预埋螺栓外架固定法的研究

李汝文++张尚林++陈兆春

摘 要：随着对电网建设要求的逐步提升，变电站施工中构架基础施工时间过长、基础施工质量难保证等问题越加受到重视，且传统方法中预埋螺栓施工过程对螺栓的固定通常要耗费大量的钢材、使用焊接方法进行固定也造成能源的大量消耗，已不能满足国家对建设施工中节材、节能环保的要求。针对此等现状，我们通过对传统构架基础预埋螺栓固定安装方法的不足做出针对性的优化完善，设计了一种新型的外架组装式预埋螺栓固定架，使其符合快捷高效、节能环保的要求。

关键词：预埋螺栓安装；外架式；螺栓连接组装；可拆卸重复利用；精度控制

随着对电网建设要求的逐步提升，500kV电压等级变电站施工中500kV构架基础施工时间过长、基础施工质量难保证等问题越加受到重视，如何有效缩短构架基础施工工期，解决构架基础施工中由于预埋螺栓预埋安装时间过长导致基础施工工期长、预埋螺栓预埋精度不足等问题，是目前需要引起关注和解决的问题。

500kV构架基础主体施工过程主要包括：钢筋制作安装、模板安装、预埋螺栓施工以及混凝土浇筑工程。传统方法中预埋螺栓安装施工难度大、无标准施工方法，造成施工耗费时间长，进而导致整个构架基础施工工期长；另外由于预埋螺栓预埋精度难以保证，往往导致构架基础施工质量难保证，甚至对后续钢构架施工质量造成影响，且传统方法中预埋螺栓施工过程对螺栓的固定通常要耗费大量的钢材、使用焊接方法进行固定也造成能源的大量消耗，已不能满足国家对建设施工中节材、节能环保的要求。

针对此等现状，我们通过对传统构架基础预埋螺栓固定安装方法的不足做出针对性的优化完善，设计了一种新型的外架组装式预埋螺栓固定架，使其符合快捷高效、节能环保的要求。

1 主要用途

本成果是通过对以往变电站工程屋外配电装置构架基础施工过程中传统的预埋螺栓安装固定工具及方法存在的问题与不足作出针对性的改进及完善，提供一套全新的工具和方法。

本成果适用于500kV、220kV变电站工程含预埋螺栓的构架基础施工，也可广泛推广应用于有地脚螺栓设计的设备基础施工中。本成果对预埋螺栓外架固定法的操作步骤、技术要点、安全注意事项、危险点分析等方面内容进行了详细的规范，用于指导其施工作业。

2 研究面临的主要现实困难

2.1 预埋螺栓固定架拼装调整时间长

目前变电站工程施工中使用的500kV构架基础预埋螺栓施工用固定架很多都是使用现场槽钢等材料在构架混凝土施工过程中按基础实际尺寸临时加工制作而成，形式各异，无统一标准件，在材料收集、加工、拼装过程均需要花费大量时间，且拼装使用焊接固定需要专业焊工进行，焊接量大，耗时长，另外由于构架基础地脚螺栓定位精度要求高，在固定架拼接阶段通常需要进行调整，因为是通过焊接进行固定，调整会比较困难费时，上原因均会不可避免地造成固定架的拼装时间长，不利于构架基础施工工期控制，在现在变电工程基建建设工期要求越来越高的环境下，这种缺少规划的施工形式已经逐渐不能满足工程施工的需要。

2.2 预埋螺栓精度调整方法原始、反复、需要时间长

构架基础预埋螺栓安装施工中，由于关系到上部构架的安装质量，基础施工时预埋螺栓的安装精度要求十分高，但是在传统的构架基础预埋螺栓安装施工过程中，没有规范快捷的预埋螺栓调整工具与方法，通常都只能靠锚固板大概固定螺栓位置，然后在螺栓位置调整过程中通过敲打等方法强行对螺栓进行调整，这种方法精度低，非但调整效率低下通常需要反复的调整，而且调整过程中容易对基础其他预埋螺栓的位置造成影响。这样，传统的预埋螺栓固定方法中螺栓的微调就需要大量的时间，且安装精度难以得到有效的保证。

2.3 预埋螺栓固定架适用尺寸固定

现阶段500kV变电站构架基础预埋螺栓安装施工中所用安装固定架，因为是现场根据具体构架基础的设计尺寸而加工焊接的，因此往往只适用于当个工程，而不能循环应用于其他工程。

2.4 预埋螺栓预埋安装施工过程耗材耗能

直接使用钢筋焊接固定预埋螺栓、内置式预埋螺栓固定架固定方法这两种方法因为固定材料位于基础内部，在基础混凝土浇筑后不能取出因此会全部消耗掉，通过焊接连接的固定式的固定外架固定法中虽然相比起前两种方法固定材料在基础浇筑完毕后能拆卸，但因为材料间通过焊接固定，拆卸过程中十分容易对材料造成破坏，固定材料也会产生一定量的消耗。另外这三种方法均需要使用大量的焊接工艺，因此会造成大量的能源消耗及焊接废气产生。

3 实现目标的主要技术手段

3.1 外架式预埋螺栓固定架

由于本项目研究理念中其中一个关键是节材，预埋螺栓固定架组件于基础施工后要求能拆除重复利用，因此其形式采用独立于混凝土基础外的外架式形式。

考虑到基础施工过程中基础外围工作平台设置的需要以及尽量减小预埋螺栓固定架使用过程中对其他施工的影响，固定架的竖向主要支撑杆件由位于基础柱内部空间的四条竖向槽钢立杆（立杆）组成，如图1所示。位于基础立柱中的预埋螺栓由带螺栓孔的短槽钢（螺栓固定组件）固定，立杆与螺栓固定组件之间由两条纵向横杆（横杆1）及四条横向横杆（横杆2）相互连接，如图2所示。其中横杆均位于构架基础上部，由此构成一个完全独立于构架基础外的整体。

3.2 螺栓预埋精度控制措施

在本项目中预埋螺栓固定架上增加了螺栓位置微调工具。该装置主要有两部分组成，分别为固定在预埋螺栓固定架横杆2上面的螺栓固定环，以及固定环平面上的微调螺丝装置，在预埋螺栓安装过程中的微调阶段，只需要通过测量确定目前预埋螺栓的位置偏差，通过简单计算确定位置微调工具上微调螺栓的调节方向与距离，然后对微调螺丝进行简单调节就能完成预埋螺栓的高精度微调工作。很好地解决了以往500kV构架基础预埋螺栓安装过程中缺少螺栓位置调节工具、螺栓预埋精度难保证的问题。

3.3 预埋螺栓固定架多尺寸适用设计

结合固定架组件间螺栓连接的连接方式，通过把各组件的螺栓连接螺栓孔设计成长孔、通孔形式，各组件之间相对位置能按具体构架基础的尺寸通过相互间连接螺栓孔位置的改变进行调节，这样就能使预埋螺栓固定架可应用于不同尺寸的基础施工中。如图3、图4所示。

4 效益及前景展望

4.1 缓解工期压力

采用新型预埋螺栓外架式固定架及预埋螺栓外架固定施工工法不但大大降低了施工成本，而且其安装精度高，大大减少了过去由于地脚螺栓安装精度不足导致构架安装困难甚至返工的风险。由于500kV构架施工往往是500kV变电站工期的关键路径，因此其地脚螺栓的安装是直接影响到工程投产的关键工序。

4.2 减少污染工序，节能环保

以往屋外配电装置构架基础施工中传统的预埋螺栓固定安装方法，预埋螺栓的固定是通过直接使用钢筋与螺栓焊接或通过旧式固定架进行固定，无论是钢筋与预埋螺栓的焊接还是旧式固定架的制作拼装都需要使用到大量的焊接施工，耗费大量的电能并产生废渣废气对环境造成污染。通过本工法中新型预埋螺栓固定架的应用，固定架通过螺栓连接组装再对预埋螺栓进行固定，基本上免除了焊接施工，节约电能，无废杂废气产生，达到了节能环保的效果。

4.3 节约钢材

传统的预埋螺栓固定安装方法无论是预埋螺栓固定用钢筋还是内置式的预埋螺栓固定架，均位于构架基础内部，在构架基础施工完成后不能取出造成大量固定用钢材的消耗，通过本工法中新型外置式预埋螺栓固定架的使用，在构架基础施工完成后固定架可完全拆卸用于后续基础重复利用，大大减少了施工过程中钢材的浪费。

4.4 前景展望

本项目所研发的新型预埋螺栓固定架，克服原有技术中的缺点与不足，通过提供了一种结构合理、操作便利、实用性强和提高施工效率的适用于构架基础预埋螺栓固定的外架式固定架，使构架基础预埋螺栓预埋安装施工不仅可节约构架基础预埋螺栓所耗费的材料和人力，缩短了施工时间，降低了施工成本，而且还保证了施工质量。在不断加快的电力建设推动设计标准化、施工标准化的今天，我们认为，“预埋螺栓外架固定法”值得推广应用，并且前景广阔。但通过在实际工程中的应用，预埋螺栓外架固定法还存在一些不足，需在以下方面继续提高：进一步积累经验，在各种不同尺寸规格的构架基础施工中进行实践，继续加强设备的实用性和效果；研究寻找强度刚度高、材料质量相对小的外架式预埋螺栓固定架组装杆件，减轻重量，降低作业强度；优化螺栓连接材料、方式及辅助固定措施，使预埋螺栓固定架的整体性稳定性进一步加强。

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