埋入式鋼骨柱承臺一次性澆筑工藝的應(yīng)用

鐘倫軍 向勁松 劉亞臣 張水英 曾彤彤

（中國機械工業(yè)建設(shè)集團有限公司廣州分公司，廣東廣州 510663）

工程型鋼柱多為埋入式柱腳，傳統(tǒng)型鋼柱埋入基礎(chǔ)承臺中，承臺分兩次澆筑，第一次預(yù)埋鋼骨地腳螺栓，澆筑承臺一定高度；第二次安裝型鋼柱，澆筑承臺剩余部分。兩次澆筑導(dǎo)致承臺存在施工縫，一定程度影響承臺的整體性；承臺采用兩次混凝土澆筑，型鋼柱安裝需第一次澆筑混凝土強度≥75%，混凝土需養(yǎng)護7～14 d，技術(shù)間歇時間長；型鋼柱與地腳螺栓連接處法蘭盤下需澆筑50 mm無收縮混凝土，作業(yè)面積小，混凝土密實性不能有效保障，且混凝土的收縮性會導(dǎo)致連接處出現(xiàn)縫隙，質(zhì)量不易控制，增加型鋼柱的埋入難度。因此，本文研究埋入式鋼骨柱承臺一次性澆筑工藝。

1 埋入式鋼骨柱承臺一次性澆筑施工適用范圍

本工藝適用于型鋼柱在基礎(chǔ)承臺中的埋入式連接，十字形鋼柱及H型鋼柱均可以適用，可以廣泛用于各種尺寸形式型鋼柱在基礎(chǔ)承臺中的埋入定位，大直徑鋼筋混凝土灌注樁單樁承臺內(nèi)使用效果明顯。

2 埋入式鋼骨柱承臺一次性澆筑施工工藝特點

與傳統(tǒng)施工工藝相比，采用埋入式型鋼柱承臺一次性澆筑施工工藝能夠有效實現(xiàn)型鋼柱在基礎(chǔ)承臺中的埋入，避免承臺分兩次進行混凝土澆筑，減少技術(shù)間歇時間，提高施工速度[1-2]。

利用埋入式型鋼柱承臺一次性澆筑施工工藝，將產(chǎn)生較少承臺的施工縫，保證基礎(chǔ)承臺的整體性；可以避免型鋼柱底座與地腳螺栓連接處的薄層無收縮混凝土澆筑，引起的薄層混凝土不密實，可以有效提高施工質(zhì)量。

埋入式型鋼柱承臺一次性澆筑施工工藝中，型鋼柱底座采用專用固定底座，能夠準確調(diào)整型鋼柱的位置以及垂直度，提高型鋼柱在基礎(chǔ)承臺中的埋入精度。

埋入式型鋼柱承臺一次性澆筑施工工藝的首節(jié)型鋼柱在基礎(chǔ)承臺中埋設(shè)，3個工人可以在2 h內(nèi)完成，型鋼柱定位固定底座支墩在加工廠實現(xiàn)成品加工，量化生產(chǎn)，質(zhì)量得到保證，勞動效率提高，施工成本降低。

埋入式型鋼柱承臺一次性澆筑施工工藝通過專用固定底座固定首節(jié)型鋼柱，固定底座制作簡單、體積小、質(zhì)量輕、施工便捷，能夠在各種尺寸的基礎(chǔ)承臺中進行安裝，適用范圍廣。

3 埋入式鋼骨柱承臺一次性澆筑施工工藝原理

3.1 首節(jié)型鋼柱臨時固定及精準微調(diào)原理

型鋼柱在基礎(chǔ)承臺中一次性澆筑，埋入安裝，基礎(chǔ)承臺澆筑墊層時，提前測量定位并放置定位固定底座支墩以及固定斜撐的鋼板埋件，作為固定底座支墩在墊層上的定位腳，施工中需嚴格控制支墩埋件的位置和平整度。

定位固定底座支墩的4個角點位置分別預(yù)留與型鋼柱固定的螺栓，帶有鋼板法蘭的首節(jié)型鋼柱通過定位固定底座支墩預(yù)留的螺栓與定位固定底座支墩實現(xiàn)臨時連接固定。鋼骨柱的埋設(shè)精度要求較高，臨時固定后通過螺栓調(diào)平螺母對連接的鋼骨柱進行垂直度微調(diào)，使鋼骨柱的垂直度滿足相應(yīng)要求。型鋼柱平面軸線主要通過定位固定底座支墩保證，支墩安裝過程中，采用經(jīng)緯儀、水準儀對支墩安放位置進行精確校核調(diào)整，確保位置準確。

型鋼柱精準微調(diào)原理如圖1所示。

圖1 型鋼柱精準微調(diào)原理

3.2 首節(jié)型鋼柱固定定位原理

微調(diào)鋼骨柱在定位固定底座支墩上的位置、垂直度，精確調(diào)整后，擰緊調(diào)平螺母，經(jīng)復(fù)核滿足要求，焊接碼片與支墩，形成永久的固定連接。通過型鋼柱底座固定定位支墩+側(cè)面斜撐，完成地下首節(jié)型鋼柱的穩(wěn)固體系，實現(xiàn)基礎(chǔ)承臺混凝土一次澆筑施工。

型鋼柱底座固定定位支墩如圖2所示。型鋼柱固定定位原理如圖3所示。

圖2 型鋼柱底座固定定位支墩

圖3 型鋼柱固定定位原理

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

測量放線→承臺土方開挖及樁基檢驗、樁基樁頭鑿除及樁基檢驗→型鋼柱底座固定定位支墩及斜撐的設(shè)計及制作→基礎(chǔ)承臺墊層施工及承臺底筋安裝→型鋼柱底座固定定位支墩的安裝→首節(jié)柱內(nèi)型鋼柱及斜撐安裝→型鋼柱插筋、承臺剩余鋼筋及地梁鋼筋綁扎→承臺模板安裝及混凝土澆筑→承臺模板拆除及土方回填→混凝土結(jié)構(gòu)柱內(nèi)型鋼柱安裝→混凝土結(jié)構(gòu)梁內(nèi)型鋼梁安裝。

4.2 操作要點

（1）測量放線。

工程測量應(yīng)滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB 50205—2020）規(guī)定，多層及高層鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)的整體垂直度和整體平面彎曲的允許偏差應(yīng)符合規(guī)范的規(guī)定。

控制網(wǎng)建立：首級控制網(wǎng)的點位精度經(jīng)復(fù)核無誤，采用按軸線法布置主要軸線控制樁，建立外控網(wǎng)，控制各結(jié)構(gòu)的軸線和標高位置。采取內(nèi)控法進行測量控制，將控制點布設(shè)在外框柱內(nèi)角部，便于軸線觀測及垂直引測。選擇與鋼結(jié)構(gòu)施工要求相適應(yīng)的施工控制網(wǎng)等級。結(jié)合誤差分析理論和類似工程的施工經(jīng)驗，平面控制網(wǎng)按照一級導(dǎo)線精度要求布設(shè)，高程控制網(wǎng)按照三等水準精度要求布設(shè)，確保控制網(wǎng)點位精度要求。

基礎(chǔ)承臺中型鋼柱底座固定定位支墩的測量放線：根據(jù)實際情況，采用全站儀聯(lián)測，以場區(qū)控制網(wǎng)點坐標值為依據(jù)，利用極坐標施測的放樣方法對型鋼柱底座固定定位支墩的定位軸線進行實地放樣，對放樣點位進行自檢并校核。將型鋼柱底座固定定位支墩的定位軸線與混凝土面上的定位軸線進行對正，校核完成后將型鋼柱底座固定定位支墩進行固定定位。

型鋼柱測量控制點在鋼柱對角點上，使用油漆筆標注記號，在圖紙上計算柱子控制點的三維平面坐標。型鋼柱吊裝到位，架設(shè)全站儀采用三維平面坐標，對鋼柱進行校正。校正過程中，將小棱鏡置于控制點上，逐一測設(shè)，直至柱子設(shè)計坐標值與儀器所測坐標吻合。

（2）承臺土方開挖及樁基檢驗。

按照設(shè)計圖紙對基礎(chǔ)承臺進行放線測量，根據(jù)基礎(chǔ)承臺放樣尺寸以及標高，對基礎(chǔ)承臺進行土方開挖，承臺開挖按照開挖方案進行，根據(jù)承臺基坑深度嚴格編制專項施工方案，承臺土方開挖完成后對承臺基槽進行驗收。

基礎(chǔ)承臺位置的工程樁剔除樁頭浮漿，過程中控制樁頂標高，確保樁基頂部浮漿完全剔除，確保樁基頂部混凝土密實。

樁頭鑿除滿足要求后檢測工程樁，根據(jù)樁基尺寸以及深度，進行超聲波或低應(yīng)變檢測，必要情況下抽芯輔助驗證，確保工程樁質(zhì)量符合設(shè)計要求。

（3）型鋼柱底座固定定位支墩及斜撐的設(shè)計及制作。

根據(jù)首節(jié)鋼柱長度及重量特點，設(shè)計2組型號底座固定定位支墩，3.5 t以下鋼柱利用L100×6型材作為定位支墩，3.5 t以上鋼柱利用H100×100×6×8型材作為定位支墩，考慮支墩的高度設(shè)計，斜撐選用80×4方管，材質(zhì)均為Q235B。型鋼柱底座固定定位支墩均在鋼結(jié)構(gòu)廠家內(nèi)制作和生產(chǎn)。

型鋼柱底座固定定位支墩及斜撐典型構(gòu)件如圖4所示。

圖4 型鋼柱底座固定定位支墩及斜撐典型構(gòu)件

（4）基礎(chǔ)承臺墊層施工及承臺底筋安裝。

基礎(chǔ)承臺施工前，完成墊層的混凝土澆筑，需完成型鋼柱底座固定定位支墩的4個腳腿端部預(yù)埋支撐鋼板的定位安裝。土方開挖并進行人工檢底達到基底設(shè)計標高，清掃基底，確保基底平整、干凈、無雜物。根據(jù)型鋼柱底座固定定位支墩墩腳及斜撐腳位置確定預(yù)埋墊板位置，進行預(yù)埋，墊板位置通過全站儀測量放線定位。混凝土澆筑及時收面，確保混凝土表面平整；混凝土澆筑過程中注意保護埋件，避免埋件損壞或位置偏移。墊層混凝土達到強度后安裝承臺底筋，承臺底筋采用機械切斷，直螺紋套筒連接，采用扎線綁扎。

墊層混凝土澆筑及承臺底鋼筋綁扎如圖5所示。

圖5 墊層混凝土澆筑及承臺底鋼筋綁扎

（5）型鋼柱底座固定定位支墩的安裝。

型鋼柱底座固定定位支墩在工廠內(nèi)預(yù)制。墊層澆筑完成，混凝土初凝前重新校核預(yù)埋墊板埋件的位置及標高，底面鋼筋綁扎時注意避讓墊板，在不影響鋼筋受力的情況下，最大限度滿足墊板與撐腳及墩腳間的連接空間要求，將支墩吊裝就位。支墩安裝過程中采用經(jīng)緯儀、水準儀對支墩安放位置進行精確校核調(diào)整，確保位置準確，上表面水平，標高符合設(shè)計要求。底座固定定位，支墩安裝過程中可以在4個腿腳位置墊支薄層鋼片進行細微調(diào)整，通過十字吊線控制底座固定定位支墩中心線，將定位軸線的偏差控制在誤差允許范圍內(nèi)。鋼骨柱的位置主要通過定位固定底座支墩控制，準確控制固定底座支墩的軸線、位置和平整度。校核完成并驗收合格，焊接連接墩腳與墊板。

（6）首節(jié)柱內(nèi)型鋼柱及斜撐安裝。

首節(jié)柱內(nèi)型鋼柱在工廠內(nèi)預(yù)制加工。支墩安裝、調(diào)整及固定后，按照首節(jié)鋼骨分節(jié)高度及吊裝要求將首節(jié)鋼骨吊裝就位。型鋼柱端部的鋼板法蘭通過定位支墩上的螺栓及螺母與連接平臺支墩臨時連接固定，通過螺栓的調(diào)平螺母微調(diào)連接鋼骨柱的垂直度，通過經(jīng)緯儀校核鋼骨垂直度。擰緊調(diào)平螺母，滿焊碼片與支墩，形成固定連接，焊接固定斜撐與撐腳墊板及鋼骨。整個過程中，型鋼柱保持吊車帶吊索作業(yè)。焊接完成，須對型鋼柱再次進行校核形位公差。

（7）型鋼柱插筋、承臺剩余鋼筋及地梁鋼筋的綁扎。

首節(jié)型鋼柱通過底座固定定位支墩+側(cè)面斜撐體系完成固定，進行承臺剩余鋼筋綁扎，鋼骨柱插筋、承臺剩余鋼筋及地梁鋼筋出主筋采用直螺紋套筒連接，其余鋼筋均采用綁扎安裝，柱內(nèi)插筋插入承臺底部，按設(shè)計要求利用定位箍筋固定，不允許跳綁。承臺鋼筋施工過程中應(yīng)做好防雷接地預(yù)埋工作。

（8）承臺模板安裝及混凝土澆筑。

承臺模板安裝按照方案施工，根據(jù)測量人員放樣結(jié)果進行立模，確保承臺的縱、橫向軸線、平面位置及定位尺寸。模板安裝前應(yīng)在模板表面涂刷脫模劑，保證拆模順利且不破壞混凝土外觀，模板及支撐加固牢靠，對平面位置進行檢查，驗收合格進行承臺混凝土澆筑。

承臺混凝土澆筑前，對承臺模板、鋼筋及預(yù)埋件位置進行認真檢查，確保位置準確。混凝土采用“分薄層連續(xù)澆筑，降低內(nèi)外部溫差”的控制方法，每層厚度不超過30 cm。澆筑支墩下及承臺邊角部位混凝土，振搗密實。矩形承臺從短邊向中間澆筑，嚴格按照順序澆筑，避免混凝土澆筑不對稱，側(cè)壓力過大導(dǎo)致型鋼柱出現(xiàn)傾斜。混凝土澆筑過程中，應(yīng)安排專人隨時監(jiān)控型鋼柱位置、垂直度以及模板尺寸及變形情況，并及時調(diào)整，排除問題后繼續(xù)澆筑。

（9）承臺模板拆除及土方回填。

承臺混凝土收面完成后及時養(yǎng)護，混凝土強度達到1.2 MPa拆除承臺側(cè)模，拆除時確保承臺側(cè)表面及棱角不因拆模而受損壞。混凝土強度達到設(shè)計強度的75%，切除鋼骨側(cè)面斜撐。承臺地梁回填嚴格按照回填方案進行，分層回填，回填材料以及壓實度滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

（10）混凝土結(jié)構(gòu)柱內(nèi)型鋼柱安裝。

混凝土結(jié)構(gòu)柱內(nèi)型鋼柱安裝相對簡單，根據(jù)鋼柱的重量及吊點情況，準備不同長度、不同規(guī)格的鋼絲繩以及卡環(huán)，設(shè)置鋼柱吊點時確保吊裝簡便、穩(wěn)定可靠，避免鋼構(gòu)件變形。鋼柱吊點設(shè)置在鋼柱頂部，直接在臨時連接板上預(yù)留吊裝孔。鋼柱吊裝到位，鋼柱的中心線應(yīng)與下面一段鋼柱的中心線吻合，四面兼顧，活動雙夾板平穩(wěn)插入下節(jié)柱對應(yīng)的安裝耳板，穿好連接螺栓，連接臨時連接夾板，及時拉設(shè)纜風(fēng)繩進一步穩(wěn)固鋼柱。鋼柱間連接的連接板校正且焊接完畢時，將連接板割掉并打磨光滑，涂上防銹漆。

（11）混凝土結(jié)構(gòu)梁內(nèi)型鋼梁安裝。

土建下部結(jié)構(gòu)施工完成后進行鋼梁施工，吊裝前仔細復(fù)核鋼梁編號，清理鋼梁表面污物，對產(chǎn)生浮銹的連接板和摩擦面除銹。待吊裝的鋼梁應(yīng)裝配附帶的連接板。鋼梁就位時，及時夾好連接板，對孔洞有少許偏差的接頭利用沖釘配合調(diào)整跨間距，利用安裝螺栓擰緊。鋼梁的標高、軸線的測量校正過程中，保證已安裝好的標準框架的整體安裝精度。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟效益分析（包括節(jié)能效益）

（1）降低施工成本，縮短制造工期。

地腳螺栓兩次澆筑：采用M24地腳螺栓，每個型鋼柱固定需要4根，單根理論為0.005 8 t，加上安裝定位板的總重量為0.038 t，材料成本為182元；采用兩次混凝土澆筑，第一澆筑混凝土強度≥75%后安裝型鋼柱，混凝土養(yǎng)護時間約7 d，每個承臺養(yǎng)護用工時約0.25個，人工成本約55元；技術(shù)間歇時間管理成本每個基礎(chǔ)承臺均攤約1 200元。采用地腳螺栓對基礎(chǔ)承臺進行兩次澆筑成本為1 437元。

本工藝：采用L100×6型材為底部支墩，斜撐選用80×4方管，單個鋼材約0.23 t，成本為1 104元。

單個基礎(chǔ)承臺型鋼柱安裝過程，與地腳螺栓兩次澆筑相比，采用本工藝能夠節(jié)約333元。

（2）提高施工速度。

采用埋入式型鋼柱承臺一次性澆筑施工工藝，可以免除承臺分兩次進行混凝土的澆筑，減少技術(shù)間歇時間，減少承臺第一次混凝土齡期時間（10 d），薄層無收縮混凝土齡期1 d，合計可以有效縮短工期11 d，減少施工管理成本。

（3）簡化操作工序。

采用埋入式型鋼柱承臺一次性澆筑施工工藝，可以免除型鋼柱底座與地腳螺栓連接處的薄層無收縮混凝土澆筑，簡化施工工序。

（4）提高施工質(zhì)量。

采用埋入式型鋼柱承臺一次性澆筑施工工藝，可以免除承臺分兩次進行混凝土的澆筑，減少承臺的施工縫，保證基礎(chǔ)承臺的整體性；可以避免型鋼柱底座與地腳螺栓連接處薄層混凝土密實性難以保障的質(zhì)量通病，提高施工質(zhì)量。

（5）埋入式型鋼柱承臺一次性澆筑施工工藝中，型鋼柱底座固定定位支墩制作簡單，可利用工廠批量化生產(chǎn)，實現(xiàn)資源再利用。

5.2 社會效益分析（包括環(huán)保效益）

埋入式型鋼柱承臺一次性澆筑施工工藝與傳統(tǒng)的采用承臺多次澆筑成型方法相比，具有施工速度快、成本低、提高質(zhì)量的優(yōu)點。在各種型號尺寸型鋼柱的安裝施工過程中均可以推廣使用。有利于推進建筑施工的技術(shù)進步，為工程施工手段方面提供一定的借鑒價值，創(chuàng)造良好的社會效益。

6 結(jié)語

埋入式型鋼柱承臺一次性澆筑施工工藝經(jīng)實踐應(yīng)用效果明顯，可以大力推廣至工程實踐中，對大直徑單樁承臺鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)效果突出。