工藝工法QC雙向傾斜大直徑高強預應力錨栓施工工法

1、.雙向傾斜大直徑高強預應力錨栓安裝工法內(nèi)容材料中建三局建設工程股份有限公司中建三局股份鋼結構公司2008年5月20日：14雙向傾斜大直徑高強預應力錨栓安裝工法1、前言目前國內(nèi)房屋建筑領域，特別是鋼結構建筑采用普通錨栓進行鋼柱與基礎連接較為普遍，且也有成熟的施工技術規(guī)范可循；而采用大直徑高強預應力錨栓還較為罕見，且國內(nèi)和國際上無成熟的設計和施工規(guī)范。*電視臺新臺址建設工程*主樓工程由于塔樓傾斜和大懸臂結構的外形設計，結構在風荷載或地震等側向力作用下外框鋼柱產(chǎn)生很大的拔力，其中單根鋼柱最大拔力為87,524KN，設計采用了M75規(guī)格的高強預應力錨栓進行鋼柱腳與筏板連接以抵抗拔力，錨栓最長為6307

2、 mm，且錨栓雙向傾斜6度布設，錨栓抗拉極限強度為1030N/mm2、屈服強度為835N/mm2，圖1為高強預應力錨栓裝配簡圖。圖1 高強預應力錨栓裝配簡圖*工程中采用的傾斜大直徑高強度長錨栓，主要作為外框筒巨形鋼柱的定位和傳力作用，要求錨栓埋設精度高并且與主體鋼結構連接可靠。施工中錨栓精確定位安裝成為最重要的問題，公司技術人員對雙向傾斜錨栓的高精度安裝方法進行了深入的研究和開發(fā)，包括錨栓套架埋設定位和球形螺母應用等技術形成了本工法，并且在*工程586根傾斜高強錨栓施工中得以應用，效果非常顯著。該項施工方法經(jīng)過技術鑒定達到國內(nèi)領先水平和國際先進水平，并且填補了國內(nèi)房屋建筑領域雙向傾斜大直徑高強

3、預應力錨栓應用的空白。2、工法特點2.1 工法特點1、安裝措施簡單、設備投入少、部分措施可回收節(jié)約成本。以每根鋼柱為單位設計一個錨栓套架，錨栓套架將高強錨桿固定（非焊接連接、在套架內(nèi)共同安裝，并且套架與筏板墊層埋件焊接連接，可實現(xiàn)傾斜錨栓粗略定位；同時可以保護錨桿在交叉工程施工時不易損壞；2、多次復測和監(jiān)測實現(xiàn)錨栓精確定位。在鋼筋綁扎和混凝土澆注期間，采用全站儀對每根錨栓進行監(jiān)測和復測，以實現(xiàn)對錨栓進行精確校正和定位；3、在錨桿張拉端設計球形螺母能調(diào)節(jié)部分錨桿的安裝角度偏差，同時可使所有不同角度配件做到標準化。2.2 與傳統(tǒng)方法比較1、普通錨栓一般為定位錨栓非受力錨栓且材料等級不高，現(xiàn)場安裝時

4、可以進行焊接固定；而高強錨栓的強度高且有脆性，不得進行現(xiàn)場焊接，工法中要求錨栓與套架間采用螺母臨時固定，解決了傳統(tǒng)方法的不足，較為實用。2、按傳統(tǒng)方法在錨栓焊接后，錨栓位置要進行調(diào)整較為困難，而本工法中采用的連接為非焊接連接，在鋼筋工程和其它交叉工程施工過程中，可以隨時調(diào)節(jié)套架和錨栓之間的連接對錨桿定位進行校正，以精確定位。3、錨桿張拉端采用球形螺母，可以適應不同傾斜角度錨桿的安裝，可使配件標準化，節(jié)約成本，同時可以消化錨桿安裝誤差，技術較為先進。4、傳統(tǒng)錨栓的套架全部埋設成本不經(jīng)濟，本工法中采用的套架上部分待混凝土澆注完后須切除回收，可節(jié)約成本。3、適用范圍本工法為雙向傾斜大直徑高強預應力錨

5、栓安裝工法，適用于房屋建筑特殊高層建筑、大跨度結構、塔結構等抗拔支座連接施工，也可以適用于橋梁結構、高速鐵路、遂道、港口等土木工程支座連接施工，還可以適用于機械設備支座等其它領域。由于目前國內(nèi)和國際上房屋建筑工程中采用大直徑高強預應力錨桿的連接節(jié)點形式較少，此種施工方法對以后技術研究和規(guī)范標準編制具有很大的參考價值。4、工藝原理4.1 采用錨栓套架的埋設工藝原理1、采用CAD技術在計算機中放樣出每根鋼柱所有錨栓的精確位置，并且以每根鋼柱為單位設計出錨桿套架，設上下兩層鋼板作為錨栓的固定點，每根錨栓兩個固定點連線為錨栓的空間角度位形，如下圖2為高強預應力錨栓套架簡圖。圖2 高強預應力錨栓套架簡圖

6、2、套架和錨栓現(xiàn)場組裝（標高由錨栓頂點控制、，并且在塔吊將套架和錨桿共同吊裝，測量定位后套架與筏板墊層埋件焊接連接，以實現(xiàn)錨栓粗略定位；在鋼筋綁扎過程中，采用全站儀進行定位監(jiān)測，并且在混凝土澆注前對每根錨栓定位復測，調(diào)節(jié)套架與錨桿的連接，以實現(xiàn)錨栓的精確定位，圖3為吊裝前高強預應力錨栓套架和錨栓組裝簡圖。 圖3 高強預應力錨栓套架和錨栓組裝簡圖3、在混凝土澆注時，采用全站儀對每根錨栓進行定位監(jiān)測，以控制錨桿位置是否變化；混凝土澆注完成后，切割錨栓套架混凝土表面以上的部分（或者切割到鋼柱底標高處、，并復測各錨栓位置，最后進行主體結構安裝，圖4為鋼結構吊裝前高強預應力錨栓套架切割后的簡圖。圖4 高

7、強預應力錨栓套架切割后簡圖 4.2 球形螺母調(diào)節(jié)角度偏差的工藝原理1、錨栓張拉端采用球形螺母，能夠同時適應一定范圍傾斜角度錨桿的安裝，使所有配件標準化，圖5為球形螺母安裝端部大樣圖；圖5 球形螺母安裝端部大樣圖2、如果錨桿存在傾斜角度的安裝偏差，球形螺母可以通過與楔形墊板之間的轉動來消化此安裝偏差；3、可調(diào)節(jié)角度大小可根據(jù)錨桿直徑、楔形墊板中間圓孔直徑、鋼柱底板圓孔直徑以及各配件的厚度等因素確定，如下圖6所示，以球形螺母球面中心為轉動點，調(diào)節(jié)角度范圍為：a << b (設順時鐘轉動時為負，即a為負值)，圖6為球形螺母可調(diào)整錨桿角度傾斜偏差圖。圖6 球形螺母可調(diào)整錨桿角度傾斜偏差圖5

8、、施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程5.2 操作要點5.2.1 錨栓套架設計和加工以每根鋼柱為單位設計錨栓支撐套架，截面主要采用角鋼和鋼板。錨栓套架立柱垂直設計，套架上下設計有兩層鋼板用于定位錨桿，所有預應力錨桿全部固定在套架內(nèi)且傾斜布置，在鋼板上按錨桿的傾斜角度放樣出錨栓的定位孔，錨桿上端與套架上表面鋼板連接，下端與下層鋼板連接，每根錨栓的傾斜角度即上下定位孔的空間角度。上層鋼板表面高出混凝土表面以便測量，下層鋼板標高結合錨桿長度確定。圖7為一典型鋼柱錨栓套架設計圖：注明：為了清晰取見，圖中僅畫出一根錨桿。圖7 典型鋼柱錨栓套架設計圖錨桿套架結構較為簡單，現(xiàn)場加工以便運輸，且可立即進

9、行下道錨桿裝配工作，以節(jié)省工期。錨桿套架加工全部采用焊接連接。5.2.2 錨栓系統(tǒng)裝配在加工地點，就將錨桿裝配到套架內(nèi)，以減少現(xiàn)場作業(yè)和與其它工程的交叉作業(yè)，降低安全風險，且作業(yè)速度快能夠降低成本。錨栓系統(tǒng)裝配的具體步驟如下：1、套架內(nèi)安裝88X2錨桿護管（護管下端設放大頭，尺寸為102X2、，護管上端略伸出套架上表面；采用汽車吊安裝錨桿，將其插入護管內(nèi)，吊裝點設置方式為在錨桿一端安裝一個臨時螺母并在螺母上焊接吊耳（需要說明：錨桿為高強鋼不得在上面焊接任何零件、；同時安裝鎖定螺母、錨固端平墊板、石棉墊板、墊圈和螺母，然后起吊松鉤；最后去除臨時吊裝螺母，安裝球形螺母。套架內(nèi)的所有錨桿按上述順序逐

10、根完成。2、 安裝灌漿管20X2，將其與護管焊接連接；3、 套架上表面標出鋼柱控制點（即鋼柱定位軸線控制點、，校正每根錨桿的定位尺寸和傾斜角度，然后緊固上下螺母；護管與錨固端平墊板圍焊連接；最后將錨固端平墊板與套架下層鋼板焊接連接。5.2.3錨栓埋設方法1、 預埋件安裝：在筏板防水墊層施工階段，根據(jù)外圍軸線控制點及標高控制點測放出套架每個預埋件的準確位置，安裝套架預埋件；對較高和較重的錨栓套架，應增加四周斜支撐預埋件。墊層混凝土完成后，對埋件定位進行復測。2、 錨栓系統(tǒng)埋設：筏板底筋綁扎前，開始預應力錨栓支撐套架埋設工作。采用土建塔吊將錨栓套架吊裝就位，待套架定位校正完畢后，套架角鋼支腿與墊層

11、預埋件焊接；為了防止筏板混凝土澆注和鋼筋綁扎對錨桿產(chǎn)生位移和變形，在套架四角加設角鋼斜支撐，以增強套架剛度，同時在斜支撐與套架之間的中部增設臨時橫向支撐。圖8為錨栓系統(tǒng)埋設示意圖。圖8 錨栓系統(tǒng)埋設示意圖3、 混凝土澆注前的精確定位復測：在鋼筋綁扎過程中，采用全站儀進行定位監(jiān)測；并且在鋼筋綁扎完后和筏板混凝土澆注前，使用全站儀對預應力錨桿進行最后復測，校正其位置及標高，采用臨時夾具將每根錨桿固定鎖死，進入下道混凝土澆注工序；工4、 混凝土澆注時的保護措施和定位監(jiān)測：混凝土澆注前需將錨桿的上端螺紋處涂刷黃油、包上塑料紙并套上塑料管；并將灌漿管上端口用膠紙完全封閉，并且伸出混凝土澆注頂面400mm

12、。在混凝土澆注過程中，派專人對其進行監(jiān)控，并且避免震動棒接觸錨桿或離錨桿太近，以免影響定位精度；同時在混凝土澆注時，在基坑四周采用全站儀對錨桿位置進行監(jiān)測，全過程控制混凝土澆注對錨栓定位的影響。5、錨栓套架的處理：在混凝土澆注完成后，切割錨栓套架混凝土表面以上的部分（或者切割到鋼柱底標高處、，并復測各錨栓位置，最后進行主體鋼結構安裝。5.2.4 球形螺母誤差調(diào)整鋼柱安裝完成后，安裝球形螺母并消化錨栓安裝角度偏差，高強錨栓進行預應力張拉后緊固螺母，最后進行錨栓灌漿。6、材料與設備6.1 主要材料：角鋼和鋼板：若干（Q235或Q345、6.2 使用設備履帶吊或汽車吊:1臺 平臂式塔吊:3臺(用土建

13、施工塔吊)直流電焊機:4臺 經(jīng)緯儀：2臺全站儀：2臺 手動工具：若干配電箱：2個； 電源電纜：若干；7、質(zhì)量控制7.1 質(zhì)量要求1、高強預應力錨栓的安裝應滿足鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB50205-2001、的相關要求；2、*主樓中高強預應力錨栓安裝應滿足中國建筑工程總公司發(fā)布的企業(yè)標準*電視臺新臺址*主樓鋼結構施工質(zhì)量驗收標準（ZJQ00-SG-001-2006、；3、高強預應力錨栓安裝應滿足工程設計技術文件的相關要求。7.2 質(zhì)量控制1、高強預應力錨桿具有直徑大、尺寸長、單根較重、每根鋼柱數(shù)量不等、且傾斜一定角度的安裝特點，要滿足錨桿準確高精度定位，必須保證支撐套架穩(wěn)固，筏板鋼筋綁扎和

14、混凝土澆注時必須防止變形和移動。2、混凝土澆注時派專人監(jiān)控，以避免震動棒接觸錨桿或離錨桿太近而造成較大誤差；并在基坑四周設置全站儀對錨栓位置進行精度監(jiān)控。3、高強預應力錨栓不得在施工現(xiàn)場進行任何焊接，并且在交叉作業(yè)時和錨栓套架切割時保護好錨栓螺紋。8、安全措施8.1 錨栓套架較高，工作人員站在套架頂部安裝錨桿時屬高空作業(yè)，應進行相應的安全防護，并且還需防止整體傾覆倒塌；8.2 現(xiàn)場綁扎鋼筋時避免將鋼筋直接鋪設在套架上以免錨栓套架整體倒塌。9、效益分析9.1 設備投入及經(jīng)濟效益方面預應力錨桿根數(shù)較多，主要分布在鋼柱處，涉及面積較大，施工中采用錨栓套架和錨桿同時安裝的做法，僅需采用一臺小型汽車吊就

15、能滿足組裝要求，避免了現(xiàn)場采用塔吊逐根錨桿安裝，以減少了塔吊起重設備的投入，大大節(jié)約了安裝成本。預應力錨栓張拉端采用球形螺母可以適應傾斜錨桿的角度，使所有不同角度錨桿的配件全部按傾斜6度加工，做到標準化，大大節(jié)約了配件加工成本，經(jīng)濟效益非?？捎^。9.2 工期方面：錨栓套架現(xiàn)場加工，且錨桿在套架加工完成時安裝，然后運輸至指定地點進行吊裝，整個工作可以與其它工序同時進行，又減少了現(xiàn)場交叉作業(yè)，施工周期最短。9.3 質(zhì)量方面：錨栓張拉端采用球形螺母可以適應一定范圍的傾斜錨桿角度，并且可以消化部分安裝角度誤差。從完成工程安裝結果來看，100%的鋼柱錨栓預埋定位準確，無一柱底板擴孔現(xiàn)象，在國內(nèi)鋼結構安裝

16、行業(yè)中也少有。安裝時采用了錨栓套架一次定位，錨桿再次精確定位，提高了安裝精度，能夠滿足預埋精度要求。10、應用實例*電視臺新臺址建設工程主樓（以下簡稱*主樓、坐落于北京市朝陽區(qū)東三環(huán)中路和朝陽路交界處京廣橋東南角，結構造型新穎獨特，為全鋼結構?？偨ㄖ娣e為472,998m2，由兩座雙向6度傾斜塔樓(塔樓一為52層、塔樓二為44層)、10層裙房和14層懸臂結構組成，結構最大高度為234m，總鋼結構用量約12.5萬噸。塔樓內(nèi)部核心筒及內(nèi)柱為豎直，外框筒柱為雙向傾斜。塔樓1、塔樓2和裙房外框柱共97根，除12根為埋入式鋼柱外，其余85根柱都設計有大直徑高強預應力錨栓，直徑為75mm、最長為6307m

17、m、抗拉極限強度為1030N/mm2、屈服強度為835N/mm2的大直徑高強度預應力錨栓是國內(nèi)首例。錨栓角度與雙向傾斜鋼柱角度一致，范圍為6º8.45º；每根鋼柱錨栓數(shù)量也不相同，數(shù)量在412根之間。高強度預應力錨栓的傾斜角度、埋入長度、數(shù)量和總長度，按鋼柱分類可參照下表：序號鋼柱編號傾斜角度埋入筏板長度(mm)錨栓數(shù)量(套)錨栓總長度(mm)1C30C346.0000296.0463 1428419613C286.1832 1428419624C276.4047 1429419635C266.7021 1430419666C257.0654 14

18、31419687C247.4847 1432419728C237.9505 1434419769C10C116.0000 16298216110C686.3718676.6463586.2237 21254265813C596.4923 21264266014C606.8499 21274266415C617.2831 2129 4266816C627.7785 2132 4267317C13C156.0000 2333 12286518C166.0605 2333 4286619C126.0000 3137 4367020C666.9868

19、 3337 6387521C657.3772 3340 6388022C647.9505 3344 6388623C638.4548 3348 8389324C176.2382 3770 4430425C186.5234 3772 4430726C196.9023 3775 4431227C207.3597 3779 4431828C217.8814 3784 4432529C228.4540 3789 8433430C8、C866.0000 387112440431C3、C41、C45、C838.4545 389248443732C886.0000 3972 6450433C818.4545

20、 3993 6453834C9、C876.0000 402212455435C4C5、C39C40、C46C47、C828.4545 404466458836C56、C926.0000 4877 16540937C576.0567 4877 6541038C49C558.4545 490366544839C93C966.0000 492724545940C89C906.0000 502816556041C79C808.4545 505516559942C488.4545 5358 8590343C35C366.0000 537910591244C71、C916.0000 573118626445C706.0463 5732 10626546C696.1832 5733 8626747C72C788.454