多功能结构试验系统基础预埋地脚螺栓施工技术

康建军 （安徽三建工程有限公司，安徽 合肥 230001）

0 前言

多功能结构试验系统主要用于力学加载试验和土木工程、结构抗震性能相关专业科研试验，主要对各种构件进行力学性能试验，进行柱类、梁类、桁架类、框架类、节点类试验。也可以对高层建筑、铁路候车厅、候机楼、大型跨度桥梁，港口码头、装配式建筑等大型建筑、大型构件的足尺或大比例模型进行力学加载试验，完成平面内的结构抗震试验。该设备自身重，安装精度高，尤其是固定设备的地脚螺栓预埋在混凝土基础，具有大直径、预埋尺寸精度高特点，达到毫米级，其安装精度对试验系统设备安装及试验精确度影响很大。

1 工程概况

安徽省建筑科学研究设计院抗震检测实验室建筑面积3540.98m2，位于合肥市蜀山区。作为实验室重要设备多功能结构试验系统型号为JAW10000J，最大推力达10000kN。设备通过地脚螺栓固定在混凝土基础上，基础尺寸11000m（长）×4000m（宽）×7500m（高），与相邻的地震模拟振动台基础成一整体，混凝土设计强度C30。需预埋安装的螺栓总共有12个地脚螺栓，其中直径64mm×1050mm四个，直径56mm×1150mm八个。基础平面图见图1所示。设计要求地脚螺栓安装精度：各螺栓中心之间相对位置允许偏差≤1mm，螺栓与控制轴线相对位置允许偏差≤5mm，螺栓顶标高偏差+5mm～+10mm，螺栓垂直度偏差L/450。由此可见，实现预埋地脚螺栓的精确定位，是保证设备安装质量的关键。

图1 多功能结构试验系统基础平面图

2 预埋安装方案的确定

多功能结构试验系统基础地脚螺栓要求稳固、垂直无倾斜、确保精度。通过对三种预埋安装方法的各项指标比较，综合各因素，最终选用型钢支架定位法预埋安装多功能结构试验系统基础的地脚螺栓。见表1所示。

预埋安装方案 表1

3 预埋安装思路

型钢支架定位固定安装构造分为定位框架和支撑架体两部分。定位框架用于固定地脚螺栓的型钢架，放置在支撑架体上，位于基础混凝土结构以外。支撑架体是指用于支撑固定定位框架的型钢架体，架体上部纵、横型位于混凝土基础外面，支腿位于基础混凝土结构的内部，随螺栓一起浇筑的基础混凝土中，型钢支腿不再取出。基础混凝土浇筑完成达到一定的强度后割断支腿，定位框架和支撑架体纵横型钢可以重复利用。

4 预埋安装施工方法

4.1 工艺流程

施工准备→标高和控制线测放→定位框架加工制作→支撑架制作安装→定位框架安装→螺栓安装验收→钢筋、模板、混凝土施工→定位框架拆除。

4.2 操作要点

4.2.1 标高和控制线测放

根据现场实际情况及工程特点，引测基准标高。制作预埋钢筋的混凝土支墩，钢筋上部露出混凝土，以钢筋端部作为标高控制点，标高控制点牢固、稳定。根据设计图纸，在基础四周已完成的混凝土楼板上测放出控制线，反复校核，控制线闭合。控制线必须稳定、清晰、不产生位移。

4.2.2 定位框架加工制作

选取横向和纵向槽钢，槽钢型号为国标18#。依据地脚螺栓设计图纸平面位置，将横向、纵向槽钢焊接制作为框型结构的定位槽钢，并在定位槽钢上依据设计图纸要求钻出地脚螺栓安装用的竖直通孔。为便于螺栓安装，通孔直径比螺栓直径大1mm，见图2所示。定位框架需委托机加工工厂精加工，定位框架自身精度及其型钢上预留的螺栓孔精度均符合设计要求。框架的强度、刚度满足运输及安装要求。

图2 定位框架平面图

4.2.3 支撑架制作安装

由于基础混凝土属于大体积混凝土，为避免混凝土出现裂缝，基础混凝土宜分层浇筑。综合各因素及基础施工工艺，混凝土浇筑至-1.60m标高，作为支撑架体基础面。依据基础地脚螺栓设计位置，在混凝土-1.60m标高表面测放出支腿位置线。采用膨胀螺栓把支腿固定在混凝土上，见图6所示。支腿立杆垂直度允许偏差控制小于±5mm/2m，在支腿立杆上测设出统一标高线基准线。支腿安装后再安装斜撑杆，增强支撑支架的整体稳定性。接着进行支架上部纵横杆安装。先安装横向型钢，再在横向型钢上安装纵向型钢，纵横向型钢采用焊接方式连接。为便于安装定位框架，在纵向型钢上划出定位框架位置线，误差不得大于1mm，避免下一步工序累计误差造成螺栓孔偏位，见图3、图4所示。

图3 型钢定位支架平面图

图4 型钢定位支架剖面图

4.2.4 定位框架安装

把已制作好的定位框架起吊至支撑架体上，依据控制线，用高精度经纬仪测调定位框架平面位置，与支撑架体纵、横向型钢上已划定的位置线一致，确保定位框架上的螺栓孔位置符合设计要求。用电子水准仪测调定位框架标高及平整度，使其符合要求。经反复测量无误后，用电焊把定位框架与支撑架体纵向型钢焊接牢固，见图3、图4所示。

4.2.5 螺栓安装验收

逐个把螺栓穿过定位框架上的孔洞，分别在槽钢上下设置螺母固定螺杆。安装时，用扳手转动上、下螺母调整螺栓顶标高至控制标高（设计标高+5mm～+10mm），利用上、下螺母的紧固力固定螺杆。用高精度电子水准仪测量螺杆顶标高，见图5所示。

图5 螺栓固定节点图

为提高地脚螺栓稳定牢固，在螺栓下部用钢筋将其相互焊接成整体，焊接时，确保螺栓上下垂直，螺栓加固后再次检查螺栓的定位尺寸、垂直等各项指标，确保其符合要求。

加强螺栓成品保护，在储存、运输、施工过程中不得损伤螺纹。螺栓在预埋施工验收固定后及时保护，严禁碰撞，以免发生移动变形，影响预埋的精度。

图6 支撑架体支腿固定节点图

4.2.6 钢筋、模板、混凝土施工

螺栓安装完毕后，进行自检，符合要求后报监理单位进行验收。螺栓定位验收合格后，对露出基础混凝土面的螺杆及螺母满涂黄油，用多层塑料薄膜包裹进行保护。

按设计图纸完成钢筋绑扎安装，安装过程中尽量不要碰触地脚螺栓及支架的支腿。接着进行模板支设加固，按设计要求从模板材料选型、模板施工设计、模板安装等方面控制。混凝土浇筑时采取斜面分层方式，混凝土汽车泵浇筑，从基础短边一侧开始向另一侧连续推进浇筑，采用一次性连续浇筑方案。分层浇筑时每层约400mm厚，斜面由泵送混凝土自然流淌而成，坡度控制在1：3，辅助插入式振捣，从浇筑层的底层开始逐渐上移。混凝土的养护采用土工布湿润覆盖，在混凝土表面浇筑完毕后的12h内，进行洒水养护，养护时间不得少于14d。

在基础钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑过程中都应避免施工人员碰触定位框架及支撑支架，以免支架变形，影响地脚螺栓预埋精度。

4.2.7 定位框架拆除

待基础混凝土达到设计拆模强度后，首先清除地脚螺栓保护的薄膜及土工布，旋出固定在定位槽钢地脚螺栓的螺母，平齐混凝土基础上表面割断支撑架体所有支腿，用吊车小心吊起定位槽钢及支架纵横型钢，留置在混凝土的支腿断面刷防锈漆保护。预埋定位施工完毕后，卸下螺帽，在有丝牙的螺杆上满涂黄油，再用带管盖PVC管套在螺杆上进行保护。

5 质量保证措施

①执行《钢结构设计标准》（GB50017-2017）、《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2020）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）和《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2013）等相关规范和设计图纸的工艺要求标准规定，严格进行质量控制。

②编制多功能结构试验系统基础预埋地脚螺栓安装专项施工方案，报相关单位审核通过后实施。

③施工前对管理人员及操作工人进行各分项技术交底，把工序重点、难点交代清楚，让每个人充分理解方案的精髓。

④严把原材料及半成品进场验收关。进场必须进行验收，不符合要求的必须返厂，严禁使用。

⑤实施过程中，技术人员跟班作业，指导施工，发现问题及时解决。

⑥施工过程做好测量记录，留下影像资料，便于事后分析改进。

6 结语

安徽省建筑科学研究设计院抗震检测实验室多功能结构试验系统基础地脚螺栓预埋采用定型外支架方法顺利完成。在设备安装前，组织相关单位进行现场联合检查验收，地脚螺栓的各项指标达到了设计标准精度，取得了预期效果。利用定型外支架的方式，实现预埋螺栓的精确定位，提高了施工效率和质量。该方法工艺简单，现场施工操作方便，节约材料，可供类似地脚螺栓预埋安装提供参考。