提高钢结构地脚螺栓安装精度的工艺探讨

李德金 江 娜 华兵兵

(中建海峡建设发展有限公司，福建 福州 350015)

地脚螺栓一般用于钢结构柱脚和各类设备的埋置固定，是一种重要的紧固件[1]。尤其在工业厂房结构上，地脚螺栓将钢结构和混凝土(基础承台)两种不同材质的结构可靠连接在一起，且对上部结构的安装起到定位作用，其安装精度要求很高[2]。传统单个安装，独立控制，安装精度不易控制，钢结构整体尺寸容易出现偏差，造成结构内部应力，将对工程质量、安全、进度、成本均产生负面影响。本文结合武汉某大跨轻型门式刚架厂房的施工实践，探讨如何提高钢结构地脚螺栓安装精度。

1 工程概况

本工程为四跨单层钢结构门式刚架，最大柱距为9 m，建筑面积约30 162 m2，建筑高度为12.7 m，最大跨度约44 m。梁、柱、端头板、加劲肋板采用Q345B材质，檩条采用Q345B冷弯薄壁钢，钢管、隅撑采用Q235B。单根钢柱最大重量约1.75 t，单榀屋面刚架梁最重约4.8 t。

2 地脚螺栓施工要求

本工程钢结构柱与基础通过地脚螺栓连接，根据钢柱规格地脚螺栓规格有φ36，φ24两种。地脚螺栓预埋偏差超过允许范围，将会造成钢柱底角板上的孔与地脚螺栓不对应，影响上部结构的安装及现场的施工进度。

根据施工图设计要求，地脚螺栓的最大调节量为2.5 mm。规范[3]要求地脚螺栓标高偏差控制在3.0 mm以内，螺纹及螺纹出露长度偏差均不超过30 mm(如图1所示)。

3 安装精度控制要点

影响地脚螺栓安装精度的关键因素有：地脚螺栓的加工，轴线控制网及标高控制，承台钢筋模板安装质量，安装工艺，混凝土浇筑时成品保护。

1)地脚螺栓加工。选择可靠的加工厂家，加工前，计算套丝长度时，应充分考虑上下螺母和垫板的厚度、标高调整的余量、丝长等[4]；设计时应注意控制基础表面以上的预留量，抗剪键高度小于基础预留槽的深度。在本项目上，地脚螺栓总长850 mm，丝扣长度200 mm，外露基础表面150 mm。

2)轴线控制网及标高控制。测设前，利用场外基准点测设每条轴线的控制点，进行点位保护，并定期复核。安装放样前在相应轴线控制点上架设仪器，用低弹性钢丝和铁钉放样出控制轴线，不得扰动，且每次细部定位前再次对轴线位置进行复核。待水平位置确定后，用水平仪对预埋螺栓顶标高进行监控调整。

3)承台钢筋模板安装质量。因工序交叉会对地脚螺栓位置产生扰动，影响安装精度，地脚螺栓安装必须在相应轴线的承台钢筋模板验收完成之后。因地脚螺栓与钢筋笼焊接为一体，因此必须保证钢筋笼和模板的安装质量，以减少施工扰动导致的地脚螺栓移位。钢筋按设计要求绑扎完成后，应复测标高。模板采用木方及支撑元件固定在坚实的土体或石头上，并在模板内侧弹好标高控制线，将钢筋四周与模板之间采用钢筋头固定，保证钢筋笼不因浇筑混凝土的冲击力而变形。

4)安装工艺。优先选择熟练劳务班组，并在施工过程中采用了钢板成型模具辅助定位。上道工序完成后，按照如下流程进行地脚螺栓安装，且全程用经纬仪监测：a.制作螺栓定型模具;b.模具定位焊接;c.地脚螺栓穿入定位模具，上口用螺栓固定;d.标高调整后，螺栓底部用Φ8钢筋焊接到钢筋笼上;e.螺栓出露基础钢筋笼处用Φ8钢筋焊接固定，取下螺栓，定型模具连接断开后，取下模具。

5)混凝土浇筑时成品保护。浇筑前用胶带和PVC管包裹地脚螺栓外露丝扣，以防污染，便于后期吊装。在浇筑混凝土过程中由专人旁站，注意避免震动泵直接接触预埋螺栓。经纬仪全程检测预埋螺栓位置的变化，如有偏移，立即进行调整。混凝土浇筑完毕后，终凝之前对螺栓再进行复检，超过偏差的及时进行调整。

4 关键技术

保证地脚螺栓安装精度的关键，在于安装的整个过程中，确保平面位置和标高准确性。为解决这个问题，利用成型模具来辅助地脚螺栓在钢结构基础中固定，提高安装精度。同时要在后续工艺中做好成品保护，减少施工扰动对地脚螺栓的影响。

4.1 模具制作与安装

模具采用钢板制作，而未考虑成本低廉且更易加工的木模，主要考虑其刚度高不易变形，安装精度更容易保证，且周转利用损耗率低，综合效益更高。模具孔内径比设计地脚螺栓外径大1 mm，其中心线与设计轴线一致。每个螺栓最大位移偏差仅0.5 mm，相邻两螺栓间最大位移偏差为1 mm，保证螺栓相对位置的准确性。

模具采用机械方法加工制作，其精度容易控制。只要通过经纬仪和水准仪，将模具可靠连接到承台钢筋笼上，就能保证套入的地脚螺栓精度在设计范围之内[5]。以4-M24型地脚螺栓的安装为例，相邻螺栓中心为400 mm，300 mm。模具选用10 mm厚Q235钢板加工制作，钢板尺寸与柱底板一致。在钢板底面短边方向用Φ25钢筋焊4个吊钩，用于固定加工成型的模具，竖向长度100 mm，弯钩长度100 mm，如图2所示。用现场富余较多的Φ10钢筋分别焊接在弯钩和钢筋笼上，使成型模具和基础钢筋笼牢固连接。待螺栓定位完毕后，用氧乙炔焊熔断临时固定用的Φ10钢筋，定型模具即可循环使用。

4.2 地脚螺栓的安装与保护

地脚螺栓安装前，应确定模具已焊接牢固，能承受外部浇筑混凝土时的外部扰动，否则应加焊钢筋。将备好的地脚螺栓从下向上垂直穿入安装孔，利用微调螺栓调整好地脚螺栓的标高、坐标和垂直度，拉好间距和对角线，达到图纸要求尺寸后再将螺栓和承台钢筋笼焊接固定。

地脚螺栓安装完毕且自检合格后，复核地脚螺栓直径、数量、位置和标高等是否满足设计要求。验收合格后，立即对所有螺栓上部外露丝扣进行保护，防止在混凝土浇筑时丝牙损坏、污染情况的发生。具体做法是：所有螺栓经复核后，若在短时间内不进行上部结构的安装，须在螺纹上涂上固体黄油，用透明胶布进行包裹，将比螺杆直径大一个规格的PVC管切成300 mm长，套在螺栓的丝杆上。这样即可防止丝杆生锈，混凝土浇筑时损坏丝牙[5]。

4.3 监测与校正

在承台、地梁混凝土浇筑间隙，利用架在控制点上的经纬仪及水准仪对地脚螺栓位置进行测量。实时监测预埋位置及标高的变化情况，发现偏差超过设计标准时及时纠正。具体方法为：将螺杆上的丝牙包裹多层软布，用2 m左右的空心钢管套入后向正确的位置方向纠正。注意不能用力过猛，以免将螺栓扳断。

浇筑过程中技术人员需要旁站，预防工人操作时，出现踩踏、撞击，振动泵直接与预埋螺栓接触等情况。混凝土浇筑完毕后、终凝前，还应对螺栓进行一次复检，若超差，应及时修正。

5 结语

地脚螺栓安装质量的优劣直接影响后续钢结构能否顺利安装，是项目质量控制的关键环节。且厂房项目地脚螺栓安装量大，交叉工序多，质量不易控制。在厂房实际施工过程中，采用本方法实现了预埋螺栓的精确安装，平面尺寸偏差控制在2 mm以内，标高偏差不超过3 mm，后续钢结构柱安装中轴线、标高偏差均能满足规范要求，较单个安装方法精度提升效果明显。因此本技术能确保钢结构工程的质量及进度，可为类似工程借鉴。