接钢筋是一种机械连接方式，生产效率较手工电弧焊工艺有了较大的提高。机械冷挤压连接方式如图2-4。
冷挤压连接钢筋的基本原理是：将两个待连接的螺纹钢筋通过光面套筒连接起来，再在套筒外面施加机械力挤压套筒，套筒收缩后将套内的钢筋肋嵌入其中，相互咬合，从而达到传递受力和钢筋连接的目的。采用的主要设备是液压式挤压机，单机重量10.8公斤。
施工中一个接头的两个挤压端是分别进行的，一端与加长的钢筋连接，另一端与原钢筋连接。与加长钢筋的连接可以在工厂内完成，场内作业不需移动设备，只需由人工搬动钢筋与套筒，效率较高；而另一端则必须在现场与已安装的钢筋进行对接，就必须得移动设备与已安装好的钢筋对位，有的还要搭设简易的设备平台，施工很不方便，这样就大大地较低了生产的效率，所以在施工中未能大面积推广。但应当看到冷挤压钢筋连接方式实现了部分的作业工厂化，在生产效率上有一定的提高，在生产成本上也有所降低。
冷挤压边接钢筋单个接头成本如下表：冷挤压连接钢筋成本
| 直径(mm) | 施工费(元) | 套筒费(元) | 合计(元) |
| Φ40 | 2.3 | 29.0 | 31.3 |
| Φ36 | 2.3 | 24.0 | 26.3 |
| Φ32 | 2.1 | 15.7 | 17.8 |
| Φ28 | 2.1 | 13.5 | 15.6 |
手工焊接与冷挤压联接的单个接头的成本对比如下表：
手工焊接与冷挤压连接成本对比表
| 直径(mm) | 手工焊(元) | 冷挤压(元) | 差额(元) |
| Φ40 | 55.1 | 31.3 | 23.8 |
| Φ36 | 39.9 | 26.3 | 13.6 |
| Φ32 | 27.8 | 17.8 | 10.0 |
| Φ28 | 21.5 | 15.6 | 5.9 |
从上表可以看出，在连接直径在28mm以上的钢筋时，采用冷挤压工艺的成本比采用手工电弧焊工艺的成本低。
2.2.2钢筋螺纹连接
钢筋冷挤压工艺实现了部分的作业工厂化，生产效率得到了部分提高，为了进一步提高效率，又进行了市场调查和咨询，寻求一种生产完全工厂化的工艺。经过调查选择了钢筋螺纹连接工艺进行试验。钢筋螺纹连接的形式很多，有直螺纹连接、锥螺纹连接、正反丝直螺纹连接、镦粗螺纹连接等，在施工实践中经过对比，镦粗螺纹连接在生产效率、生产成本上均具有较大的优势，镦粗螺纹连接如图2-5。
2.2.2.1、镦粗钢筋接头联接工艺
镦粗螺纹的基本工作原理是将待连接的钢筋接头部位镦粗，然后在镦粗部位上加工螺纹丝扣，最后在施工现场用螺纹套筒将钢筋联接起来。其最大的优点是连接套筒与钢筋螺纹生产全部实现了工厂化，在施工现场只安装套筒连接即可，而在现场安装螺纹套筒也很方便，只需用板手拧到位即可。另外因为钢筋接头部位经过镦粗，直径超过了钢筋本体，螺纹套筒可以自由穿过钢筋本体安装到接头部位，而无需转动钢筋，正是因为只转动套筒，不用转动钢筋，所以在安装大直径钢筋和圆弧钢筋时更显出其优越性，降低了现场的施工难度，提高了生产效率。
根据镦粗螺纹钢筋连接的工艺要求，镦粗螺纹配置了与之相配套的生产设备，它们分别是中频电源装置、钢筋接头镦粗机、钢筋螺纹接头套丝机。可控硅中频电源装置是一种静止变频器，它利用可控硅元件把380V、50Hz工频三相电变换成输出额定频率2.5KHz、额定功率100KW、额定电压750V的中频单相交流电，用于钢筋接头部位的透热。钢筋接头部位被透热后，由钢筋接头镦粗机镦粗成型，钢筋接头镦粗机主要由压紧装置、挤压装置、压气装置、电控装置、油箱等部分组成。它是将加热到910±50℃的钢筋接头放在压紧模具槽内，并使其端面轻轻接触到冲头端面，然后压紧模具夹紧钢筋，同时闭合模腔，再将挤压冲头向前伸出使钢筋镦粗成型，钢筋成型后行程开关发生作用，使挤压油缸活塞自动返回，挤压塞返回原位后再打开压紧模具，取出成型钢筋。钢筋接头镦粗后再进行钢筋外螺纹加工，施工采用的是SW3050型套丝机，这种套丝机有两种不同的板牙座，能加工不同螺距的外直螺纹，螺纹的形成主要是由平板牙切削而成，但要注意在选用板牙时要满足螺距等技术要求。
2.2.2.2、镦粗螺纹连接的质量控制
镦粗螺纹连接要保证质量主要把握三个方面，一是连接套筒自身的强度要满足要求，二是螺纹加工的质量要保证，三是现场安装时质量要保证。
套筒的质量就是要求当它与钢筋同时受力时要后于钢筋本体破坏。因此在套筒断面设计时，套筒抗拉承载力标准值是按大于被接钢筋的抗拉承载力标准值的1.15倍考虑的，即：
fsltkAsl≥1.15ftkAs
fsltk——套筒抗拉强度标准值
Asl ——套筒的横截面积
ftk ——钢筋抗拉强度标准值
As ——钢筋的横截面积
套筒材料选用的是45#钢或其他低合金钢。套筒入库前按一定的比例抽样，用肉眼和卡尺检查外观质量，用塞规检查螺纹直径。
钢筋螺纹加工完后要对钢筋镦粗段的长度和直径检查，并且表面不得有裂纹、凹陷和影响钢筋强度的其他缺陷。丝头质量检查的内容包括外观和螺纹的直径，检查合格后的丝头用保护套保护。
现场安装利用普通管钳扳手旋拧施工，接头拧紧后，在套筒上用油漆作拧紧标记，并检查钢筋丝头无一扣以上完整丝扣外露即可。钢筋连接的工艺检查应符合相应要求：一是每种规格钢筋的接头试件不少于3根；二是对接头试件的钢筋母材应进行抗拉强度试验；三是3根接头试件的抗拉强度尚应大于等于均大于母材抗拉强度或1.05倍母材抗拉强度标准值。接头的现场检验按验收批进行，同一施工条件下采用同一批材料的同等级、同型式、同规格接头，以500个为一个验收批进行检验与验收，不足500个也作为一个验收批。
2.2.2.3、镦粗螺纹的成本分析
镦粗螺纹的丝头与套筒均可实现工厂化生产，施工现场安装仅用螺纹套筒将钢筋连接起来即可，在生产效率上得到了较大的提高。因此施工成本也相应降低，镦粗螺纹连接钢筋单个接头成本如下表：
螺纹连接钢筋接头成本
| 直径(mm) | 套筒费(元) | 加工费(元) | 合计(元) |
| Φ40 | 18.0 | 1.8 | 19.8 |
| Φ36 | 11.6 | 1.8 | 13.4 |
| Φ32 | 9.6 | 1.8 | 11.4 |
| Φ28 | 8.0 | 1.8 | 9.8 |
| Φ25 | 7.0 | 1.8 | 8.8 |
2.2.3、功能指标及成本对比选取钢材消耗、抗疲劳性能等功能指标对两种机械连接的方式进行对比，如下表：方案的功能指标
|
功能 指标 | 机械冷挤压 | 镦粗直螺纹连接 | |
| 降低钢材消耗 | 单向拉伸性能（单位：Mpa） | 500 | 550 |
| 抗疲劳性能 | 抗疲劳性能（单位：万次） | 200 | 200 |
| 降低接头成本 | 接头成本，下降比率 | 32.8 | 63.2 |
| 单向拉伸性能 | 现场作业，效率提高（单位：%） | 85.7 | 99.8 |
| 现场施工作业时间 | 钢筋消耗下降比例（单位：%） | 51.4 | 80.4 |
机械冷挤压方案功能指数为：：
500×0.4+200×0.1+32.8×0.2+85.7×0.2+51.4×0.1=248.84
镦粗直螺纹连接方案功能指数为：
550×0.4+200×0.1+63.2×0.2+99.8×0.1+80.4×0.1=270.66
可见，镦粗直螺纹连接方案功能指数大于机械冷挤压方案，镦粗直螺纹连接工艺方案较优。
手工焊接、冷挤压连接与螺纹联接的单个接头的成本对比如下表：
| 直径(mm) | 手工焊(元) | 冷挤压(元) | 螺纹连接(元) |
| Φ40 | 55.1 | 31.3 | 19.8 |
| Φ36 | 39.9 | 26.3 | 13.4 |
| Φ32 | 27.8 | 17.8 | 11.4 |
| Φ28 | 21.5 | 15.6 | 9.8 |
从上表可以看出，在采用钢筋镦粗螺纹连接工艺后，钢筋制安的施工成本有了一个较大幅度地下降，尤其在连接直径Φ25及其以上的钢筋时经济效益更显可观。
3、结语
新技术、新工艺是不断推陈出新，钢筋连接工艺也是如此。随着我国环保事业的发展，钢筋焊接在建设中的应用受到了越来越大的限制，钢筋机械连接技术逐渐取而代之，有理由相信经过不断的摸索与实践会推出更加先进的施工工艺接受实践的检验。
方案
