索道基础地脚螺栓施工技术要点

张喻捷

北京起重运输机械设计研究院有限公司 北京 100007

0 引言

客运索道是常见的高山运输设备，具有速度快、运量大、地形适应性高、结构紧凑等优点[1]，但其结构跨距长、施工地形复杂、施工工期紧张等特点也对客运索道的设计和施工提出了挑战。因此，钢结构以其自重轻、强度高、塑性韧性好、便于运输及安装等优势成为了客运索道结构，尤其是线路支架中最常采用的结构形式。

如图1所示，上部采用钢结构圆管支架，下部采用钢筋混凝土独立基础，支架同基础之间通过预埋地脚螺栓连接，是索道线路支架最常采用的结构组合形式[2]。作为连接上下部结构的关键部分，地脚螺栓的施工质量及安装情况不仅关系到结构的安全，更会直接影响后续钢结构支架安装及索道整体线路的精度。精确并且符合规范要求的地脚螺栓预埋施工，是满足后续施工精度和工期、满足结构安全的重要保障。

图1 典型索道线路支架组合结构

本文从支架结构出发，针对索道线路特点，以线路支架基础为例，结合相关规范及现场施工经验，对常见索道基础的地脚螺栓施工技术要点进行了总结，为类似大型设备预埋件的施工提供参考。

1 索道基础地脚螺栓

1.1 索道柱脚结构形式

如图2所示，一般钢结构建筑物或构筑物常用柱脚形式包括外露式、外包式、埋入式、插入式4类[3，4]，索道线路支架一般采用带二次灌浆层的外露式柱脚。

图2 常见钢结构柱脚

1.2 索道基础用地脚螺栓

根据受力大小、使用位置、环境温度的不同，索道中使用的地脚螺栓按材质可分为Q235-B、Q235-D、Q355-B、Q355-D 等，按规格可分为M24、M36、M42、M48等；普通索道线路支架一般采用钢结构圆管。因此，单根支架柱底的地脚螺栓呈圆环状均匀分布在底法兰内(见图3a)，柱底螺栓群中地脚螺栓一般数量较多，根据圆管的截面直径不同，数量为4～24根不等；根据使用工况，单根地脚螺栓的长度为1 500～2 000 mm。

图3 索道用地脚螺栓示意图

随着索道运量需求的增大、索道线路长度的增加以及大跨度、复杂地形索道的增多，索道对线路支架及基础地脚螺栓的性能要求越来越高。目前一般索道线路基础的地脚螺栓以Q355-B/Q355-D材质、M42规格的地脚螺栓最常见。

2 索道基础地脚螺栓施工难点

与普通钢结构建筑物或构筑物地脚螺栓施工相比，索道结构工程具有施工跨度大（通常的大型脱挂索道线路长度可达2 000 m以上）、施工环境恶劣（多数旅游索道建设于地形陡峭的山区）、施工精度要求高等特点。相较于普通钢结构，线路精度的控制是整个索道建设工程中最重要的环节。合格的索道工程不仅要保证各个支架基础处在同一直线，更要保证基础顶面(预埋件中心)的高程符合要求，故地脚螺栓的预埋和安装是保证索道精度控制的重要工序。索道支架基础地脚螺栓的施工主要难点有：

1）索道线路较长(一般在1 000 m以上)，线路中间设置支架多（大型脱挂索道线路支架在10个以上），单个支架基础地脚螺栓预埋出现错误后会使安装误差逐渐累加，造成整体线路直线度出现巨大偏差；

2）索道工程常见的建设场地有高山、峡谷、陡坡、悬崖等，大型机械难以进入，线路基础施工难度大；

3）对索道土建工程而言，基坑开挖、基础浇筑和地脚螺栓施工三者是密不可分的整体，基坑开挖、基础浇筑的良好施工是后续准确定位地脚螺栓、保证整体精度的基础，故前序土建施工的影响不可忽视；

4）索道基础短柱内钢筋一般较密，地脚螺栓组的摆放、调整空间狭小，施工难度较大[5]；

5）索道支架一般为圆管支架，对应的底法兰地脚螺栓为圆形排列，单组螺栓之间的尺寸定位比矩形排列螺栓组更困难；

6）有倾斜角度的支架，其对应基础为直柱斜顶基础，与普通直柱平顶基础相比，斜顶基础需要保证地脚螺栓组与基顶斜率对应，斜率和角度的控制一定程度上加大了地脚螺栓的施工难度，图4为常见非垂直支架对应的斜顶面基础；

图4 支架直柱斜顶基础

7）索道支架基础单根地脚螺栓的长度较长，插入混凝土体内的长度最大可达2 000 mm，人工操作精确定位有一定难度。

3 索道基础地脚螺栓施工流程

索道支架基础地脚螺栓的施工流程及工艺主要由前序土建施工、地脚螺栓加工、定位和测量、定位模板安装、地脚螺栓固定、基础混凝土浇筑等组成[6]。

在地脚螺栓施工中，任何一道工序的失误都可能导致索道整体安装的失败。其中，前序土建施工是进行地脚螺栓预埋工作的基础，只有完成了基础模板支护和钢筋骨架的绑扎工作，地脚螺栓才具备施工条件；而定位和测量工作则是贯穿索道基础地脚螺栓施工甚至是整个索道工程始终的关键性工作。图5为索道基础地脚螺栓施工的具体流程图。

图5 索道基础地脚螺栓安装流程图

4 索道基础地脚螺栓施工技术要点

4.1 地脚螺栓安装前的准备工作

根据材质、规格及尺寸不同，不同种类索道用地脚螺栓之间差别较大，设计人员在给加工厂提加工委托单之前需反复核实相关要求及加工参数，尤其要注意地脚螺栓宜选择D系列材质，以避免普通钢螺杆在低温下的冷脆破坏。

为了减少工期，索道前序的土建工程包括基坑开挖、钢筋绑扎、模板支护等工作，会在地脚螺栓加工的同时同步开展。当然，地脚螺栓的预埋工作本身也是索道基础工程的一部分，前序工作完成之后才可以进行地脚螺栓的安装工作。同时，因为索道线路的整体性，以及其对线路直线度的要求，基坑定位准确与否将对后续施工产生很大的影响。基坑定位偏差小，基础钢筋笼放置准确，给后续地脚螺栓的施工留有更大的调节空间。

鉴于索道场地建设的特殊性，一般施工前需由安装队先进行货运索道的架设，用以运送施工原料及安装工具，这也是索道施工同普通钢结构施工的区别之一。

4.2 定位和测量

索道的定位工作可分别为测量控制网、设备中心线、螺栓组中心线、螺栓具体位置等。测量工作是定位工作的基础。索道工程对于精度的要求非常高，对于精度的控制往往需要精确到毫米级别[7](见表1)，故测量是索道工程中最重要的环节之一。在地脚螺栓的施工中，根据基础混凝土浇筑与否定位和测量工作可分为浇筑前、浇筑中和浇筑后3个阶段[8]，在基础施工完毕后、支架安装前仍需对基础及地脚螺栓进行复测工作。

1）浇筑前测量 地脚螺栓施工时的第一道测量工作是基坑开挖完成、基础钢筋笼绑扎完毕、基础模板支护完成后，混凝土浇筑前，进行对前序工作的复测工作，即浇筑前测量。地脚螺栓组的定位需要通过基础短柱钢筋骨架或基础模板进行固定或参照。所以，地脚螺栓组固定前一般先使用水准仪、经纬仪或全站仪对表1中1～7项进行粗测，保证钢筋骨架下放位置准确。

表1 索道基础及地脚螺栓允许偏差

2）浇筑中测量 当浇筑前测量无误，定位模板安装和地脚螺栓固定完成后，即可开始基础混凝土的浇筑工作。在混凝土的浇筑过程中，振动泵振捣、混凝土从高处浇落、混凝土水化热释放等因素会对预埋螺栓的位置产生较大影响，如果控制不好会导致整体误差严重超限。因此，在混凝土的浇筑过程中，施工人员必须时刻跟踪每组地脚螺栓的位置、标高、垂直度等参数，当混凝土浇筑到地脚螺栓长度的1/3时应对螺栓进行一次复查，测量发现偏移时应及时利用手拉葫芦等工具同步校正。

3）浇筑后测量 在混凝土浇筑完成后、初凝完成前，地脚螺栓仍可能因混凝土的收缩、变形等因素产生位置变化。施工人员需要再一次对每一组地脚螺栓进行测量，确保轴线位置及标高符合规范及设计要求。这一步的测量工作至关重要，因为在混凝土初凝之前发现偏差，混凝土没有完全硬化，地脚螺栓仍然具有调节的可能，施工人员可以对偏差较大的地脚螺栓进行补救。

4）安装前测量 地脚螺栓施工过程中涉及到的测量工作理论上在前3步测量中已经完成。在混凝土浇筑后直到支架安装前，仍会有一些人为或环境因素导致地脚螺栓产生位置偏差。因此，在支架安装前，一般仍要求施工人员在对基础及地脚螺栓组进行一次复测。

4.3 定位模板安装

对于单组地脚螺栓数目较多的设备，直接对地脚螺栓进行定位安装比较困难，通常会采取不同的辅助措施进行定位。主要有3种固定方式：独立支架上端固定模板法、基础自身固定模板法、预留孔洞二次浇筑法。

独立支架上端固定模板法安装地脚螺栓需要额外搭设独立支架、安装水平支撑钢管，由于基础高度的差异，这些额外搭建的支架、钢管等可重复利用性往往不高；预留二次孔洞浇筑法浪费人力，重复作业部分较多，而且后期调整余量不够，故在索道基础施工中一般采用基础自身固定模板法，

地脚螺栓通过顶部预留螺纹及螺母固定于定位模板上，定位模板为双层环形钢板，其直径大小与支架底法兰直径一致，每隔90°均布焊有4根槽形钢板，作为定位模板的支撑臂。基础模板或钢筋骨架可作为地脚螺栓定位模板的支撑载体，利用4个槽形支撑臂，可将定位模板直接固定于开口支护模板上，也可通过将支撑臂同钢筋骨架点焊的方式，完成定位模板的固定。

定位环板定位前，可先在基础钢筋上划好定位十字线或在模板上画好标记，通过定位十字线或标记调整位置并进行找平或调整角度，同时用全站仪等进行复合。该方法不需要搭设独立支架，施工方便，定位模板能标准化加工且可重复利用。图6为索道定位模板安装示意图。

图6 索道基础地脚螺定位模板安装

4.4 地脚螺栓固定

在完成定位模板的安装固定后，螺栓组中心的位置、角度、标高均已确定，此时可将螺杆用上部螺帽初步固定于定位模板上，同时利用螺帽调节地脚螺栓的标高和露头高度，最后拧紧螺帽，固定地脚螺栓。

需要注意的是，基础浇筑前要在地脚螺栓螺纹部分涂上黄油或废机油，包上布料或油纸，并加套管保护，套管可用比螺杆大一号的PVC塑料管或定制的橡胶管套，以保护地脚螺栓螺纹在基础浇筑过程中不被混凝土或其他杂质污染，有效保护螺纹不被环境腐蚀。

4.5 基础混凝土浇筑

在完成地脚螺栓的定位、固定工作后，即可进行基础混凝土的浇筑，将混凝土浇筑至二次灌浆层线，待混凝土硬化后即可拆除定位模板，支架安装完毕后再用无收缩细石混凝土进行二次灌浆。图7为索道基础浇筑及地脚螺栓安装示意图。

图7 索道基础浇筑及地脚螺栓连接示意图

相比建筑基础，索道支架对应的独立基础埋深较深，一般都在3 m以上。在浇筑混凝土时，输送泵管不可直接在螺栓组上方下料，应尽量避开定位模板及螺栓，避免混凝土下落撞击导致螺栓的偏移，对高度较高的基础，必要时可采用分段浇筑的方式。浇筑过程中应保持对螺栓组的测量和监测，发现偏差及时纠正。为确保地脚螺栓的使用质量、防止地脚螺栓受力偏移，基础在混凝土强度达到75%以上时才可使用。

5 结语

针对索道基础地脚螺栓施工的独有特点及存在问题，本文对其施工工艺及技术要点产开了详细介绍与分析，提出了对应的施工方法。上述施工方法已在多项索道工程中得到了应用，取得了良好效果。