一种直埋式钢管混凝土地脚螺栓施工新技术应用

管混凝土柱一般采用插入式柱脚构造，在埋入桩内的钢管外壁上应设置抗剪连接件以增加其埋桩时的锚固能力。但由于大直径地脚螺栓材质强度较高、直径大，不易进行弯锚特性，锚栓端部处理通常是在锚固端设置锚板，以此有效增加螺栓的锚固能力，但由于基础承台钢筋密集，在安装螺栓时，锚板容易碰到稠密的钢筋上，安装定位不方便。因此，采取安全、优质、经济、高效的技术措施保证大直径地脚螺栓的埋设精度以及施工便捷性，是钢管混凝土柱柱脚施工技术难点。

1   工程概况

容东片区B2组团安置房及配套设施项目，建筑面积96万m ² ，耗资35亿，共计97栋楼，其中92栋住宅，5栋公建单体，包括精装修交付成批住宅群、配套公建、小学及幼儿园等建筑，建成后将解决雄安片区5270户约1.6万人的住房问题。其中小学及幼儿园项目科技目标为“河北省新技术应用示范工程”和质量目标为“河北省优质工程安济杯”，建筑面积27924.27m ² ，地上23176.52m ² ，地下4747.75m ² 。

地下共1层，层高6.3m；地上共4层，层高5.4m，主体结构为装配式钢框架结构，预制装配率65%，用钢量较大，每层16根钢管柱，最高单根钢柱23.9m，质量25t左右，规格为φ1200×30、φ1200×25和φ1200×20三种，平头焊接栓钉（ML15级）L=100mm，竖向间距200mm，沿着径向90°均匀排列，钢管桩表面φ22。所有钢柱均通过预埋在独立基础中的地脚螺栓进行连接，其中钢柱和地脚螺栓材质均为Q355B，端部锚板120mm×120mm×26mm。

2   工程技术难点分析

（1）数量更多、直径更大、长度更长、单套最大质量达60kg、长度达2.14m的M36锚栓，其埋藏在混凝土地基中的部分更多，难以精确定位。

（2）单根钢柱质量较大，设计的基础承台尺寸也同样较大、埋深较大，钢柱基层承台钢筋密集，由于施工扰动严重，导致地脚螺栓安装精度难以控制。

（3）地脚螺栓整体较长，且螺栓大部分悬空，螺栓之间的相对定位以及整体安装的精确度控制要求较高。而且预埋后的螺栓受混凝土施工工艺影响较大。

传统的地脚螺栓的安装固定方式，很容易受到环境、人员等因素的影响而出现移动，导致钢管混凝土柱的固定效果较差，钢柱水平偏差较高，不利于工程后续使用。

3   创新方案

3.1   背景分析

以技术质量部为核心的课题研究创新小组为依托，以新技术的开发应用为创新技术的切入点，以优化改进方法为技术措施，以创新过程的深化研究为重点，通过开展科技创新与技术创效“双创”活动，探索解决问题的新思路、新技术、新方法和新工艺。对直埋式大直径地脚螺栓的安装及固定技术的难点和重点进行分析，并尝试对其施工技术进行研究，最终形成一种直埋式钢管混凝土地脚螺栓施工新技术应用。

3.2   创新方案应用原理

创新技术应用的整体思路：通过创新地提出采用一种圆形钢板带作为柱脚螺栓定位装置，同时利用常规的钢管支架体系的固定圆形钢板带的技术措施，使柱脚定位安装形成一个独立固定且牢固可靠的结构，实现柱脚锚栓的精确空间定位。同时待柱脚下部混凝土浇筑完成后，通过锚栓中单螺母调节和控制柱脚的标高，最终实现柱脚的可靠固定和安装。其中，整体模型BIM效果图如图1所示。

图1地脚螺栓整体效果图

4   创新优化方案实施

4.1   施工工艺流程

如图2所示，创新技术的主要工艺流程：

图2工艺实施流程图

4.2   创新技术实施要点

（1）施工准备。

做好深化设计工作，重点深化钢板带规格尺寸、钢管支架体系的技术指标、锚栓的规格数量、钢柱的深化设计和柱脚螺母调整标准。并形成以BIM三维模型为基础的BIM三维指导书，实现三维可视化技术交底，供管理人员和操作人员使用。施工前做好对钢管柱、混凝土、钢筋、锚栓、钢板带、钢管支架、灌浆料及施工所用的工具等物资准备。

（2）预埋地脚螺栓加工和制作。

预埋脚螺栓均按深化设计要求加工定制，螺栓的相对位置、标高及所需材料的规格型号等应在螺栓埋设施工前对施工图纸进行认真审核，并进行技术交底。定位模板是工厂在确定好模具的平面尺寸和开孔尺寸后，根据预先埋设的螺栓和混凝土基础轴线之间的相对位置和现场模具的装配要求，统一定做的。

（3）钢板带下料及钻孔定位。

工程设计中同一柱脚的4M36锚栓互不相连，很难控制锚栓相对位置。经过对钢板带强度和刚度核算，深化设计采用外径1500mm，宽度150mm，厚度10mm的钢板带。定位模具采用厚度为10mm的热轧钢板，将便于校核的纵横轴十字线刻画在模具上，并将与预埋螺栓相对位置的孔按轴心刻痕开出，将锚栓孔的相对位置找出来，放在台板上钻孔，这样的设计方法就可以实现。孔径大于锚栓直径1mm，孔径边沿距模具边沿40mm左右。

（4）钢管支架及钢筋网片安装。

安装前，利用全站仪将钢管支架所在的基坑十字线放出，并将4根立杆的外侧边线画出，避开4根立杆绑底钢筋时的位置，在深达20cm的孔内沿钢管切线、放线钻入φ16mm孔内，再将钢筋打入φ16mm孔内，与立杆进行焊接处理。

立杆固定后，先穿入三层钢筋网片，并先用钢管扣件将立杆顶端两根水平相对的1号、2号支承钢管连接起来，通过钢管扣件对1号、2号支承钢管的平整度、高度进行调整，以保证钢板带上表面的直接支承和定位。

再将1号、2号两层钢网片筋绑扎在支撑钢管下方，并保证首先放入的3层钢网片筋的上部，用4根立杆将1号、2号支撑钢管固定牢靠在上部的2层钢网片上；再靠钢管扣件将两根水平相对并与1号支撑钢管垂直的3号、4号支撑钢管连接在上两层网片筋下面的立杆上，然后将事先穿入的三层网片筋的最下一层系好，使3号、4号支撑钢管与立杆固定牢靠。钢管支架、钢筋网片安装效果如图3所示。

图3钢管支架、网片安装效果 

（5） 钢板带安装。

钢筋网片绑扎完成后，首先对钢板带的测量复核，保证钢板带的锚栓预留孔位置和高程准确无误。钢板带与1号、2号钢管支架焊接连接，与支架3号、4号钢管通过采用直径20?mm钢筋进行焊接连接。钢板带BIM三维效果图如图4所示，钢板带安装效果分别如图5所示。

图4钢板带BIM三维效果图

图5钢板带安装实体图

（6） 安装4根M36锚栓。

钢板带与钢管支架固定牢固可靠后，再采用上下螺帽固定的方式进行4根M36锚栓安装。

（7）柱脚底部混凝土浇筑。

完成钢板带安装定位后，为保证螺栓的垂直度、平整度，需对螺栓的标高、锚位进行整体校核。经校核无误后，并经劳务人员自检合格后，由技术、质检及监理等人员进行质量验收，按照设计要求对螺栓直径、数量、预埋位置及轴线和标高偏差进行复核，确认浇注柱脚部位的偏差在允许偏差范围内。

在混凝土浇筑过程中，为减小浇筑时混凝土的冲击，泵送混凝土管注意平行于螺栓浇筑，注意对钢板带及钢管支架的半成品保护，避免触碰到地脚螺栓和钢管支架加固体系，造成钢板带和钢管支架体系变形，影响钢板带的安装质量。同时，在混凝土浇筑时，由专人负责观察螺栓偏差情况并及时纠正。

（8） 钢管柱吊装。

经过承载力核算，其钢管柱采用25t汽车式起重机。吊装时，选择上部的耳板作为起吊点位置并通过卸扣与钢丝绳相连接固定。此外，吊装前，为使吊装就位时符合基础轴心，符合控制轴心标准，母线在钢管柱外侧对称的四个方向画出。

（9） 柱脚标高调整。

钢管柱吊装前，先将单螺母拧入锚栓内某一位置，在确定吊装轴线位置无误后，再对单螺母进行调整，使其控制柱脚标高，通过全站仪对钢管柱中心轴线位置进行辅助控制。标高的调节采取对称调节，并按照先粗调后细调的原则，保证钢管柱的安装精度的调整技术可靠。

（10） 双螺母固定钢管柱。

待首节钢管柱标高确定后，先将垫板置于锚栓中，随后将双螺母对中锚栓并顺利拧紧，保证双螺母可靠固定。

（11）柱脚底部灌浆。

为保证柱脚灌浆的整体施工质量，设计采用一种免加固可调定型钢模板。定型钢模板采用6mm厚Q235钢板制作而成，解决了传统木模板易变形、加固困难且周转次数少的难题。

在进行深化设计时，在柱脚底板预留灌浆口，灌浆孔大小为φ50mm，采用溜槽灌浆，用灌浆料灌入柱脚与柱脚混凝土之间的空隙。同时，制作柱脚灌浆施工质量控制要点交底牌，方便施工人员可以随时查看，确保柱脚灌浆关键工序的质量满足要求。

（12）质量验收标准。

地脚螺栓的安装质量应符合GB?50205—2020《钢结构工程施工质量验收规范》要求执行相关要求执行，地脚螺栓定位中心偏差应不大于5mm，外露长度及螺纹长度满足表1要求。在螺栓安装过程中，需全方位进行跟踪检查，认真做好检查验收工作，对螺栓中心与轴线的偏差 复核。

表1地脚螺栓验收标准           

（13）安装效果

通过对直埋式钢管混凝土地脚螺栓施工的精细化管控，取得良好的实施效果，地脚螺栓安装实体效果如图6所示。

图6安装实体效果图

5   应用优势

5.1   技术效益

大直径钢管混凝土柱柱脚安装的施工是对现行施工技术有所创新，在适用性、可靠性、经济性、先进性、环保和推广性等方面均具有显著的技术应用优势。 

（1）操作简便，安装高效。采用常规的脚手架钢管作为柱脚锚栓主要定位加固固定技术处理措施，加固材料方便采购，安装方式简便高效。

（2）精细化加工，施工质量高。采用钢板带定位环是在工厂加工完成，加工质量高，同时通过定位装置使安装更精准快捷，施工质量更有保障。

（3）节约成本，绿色环保。预制化加工的钢板带，降低材料损耗率，取材方便，节约材料且经济环保。

（4）应用新技术，提高技术水平。通过对钢管混凝土柱柱脚标高定位技术措施进行开发应用，为钢管混凝土柱柱脚施工提供新的技术，提供行业的技术水平。

（5）广泛性强，具有可推广性。一种直埋式钢管混凝土地脚螺栓施工新技术适用于钢管混凝土柱柱脚的施工，具有显著可推广性。 

5.2   经济效益

与传统的锚栓安装定位环钢板带一般采用直径为28钢筋进行固定和支撑相比，锚栓安装材料节约约18541.44元；与一般的柱脚标高先采用千斤顶调节控制，再利用铁垫块支撑固定方式相比，柱脚标高控制材料节省约20347.2元，锚栓安装和柱脚标高控制人工节省约23848.28元。施工过程中所采用的钢板带、钢管、锚栓，材料来源广泛，制作方便，技术措施成本相对较低，在同类技术中具有较高的经济应用价值。

5.3   社会效益

一种直埋式钢管混凝土地脚螺栓施工新技术，有效地保证钢管混凝土柱柱脚安装精度，完工后的钢管混凝土柱脚观感质量良好，业主、监理给予了较高的评价和表扬，实现了预期的施工质量控制目标，同时为企业在业内树立良好的形象。

6   结语

在大直径钢管混凝土柱脚安装施工过程中，通过创新改进施工技术方法，提高了施工效率和保证了施工质量。采用圆形钢板带定位环定位锚栓位置、设置钢板带定位环专用钢管支架固定件及单螺母调节并控制柱脚标高的方法，形成了可续、有效和合理的大直径钢管混凝土柱柱脚安装施工固定技术体系，在钢管混凝土柱柱脚施工中可得到广泛地推广应用。