鋼結構由于其強度高,自重輕,整體剛性好,變形能力強及工業化程度高,施工工期短等特點而廣泛應用于各項工程建設中.結構通過柱腳與混凝土基礎連接,柱腳的作用就是將柱端的軸力,彎距和剪力傳遞給基礎,使上部結構與基礎牢固的連接在一起,保證結構滿足承載能力和正常使用要求.目前,在工業與民用建筑鋼結構設計中,柱腳與混凝土基礎的連接方式主要有外露式、外包式、埋入式與插入式,而外露式鋼柱腳施工工藝簡單,造價低,是最為成熟,應用最為廣泛的鋼柱腳形式.
延長石油\\( 集團\\) 煤 - 油共煉試驗示范項目共有鋼結構框架 13 個,鋼結構廠房 2 個,泵棚、庫房 5 個,管廊鋼結構 6組,結構總量共計 4500 余 t,施工工作量非常大.除兩個鋼結構廠房采用杯口插入式柱腳外,其余結構均設計為外露式柱腳,柱與梁連接采用栓、焊連接形式.由于工期緊張,現場交叉作業較多,且為了保證焊接與防腐的質量,結構在制造廠深度預制,現場僅進行柱與梁的拼接及次梁、梯子平臺的安裝,結構現場組對工作量主要體現在吊裝與柱腳的安裝上.由于吊裝工作無法進行簡化,柱腳安裝方式的選擇成為決定現場施工工作量大小的主要因素.
1 結構柱腳設計主要形式及傳統安裝方法
1. 1 結構柱腳設計主要形式
結構柱腳設計主要有以下幾種形式,即六錨栓柱腳\\( 見圖1\\) 、四錨栓柱腳\\( 見圖2\\) 、兩錨栓柱腳\\( 見圖3\\) 、六錨栓帶剪力鍵柱腳\\( 見圖 4\\) 、四錨栓帶剪力鍵柱腳\\( 見圖 5\\).
設計時柱腳板下表面與混凝土基礎頂面之間留有50mm 找平層,用于在安裝時對立柱垂直度及柱頂標高進行調整\\( 見圖 6\\) .
1. 2 傳統安裝方法
傳統安裝方法為在柱腳板與基礎頂面之間加墊鐵進行調整,具體做法如下:
\\( 1\\) 鋼結構基礎驗收合格后,對放墊鐵位置進行處理,柱腳各地腳螺栓放置 1 ~2 組墊鐵,最少不得小于 1 組\\( 見圖7、8、9\\) .基礎鏟麻面,墊鐵槽要鏟平,墊鐵與基礎接觸面積不小于 50%.
\\( 2\\) 墊鐵接觸面應磨平,無氧化皮和飛邊,光潔度和斜度要達到要求,平墊鐵與斜墊鐵配套使用調整高度,斜墊鐵成對使用,與平墊鐵組成墊鐵組,一般不超過四層,薄墊鐵放在斜墊鐵與平墊鐵的中間,墊鐵組高度一般為 30 ~70mm.
\\( 3\\) 墊鐵組應露出柱腳板 10 ~ 30mm,每墊鐵組伸入柱腳板底面的長度,均應超過地腳螺栓.各墊鐵組頂面的標高應與柱腳底面實際安裝高度一致.
\\( 4\\) 墊鐵均采用水平尺找平,平墊鐵頂水平度允差為2mm /m.
\\( 5\\) 就位立柱: 墊鐵找平完以后,安裝就位立柱.立柱吊裝就位以后,柱腳板下利用兩組\\( 成 90°角 \\) 斜鐵找平,遠處用經緯儀找垂直度,垂直度找好以后,調整各組墊鐵,保證垂直度不變的前提下,要求每組墊鐵與立柱地腳板下表面嚴密接觸,驗收時用 2. 5P 手錘敲擊,無松動為合格.最后,擰緊地腳螺栓.
\\( 6\\) 全部鋼結構安裝完成后,重新把緊地腳螺栓,墊鐵組墊鐵之間進行層間點焊固定,防止松動.柱腳板下表面與混凝土基礎頂面之間空隙用細石混凝土進行二次灌漿,結構安裝完成.
2 無墊鐵安裝法
我們結合國外以及中石化各建設公司結構施工經驗,此次施工采用無墊鐵安裝,即在基礎頂面用高強度無收縮灌漿料預制混凝土塊代替墊鐵,具體做法如下:
\\( 1\\) 在基礎上畫出預制墊塊的位置,對于沒有剪力鍵預留孔的鋼結構柱腳基礎,在基礎中部設置一個墊塊,墊塊頂尺寸為 150 ×150mm\\( 見圖 10、11、12\\) ; 對于有剪力鍵預留孔的鋼結構柱腳基礎,宜在地腳螺栓之間設置 2 個墊塊,墊塊頂尺寸為 100 ×100mm\\( 見圖 13、14、15\\) .
\\( 2\\) 用手錘和釬子在安裝墊塊的位置鑿出麻面,然后用水沖洗干凈,然后在每個麻面部位放滿清潔水,充分濕潤基礎砼,在制作墊塊前除去積水.
\\( 3\\) 用 Q235B 鋼板加工墊板,厚度為 6 ~8mm,邊長比墊塊頂尺寸小 10 ~20 mm,墊板必須要求平整光滑,并將表面和邊緣打磨清理合格.
\\( 4\\) 制作墊塊前,先在基礎上刷一層水泥漿,然后將木模\\( 或鐵模板\\) 放在安裝墊塊的位置上,用高強度無收縮灌漿料分層施工,一般以兩至三層為宜,每加一層,用橡皮錘搗打一層,達到表面平整,并略有出水現象為止.
\\( 5\\) 在混凝土頂部放好墊板,用水準議測定墊板的標高,墊板上頂面標高即柱腳板下表面標高尺寸,標高誤差應控制在 ± 2mm 以內,用水平儀測定墊板的水平度,縱、橫向水平度誤差應于 0. 15mm/m 以內,有標準和水平度超差時,可通過調整墊板下面的砂漿厚度和用橡皮錘搗打墊鐵來實現.
\\( 6\\) 脫模修整支墩,施工完成后,墊板的上表面要比漿頂高出 2 ~5mm,不得低于灌漿料座漿,并在周邊進行 45°倒角.修整完成后,覆蓋塑料薄膜養護,待 4h 后開始在薄膜內少量淋水養護,待 72h 后,即可進行鋼結構安裝工作.
\\( 7\\) 就位立柱: 立柱吊裝就位以后,遠處用經緯儀找垂直度,垂直度找好以后,最后,擰緊地腳螺栓.待全部鋼結構安裝調整完成后,重新把緊地腳螺栓,柱腳板下表面與混凝土基礎頂面之間空隙用細石混凝土進行二次灌漿,結構安裝完成\\( 見圖 15\\) .
3 兩種施工方法的比較
比較兩種施工方法,無墊鐵安裝方法具有以下優點:
\\( 1\\) 經濟性較好.以本項目為例,鋼結構共有立柱 442個,如采用墊鐵安裝法,需 10. 5t Q235 鋼板,再加上墊鐵加工費、焊接材料費、人工費等,比無墊鐵安裝法需多花費約11. 3 萬元\\( 見表 1\\) .
\\( 2\\) 安裝操作更加方便快捷.采用無墊鐵安裝,對混凝土基礎面的平整度要求不高,不需要打磨墊鐵基面槽,且吊裝立柱時調整垂直度非常方便.
\\( 3\\) 使用效果好.混凝土墊塊穩定性更好,無振動,也不存在墊鐵腐蝕.且無收縮灌漿料施工 72h 后抗壓強度可達到 50MPa,可完全滿足結構承重的要求.
綜上所述,鋼結構安裝采用無墊鐵安裝法可以節省材料、減少工序,施工質量也能完全保證,不失為一種提高工效、增收節支的好方法,可以在工程建設中廣泛推廣.
