陳明福

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司 北京 100018)

1 引言

鋼結(jié)構(gòu)鉸接連接普遍應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)工程施工中，鉸接點(diǎn)多為地腳螺栓與成品墊板預(yù)留孔連接處。由于墊板多為廠家預(yù)制成品，故而地腳螺栓預(yù)埋精度問題成為現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量必控項(xiàng)[1]。鉸接點(diǎn)連接過程中預(yù)埋螺栓定位安裝工藝較復(fù)雜且質(zhì)量隱患較多。在預(yù)埋螺栓定位的常規(guī)做法中，是采用常規(guī)鋼板模具開洞定位，亦或采用鋼筋套架焊接固定，螺栓與鋼板預(yù)制洞精度無法保證，導(dǎo)致存在較大誤差，且在混凝土施工時(shí)易因混凝土正面對(duì)螺栓的沖擊致使頂部帶動(dòng)下部位移或鋼筋輔助架偏位，導(dǎo)致螺栓軸心偏位、同一螺栓組螺栓中心偏位、輔助架體中心與軸線偏位、螺栓的標(biāo)高誤差均不滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或設(shè)計(jì)要求，造成后期鋼柱安裝墊板孔與螺栓無法正位所產(chǎn)生二次處理的經(jīng)濟(jì)成本加大。

項(xiàng)目對(duì)鋼結(jié)構(gòu)鉸接埋置式螺栓精準(zhǔn)定位進(jìn)行工藝攻關(guān)，介紹新型施工方法、研發(fā)器具，以提升高精度定位準(zhǔn)確性，提高工作效率，不損傷螺栓的原有質(zhì)量。在攻關(guān)目標(biāo)明確的前提下，項(xiàng)目發(fā)明一種預(yù)埋地腳螺栓組安裝的扁擔(dān)套架，安裝簡(jiǎn)單、操作方便，可根據(jù)螺栓中心線與定位軸線、螺栓所在螺栓組位置、標(biāo)高預(yù)先預(yù)制套架，提前安裝，亦可有效對(duì)螺紋保護(hù)，保證了安裝及澆筑完成后的工程質(zhì)量。

2 工程概況

重慶望變電氣(集團(tuán))股份有限公司10萬t非晶帶材及高磁感鐵芯材料項(xiàng)目位于重慶市長(zhǎng)壽區(qū)晏家經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)。該項(xiàng)目建筑面積約8.6萬m2。主要包含1＃主廠房、2＃主廠房?jī)蓷濅摻Y(jié)構(gòu)單層廠房?？拐鹪O(shè)防烈度6度，鋼框架抗震等級(jí)為四級(jí)。該項(xiàng)目鋼構(gòu)件總計(jì)6 700 t，鋼結(jié)構(gòu)采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，鋼結(jié)構(gòu)與獨(dú)立基礎(chǔ)柱連接形式為:錨栓待構(gòu)件安裝校正后與墊板、底板點(diǎn)焊[2]。本工程螺栓組448組，預(yù)埋螺栓共計(jì)3 972根。

3 扁擔(dān)套架輔助安裝預(yù)埋螺栓施工原理

扁擔(dān)套架根據(jù)螺栓組的大小選用符合架體剛度的鋼板、鋼管進(jìn)行加工，根據(jù)計(jì)算螺栓所在螺栓組位置提前確定扣套所在鋼板位置，扁擔(dān)套架連接方式為焊接預(yù)制(扣套外部環(huán)圈焊接，保證內(nèi)部應(yīng)無損且光滑)。通過扁擔(dān)套架將螺栓底部固定環(huán)箍與地腳螺栓焊接固定，將螺栓骨架置于基礎(chǔ)柱中[3]，按基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)已放好的軸線安放；綁扎柱筋、支設(shè)柱模完成后，將提前預(yù)制好的扁擔(dān)套架進(jìn)行安裝，扣套對(duì)準(zhǔn)螺栓套入其中，確保螺栓上部與鋼板無間隙；使用鋼管扣件與扁擔(dān)擔(dān)托加固連接，反方向與基礎(chǔ)柱加固模板處鋼管連接，以便調(diào)整扁擔(dān)套架所在軸線位置；點(diǎn)焊斜拉筋后，自鋼板灌注口澆筑混凝土。此做法可有效提高地腳螺栓預(yù)埋高精度定位，保護(hù)了螺栓螺紋，避免了因混凝土沖擊力所造成的螺栓組偏位及螺紋損壞。

4 扁擔(dān)套架三維模擬

采用BIM技術(shù)的三維建模功能，從工序便捷性提升、使用功能完善、成本降低等方面入手，分別對(duì)多種預(yù)埋螺栓形式進(jìn)行三維模擬試驗(yàn)，建立多功能套架模型，擇優(yōu)選擇人工操作簡(jiǎn)便靈活、易裝快拆、可大量次循環(huán)使用的扁擔(dān)套架。擔(dān)托與鋼板的連接為剛性連接，與柱架體扣件連接[4]?？厶着c鋼板焊接連接，反扣螺栓，見圖1。鋼板做為操作平臺(tái)，既需保證混凝土澆筑的可實(shí)施性，又需保證穩(wěn)定性[5]。

圖1 扁擔(dān)套架三維透視

5 施工操作關(guān)鍵技術(shù)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范GB 50204—2015，同一螺栓組內(nèi)的螺栓中心距偏差不超過2 mm，頂標(biāo)高允許偏差0～20 mm，中心距±2 mm，垂直度5 mm。經(jīng)與設(shè)計(jì)圖紙對(duì)照，螺栓采用M24摩擦型高強(qiáng)度地腳螺栓[6]，鋼柱底板、墊板孔直徑為26 mm，墊板孔僅比螺栓直徑大2 mm，所以對(duì)單個(gè)螺栓的預(yù)埋精度要求允許誤差必須控制在±2 mm誤差之內(nèi)。設(shè)計(jì)圖紙螺栓及螺栓孔布置見圖2、圖3。

圖2 螺栓及螺栓孔點(diǎn)位布置(單位:mm)

圖3 螺栓點(diǎn)位立面(單位:mm)

5.1 材料檢測(cè)及扁擔(dān)套架加工制作

(1)鋼板與鋼管檢測(cè)

鋼板與鋼管的選擇是高精度定位關(guān)鍵因素，扣套鋼管的質(zhì)量直接影響到施工后螺栓中心偏差、相鄰螺栓中心偏差、螺栓組中心與定位軸線偏差；鋼板質(zhì)量直接影響螺栓高度差、垂直度等。扁擔(dān)套架所需材料均要滿足規(guī)范要求。

鋼板與鋼管應(yīng)平直光滑，無嚴(yán)重銹蝕痕跡、無壓扁傾向，無毛刺、裂紋、疤痕、錯(cuò)位、變形等缺陷。鋼管壁厚、管徑，鋼板公稱長(zhǎng)度、寬度、厚度均應(yīng)符合國(guó)家規(guī)范要求。材料進(jìn)場(chǎng)應(yīng)有產(chǎn)品合格證、出廠檢測(cè)報(bào)告和進(jìn)場(chǎng)復(fù)測(cè)報(bào)告。

(2)扁擔(dān)套架加工制作

扁擔(dān)套架擔(dān)托采用國(guó)標(biāo)外徑48.3 mm、壁厚3.6 mm的鋼管與鋼板雙面搭接焊，搭接焊長(zhǎng)度不小于100 mm。鋼板中部設(shè)置直徑300 mm的混凝土灌注口?？厶走x擇DN32 mm鋼管，壁厚為3.5 mm，內(nèi)徑為25 mm的無縫鋼管與鋼板焊接，扣套位置中點(diǎn)即螺栓所在螺栓組位置中點(diǎn)，中心線誤差為±0.2 mm，見圖4。

圖4 扁擔(dān)套架

5.2 工藝流程

初安裝定位→螺栓試裝、環(huán)箍焊接→螺紋保護(hù)→套架正式安裝→二次校正定位→混凝土澆筑校正→套架拆除。

(1)參照設(shè)計(jì)圖紙要求，對(duì)螺栓組四角方向的地腳螺栓進(jìn)行所在軸線定位放線，明確四個(gè)角度的地腳螺栓所在的軸線位置及其標(biāo)高；對(duì)四角點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，在已澆筑完成的基礎(chǔ)上引出并標(biāo)記螺栓組十字軸線標(biāo)識(shí)(亦為螺栓扁擔(dān)套架中心軸線)，作為預(yù)埋螺栓首次安裝位置，見圖5、圖6。

圖5 扁擔(dān)套架中心軸線平面

圖6 扁擔(dān)套架中心軸線三維示意

(2)通過計(jì)算，明確設(shè)計(jì)圖紙螺栓標(biāo)高和相應(yīng)坐標(biāo)后，通過設(shè)計(jì)圖紙反算在鋼板上的定位位置，提前焊接預(yù)制(扣套外部與鋼板環(huán)圈滿焊，內(nèi)部無損傷且光滑)。取一平整的平面，將扁擔(dān)套架翻面平放，螺栓組所有螺栓對(duì)正塞入已加工校核好的扁擔(dān)套架扣套內(nèi)，使螺栓頂面與鋼板底面緊密結(jié)合，環(huán)螺栓組所有螺栓一圈，點(diǎn)焊環(huán)圈箍筋(環(huán)箍采用HRB400公稱直徑≥12 mm的鋼筋，焊接范圍為自根部≤150 mm范圍，焊接過程不得損傷螺栓)后，取出焊接好的架體，見圖7。

圖7 套架螺栓試裝及環(huán)箍焊接

(3)螺栓螺紋處使用廢舊機(jī)油涂抹均勻，凹槽紋可滿凃。因扣套與螺栓相扣剩余空間較小，螺紋外側(cè)微涂保證潤(rùn)滑效果即可。用塑料薄膜進(jìn)行嚴(yán)密纏繞，螺紋全面包裹，層數(shù)6～9層。

(4)將螺栓骨架置于基礎(chǔ)柱中，按基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)已放好的軸線安放后，綁扎柱筋。待柱筋綁扎、模板加固完成后，將扁擔(dān)套架平正套入所有螺栓組螺栓，用橡膠錘敲擊四個(gè)方向?qū)欠轿唬顾新菟敳颗c鋼板契合后，使用鋼管扣件與扁擔(dān)擔(dān)托加固連接，反方向與基礎(chǔ)柱加固模板處鋼管連接，以便調(diào)整扁擔(dān)套架所在軸線位置，見圖8。

圖8 套架完成效果圖

(5)因擔(dān)托與柱模板加固鋼管連接，施工過程中易碰觸模板，故螺栓組十字軸線不易在模板上標(biāo)識(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)誤差；根據(jù)基礎(chǔ)上標(biāo)記的十字中心線引出放線，亦存在誤差，校正工作需重新進(jìn)行。校核后的中心線需與扁擔(dān)套架的十字中心線完全契合，標(biāo)高校核扁擔(dān)套架四角點(diǎn)即可，同時(shí)反方向?qū)?dān)托和基礎(chǔ)柱加固模板處鋼管擰緊。在標(biāo)高與軸線校正的同時(shí)，使用HRB400公稱直徑≥14 mm的鋼筋廢料將柱筋與固定環(huán)箍斜拉筋點(diǎn)焊(點(diǎn)焊迅速，不得影響螺栓組軸線位置及標(biāo)高)，斜拉筋應(yīng)超出兩焊接點(diǎn)20～50 mm，且距基礎(chǔ)柱邊≤10 mm，見圖9。

圖9 斜拉筋焊接三維示意

(6)自灌注口進(jìn)行混凝土灌注，泵管距灌注口高度控制在300～600 mm為宜。采用直徑30 mm振搗棒進(jìn)行振搗，振搗時(shí)嚴(yán)禁碰觸預(yù)埋螺栓、扁擔(dān)套架或斜拉筋[7]，避免扁擔(dān)套架發(fā)生位移或螺栓偏位。澆筑時(shí)還應(yīng)時(shí)刻關(guān)注扁擔(dān)套架的情況，若出現(xiàn)位移，及時(shí)調(diào)正?；炷吝_(dá)到初凝強(qiáng)度前，再次校核扁擔(dān)套架與軸線偏差，確保符合設(shè)計(jì)要求。

(7)待混凝土達(dá)到終凝強(qiáng)度后，拆除輔助鋼管，垂直向上取下套架，用膠帶將塑料薄膜全部纏繞，螺栓螺紋密封，防止螺栓絲扣被破壞。

6 扁擔(dān)套架優(yōu)點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益分析

6.1 扁擔(dān)套架優(yōu)點(diǎn)

(1)本扁擔(dān)套架取材制作方便、防位移能力大；現(xiàn)場(chǎng)組裝拆卸方便、工序簡(jiǎn)捷，有效保護(hù)了螺栓螺紋，降低施工成本、節(jié)約了二次處理費(fèi)用[8]。

(2)采用此項(xiàng)工藝，有效保證了地腳螺栓高精度預(yù)埋，避免了澆筑過程中混凝土直接沖擊螺栓的情況發(fā)生，保證了預(yù)埋螺栓的施工質(zhì)量；無需針對(duì)單個(gè)螺栓進(jìn)行精度校正，大大提高了施工效率[9]。

(3)扁擔(dān)套架無需待柱箍筋綁扎完成及模板安裝完成后施工，亦不受因后插螺栓所造成柱箍筋調(diào)整帶來的其他問題的制約，優(yōu)先安裝地腳螺栓工作面充足，操作方便[10]。

(4)施工更安全、環(huán)保，相同螺栓組多次循環(huán)使用，亦保證了廢舊鋼筋的利用率。

6.2 經(jīng)濟(jì)效益

本工程采用扁擔(dān)套架運(yùn)用在預(yù)埋螺栓施工中，預(yù)埋螺栓的安裝精度、施工質(zhì)量、成品保護(hù)、工序便捷性均滿足施工及設(shè)計(jì)要求。節(jié)省了預(yù)埋螺栓的定位時(shí)間、減少了安裝校正的人工投入及超規(guī)范施工的二次處理成本消耗。經(jīng)過對(duì)本項(xiàng)目扁擔(dān)套架進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，在使用扁擔(dān)套架相較于未使用此項(xiàng)發(fā)明可節(jié)省12 d工期，人工費(fèi)成本降低42.57%，安裝質(zhì)量問題概率由12%降至1.5%以內(nèi)，二次成本消耗節(jié)約效果可觀。

綜合測(cè)算:采用扁擔(dān)套架比傳統(tǒng)鋼板模具開洞定位、鋼筋套架焊接固定成本降低58.37%，人工費(fèi)、材料費(fèi)總成本為3.27萬元[11]，折合單螺栓組綜合單價(jià)為54.5元/組；采用傳統(tǒng)鋼板模具開洞定位、鋼筋套架焊接人工費(fèi)、材料費(fèi)總成本為7.855萬元，折合單螺栓組綜合單價(jià)為130.9元/組。二次處理成本消耗節(jié)約1.74萬元，工程累計(jì)可節(jié)省成本約6.325萬元。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過本工程對(duì)扁擔(dān)套架的綜合評(píng)估，于安裝精度及質(zhì)量、穩(wěn)定性、安拆便捷性、工期要求、施工效率、環(huán)保及成本等方面為切入點(diǎn)，通過前期試使用、三維模擬，開發(fā)出一種綜合全優(yōu)性的新型施工工藝，同時(shí)該技術(shù)在項(xiàng)目上的研發(fā)和應(yīng)用獲得“扁擔(dān)套架”國(guó)家實(shí)用新型專利(專利號(hào)ZL 2018 2 1860297.9)。此項(xiàng)成果解決了鋼結(jié)構(gòu)鉸接埋置式螺栓高精度定位施工的重要難點(diǎn)問題，在鋼結(jié)構(gòu)施工中具有很強(qiáng)的實(shí)效性和推廣性[12]。