埋入式钢骨柱承台一次性浇筑工艺的应用

钟伦军 向劲松 刘亚臣 张水英 曾彤彤

（中国机械工业建设集团有限公司广州分公司，广东广州 510663）

工程型钢柱多为埋入式柱脚，传统型钢柱埋入基础承台中，承台分两次浇筑，第一次预埋钢骨地脚螺栓，浇筑承台一定高度；第二次安装型钢柱，浇筑承台剩余部分。两次浇筑导致承台存在施工缝，一定程度影响承台的整体性；承台采用两次混凝土浇筑，型钢柱安装需第一次浇筑混凝土强度≥75%，混凝土需养护7～14 d，技术间歇时间长；型钢柱与地脚螺栓连接处法兰盘下需浇筑50 mm无收缩混凝土，作业面积小，混凝土密实性不能有效保障，且混凝土的收缩性会导致连接处出现缝隙，质量不易控制，增加型钢柱的埋入难度。因此，本文研究埋入式钢骨柱承台一次性浇筑工艺。

1 埋入式钢骨柱承台一次性浇筑施工适用范围

本工艺适用于型钢柱在基础承台中的埋入式连接，十字形钢柱及H型钢柱均可以适用，可以广泛用于各种尺寸形式型钢柱在基础承台中的埋入定位，大直径钢筋混凝土灌注桩单桩承台内使用效果明显。

2 埋入式钢骨柱承台一次性浇筑施工工艺特点

与传统施工工艺相比，采用埋入式型钢柱承台一次性浇筑施工工艺能够有效实现型钢柱在基础承台中的埋入，避免承台分两次进行混凝土浇筑，减少技术间歇时间，提高施工速度[1-2]。

利用埋入式型钢柱承台一次性浇筑施工工艺，将产生较少承台的施工缝，保证基础承台的整体性；可以避免型钢柱底座与地脚螺栓连接处的薄层无收缩混凝土浇筑，引起的薄层混凝土不密实，可以有效提高施工质量。

埋入式型钢柱承台一次性浇筑施工工艺中，型钢柱底座采用专用固定底座，能够准确调整型钢柱的位置以及垂直度，提高型钢柱在基础承台中的埋入精度。

埋入式型钢柱承台一次性浇筑施工工艺的首节型钢柱在基础承台中埋设，3个工人可以在2 h内完成，型钢柱定位固定底座支墩在加工厂实现成品加工，量化生产，质量得到保证，劳动效率提高，施工成本降低。

埋入式型钢柱承台一次性浇筑施工工艺通过专用固定底座固定首节型钢柱，固定底座制作简单、体积小、质量轻、施工便捷，能够在各种尺寸的基础承台中进行安装，适用范围广。

3 埋入式钢骨柱承台一次性浇筑施工工艺原理

3.1 首节型钢柱临时固定及精准微调原理

型钢柱在基础承台中一次性浇筑，埋入安装，基础承台浇筑垫层时，提前测量定位并放置定位固定底座支墩以及固定斜撑的钢板埋件，作为固定底座支墩在垫层上的定位脚，施工中需严格控制支墩埋件的位置和平整度。

定位固定底座支墩的4个角点位置分别预留与型钢柱固定的螺栓，带有钢板法兰的首节型钢柱通过定位固定底座支墩预留的螺栓与定位固定底座支墩实现临时连接固定。钢骨柱的埋设精度要求较高，临时固定后通过螺栓调平螺母对连接的钢骨柱进行垂直度微调，使钢骨柱的垂直度满足相应要求。型钢柱平面轴线主要通过定位固定底座支墩保证，支墩安装过程中，采用经纬仪、水准仪对支墩安放位置进行精确校核调整，确保位置准确。

型钢柱精准微调原理如图1所示。

图1 型钢柱精准微调原理

3.2 首节型钢柱固定定位原理

微调钢骨柱在定位固定底座支墩上的位置、垂直度，精确调整后，拧紧调平螺母，经复核满足要求，焊接码片与支墩，形成永久的固定连接。通过型钢柱底座固定定位支墩+侧面斜撑，完成地下首节型钢柱的稳固体系，实现基础承台混凝土一次浇筑施工。

型钢柱底座固定定位支墩如图2所示。型钢柱固定定位原理如图3所示。

图2 型钢柱底座固定定位支墩

图3 型钢柱固定定位原理

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

测量放线→承台土方开挖及桩基检验、桩基桩头凿除及桩基检验→型钢柱底座固定定位支墩及斜撑的设计及制作→基础承台垫层施工及承台底筋安装→型钢柱底座固定定位支墩的安装→首节柱内型钢柱及斜撑安装→型钢柱插筋、承台剩余钢筋及地梁钢筋绑扎→承台模板安装及混凝土浇筑→承台模板拆除及土方回填→混凝土结构柱内型钢柱安装→混凝土结构梁内型钢梁安装。

4.2 操作要点

（1）测量放线。

工程测量应满足《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205—2020）规定，多层及高层钢结构主体结构的整体垂直度和整体平面弯曲的允许偏差应符合规范的规定。

控制网建立：首级控制网的点位精度经复核无误，采用按轴线法布置主要轴线控制桩，建立外控网，控制各结构的轴线和标高位置。采取内控法进行测量控制，将控制点布设在外框柱内角部，便于轴线观测及垂直引测。选择与钢结构施工要求相适应的施工控制网等级。结合误差分析理论和类似工程的施工经验，平面控制网按照一级导线精度要求布设，高程控制网按照三等水准精度要求布设，确保控制网点位精度要求。

基础承台中型钢柱底座固定定位支墩的测量放线：根据实际情况，采用全站仪联测，以场区控制网点坐标值为依据，利用极坐标施测的放样方法对型钢柱底座固定定位支墩的定位轴线进行实地放样，对放样点位进行自检并校核。将型钢柱底座固定定位支墩的定位轴线与混凝土面上的定位轴线进行对正，校核完成后将型钢柱底座固定定位支墩进行固定定位。

型钢柱测量控制点在钢柱对角点上，使用油漆笔标注记号，在图纸上计算柱子控制点的三维平面坐标。型钢柱吊装到位，架设全站仪采用三维平面坐标，对钢柱进行校正。校正过程中，将小棱镜置于控制点上，逐一测设，直至柱子设计坐标值与仪器所测坐标吻合。

（2）承台土方开挖及桩基检验。

按照设计图纸对基础承台进行放线测量，根据基础承台放样尺寸以及标高，对基础承台进行土方开挖，承台开挖按照开挖方案进行，根据承台基坑深度严格编制专项施工方案，承台土方开挖完成后对承台基槽进行验收。

基础承台位置的工程桩剔除桩头浮浆，过程中控制桩顶标高，确保桩基顶部浮浆完全剔除，确保桩基顶部混凝土密实。

桩头凿除满足要求后检测工程桩，根据桩基尺寸以及深度，进行超声波或低应变检测，必要情况下抽芯辅助验证，确保工程桩质量符合设计要求。

（3）型钢柱底座固定定位支墩及斜撑的设计及制作。

根据首节钢柱长度及重量特点，设计2组型号底座固定定位支墩，3.5 t以下钢柱利用L100×6型材作为定位支墩，3.5 t以上钢柱利用H100×100×6×8型材作为定位支墩，考虑支墩的高度设计，斜撑选用80×4方管，材质均为Q235B。型钢柱底座固定定位支墩均在钢结构厂家内制作和生产。

型钢柱底座固定定位支墩及斜撑典型构件如图4所示。

图4 型钢柱底座固定定位支墩及斜撑典型构件

（4）基础承台垫层施工及承台底筋安装。

基础承台施工前，完成垫层的混凝土浇筑，需完成型钢柱底座固定定位支墩的4个脚腿端部预埋支撑钢板的定位安装。土方开挖并进行人工检底达到基底设计标高，清扫基底，确保基底平整、干净、无杂物。根据型钢柱底座固定定位支墩墩脚及斜撑脚位置确定预埋垫板位置，进行预埋，垫板位置通过全站仪测量放线定位。混凝土浇筑及时收面，确保混凝土表面平整；混凝土浇筑过程中注意保护埋件，避免埋件损坏或位置偏移。垫层混凝土达到强度后安装承台底筋，承台底筋采用机械切断，直螺纹套筒连接，采用扎线绑扎。

垫层混凝土浇筑及承台底钢筋绑扎如图5所示。

图5 垫层混凝土浇筑及承台底钢筋绑扎

（5）型钢柱底座固定定位支墩的安装。

型钢柱底座固定定位支墩在工厂内预制。垫层浇筑完成，混凝土初凝前重新校核预埋垫板埋件的位置及标高，底面钢筋绑扎时注意避让垫板，在不影响钢筋受力的情况下，最大限度满足垫板与撑脚及墩脚间的连接空间要求，将支墩吊装就位。支墩安装过程中采用经纬仪、水准仪对支墩安放位置进行精确校核调整，确保位置准确，上表面水平，标高符合设计要求。底座固定定位，支墩安装过程中可以在4个腿脚位置垫支薄层钢片进行细微调整，通过十字吊线控制底座固定定位支墩中心线，将定位轴线的偏差控制在误差允许范围内。钢骨柱的位置主要通过定位固定底座支墩控制，准确控制固定底座支墩的轴线、位置和平整度。校核完成并验收合格，焊接连接墩脚与垫板。

（6）首节柱内型钢柱及斜撑安装。

首节柱内型钢柱在工厂内预制加工。支墩安装、调整及固定后，按照首节钢骨分节高度及吊装要求将首节钢骨吊装就位。型钢柱端部的钢板法兰通过定位支墩上的螺栓及螺母与连接平台支墩临时连接固定，通过螺栓的调平螺母微调连接钢骨柱的垂直度，通过经纬仪校核钢骨垂直度。拧紧调平螺母，满焊码片与支墩，形成固定连接，焊接固定斜撑与撑脚垫板及钢骨。整个过程中，型钢柱保持吊车带吊索作业。焊接完成，须对型钢柱再次进行校核形位公差。

（7）型钢柱插筋、承台剩余钢筋及地梁钢筋的绑扎。

首节型钢柱通过底座固定定位支墩+侧面斜撑体系完成固定，进行承台剩余钢筋绑扎，钢骨柱插筋、承台剩余钢筋及地梁钢筋出主筋采用直螺纹套筒连接，其余钢筋均采用绑扎安装，柱内插筋插入承台底部，按设计要求利用定位箍筋固定，不允许跳绑。承台钢筋施工过程中应做好防雷接地预埋工作。

（8）承台模板安装及混凝土浇筑。

承台模板安装按照方案施工，根据测量人员放样结果进行立模，确保承台的纵、横向轴线、平面位置及定位尺寸。模板安装前应在模板表面涂刷脱模剂，保证拆模顺利且不破坏混凝土外观，模板及支撑加固牢靠，对平面位置进行检查，验收合格进行承台混凝土浇筑。

承台混凝土浇筑前，对承台模板、钢筋及预埋件位置进行认真检查，确保位置准确。混凝土采用“分薄层连续浇筑，降低内外部温差”的控制方法，每层厚度不超过30 cm。浇筑支墩下及承台边角部位混凝土，振捣密实。矩形承台从短边向中间浇筑，严格按照顺序浇筑，避免混凝土浇筑不对称，侧压力过大导致型钢柱出现倾斜。混凝土浇筑过程中，应安排专人随时监控型钢柱位置、垂直度以及模板尺寸及变形情况，并及时调整，排除问题后继续浇筑。

（9）承台模板拆除及土方回填。

承台混凝土收面完成后及时养护，混凝土强度达到1.2 MPa拆除承台侧模，拆除时确保承台侧表面及棱角不因拆模而受损坏。混凝土强度达到设计强度的75%，切除钢骨侧面斜撑。承台地梁回填严格按照回填方案进行，分层回填，回填材料以及压实度满足设计及规范要求。

（10）混凝土结构柱内型钢柱安装。

混凝土结构柱内型钢柱安装相对简单，根据钢柱的重量及吊点情况，准备不同长度、不同规格的钢丝绳以及卡环，设置钢柱吊点时确保吊装简便、稳定可靠，避免钢构件变形。钢柱吊点设置在钢柱顶部，直接在临时连接板上预留吊装孔。钢柱吊装到位，钢柱的中心线应与下面一段钢柱的中心线吻合，四面兼顾，活动双夹板平稳插入下节柱对应的安装耳板，穿好连接螺栓，连接临时连接夹板，及时拉设缆风绳进一步稳固钢柱。钢柱间连接的连接板校正且焊接完毕时，将连接板割掉并打磨光滑，涂上防锈漆。

（11）混凝土结构梁内型钢梁安装。

土建下部结构施工完成后进行钢梁施工，吊装前仔细复核钢梁编号，清理钢梁表面污物，对产生浮锈的连接板和摩擦面除锈。待吊装的钢梁应装配附带的连接板。钢梁就位时，及时夹好连接板，对孔洞有少许偏差的接头利用冲钉配合调整跨间距，利用安装螺栓拧紧。钢梁的标高、轴线的测量校正过程中，保证已安装好的标准框架的整体安装精度。

5 效益分析

5.1 经济效益分析（包括节能效益）

（1）降低施工成本，缩短制造工期。

地脚螺栓两次浇筑：采用M24地脚螺栓，每个型钢柱固定需要4根，单根理论为0.005 8 t，加上安装定位板的总重量为0.038 t，材料成本为182元；采用两次混凝土浇筑，第一浇筑混凝土强度≥75%后安装型钢柱，混凝土养护时间约7 d，每个承台养护用工时约0.25个，人工成本约55元；技术间歇时间管理成本每个基础承台均摊约1 200元。采用地脚螺栓对基础承台进行两次浇筑成本为1 437元。

本工艺：采用L100×6型材为底部支墩，斜撑选用80×4方管，单个钢材约0.23 t，成本为1 104元。

单个基础承台型钢柱安装过程，与地脚螺栓两次浇筑相比，采用本工艺能够节约333元。

（2）提高施工速度。

采用埋入式型钢柱承台一次性浇筑施工工艺，可以免除承台分两次进行混凝土的浇筑，减少技术间歇时间，减少承台第一次混凝土龄期时间（10 d），薄层无收缩混凝土龄期1 d，合计可以有效缩短工期11 d，减少施工管理成本。

（3）简化操作工序。

采用埋入式型钢柱承台一次性浇筑施工工艺，可以免除型钢柱底座与地脚螺栓连接处的薄层无收缩混凝土浇筑，简化施工工序。

（4）提高施工质量。

采用埋入式型钢柱承台一次性浇筑施工工艺，可以免除承台分两次进行混凝土的浇筑，减少承台的施工缝，保证基础承台的整体性；可以避免型钢柱底座与地脚螺栓连接处薄层混凝土密实性难以保障的质量通病，提高施工质量。

（5）埋入式型钢柱承台一次性浇筑施工工艺中，型钢柱底座固定定位支墩制作简单，可利用工厂批量化生产，实现资源再利用。

5.2 社会效益分析（包括环保效益）

埋入式型钢柱承台一次性浇筑施工工艺与传统的采用承台多次浇筑成型方法相比，具有施工速度快、成本低、提高质量的优点。在各种型号尺寸型钢柱的安装施工过程中均可以推广使用。有利于推进建筑施工的技术进步，为工程施工手段方面提供一定的借鉴价值，创造良好的社会效益。

6 结语

埋入式型钢柱承台一次性浇筑施工工艺经实践应用效果明显，可以大力推广至工程实践中，对大直径单桩承台钢筋混凝土灌注桩基础效果突出。