機械錨栓系統(tǒng)在設(shè)備基礎(chǔ)安裝上的應(yīng)用

嚴 勇

（湖北省電力勘測設(shè)計院，武漢 430040）

近年來我國的經(jīng)濟迅速發(fā)展，大型工業(yè)機械設(shè)備越來越頻繁地應(yīng)用于工程實踐中，這些設(shè)備的單機重量大，臺數(shù)越來越多，設(shè)備基礎(chǔ)所承擔(dān)的荷載無論是動載還是靜載都比以前有較大的提高，因此設(shè)備基礎(chǔ)的快速準確安裝至關(guān)重要。機械設(shè)備整個安裝項目較多，同時安裝精度較高、過程繁雜，只有認真的工作態(tài)度和嚴格規(guī)范的操作才能獲得優(yōu)良的安裝質(zhì)量，這就要求各個安裝環(huán)節(jié)中的施工人員、管理人員都要有端正的態(tài)度，專業(yè)技術(shù)扎實。

設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計是服務(wù)于各種各樣工業(yè)與民用設(shè)備的附屬設(shè)計，小型設(shè)備可直接以地面或樓面做基礎(chǔ)，大型設(shè)備及精密設(shè)備的基礎(chǔ)必須獨立做成框架式、墻式或大塊式。設(shè)備基礎(chǔ)已成為工業(yè)建筑的關(guān)鍵組成部分，設(shè)備基礎(chǔ)的安裝精度與準確定位將直接影響后序設(shè)備安裝和使用效果、產(chǎn)品質(zhì)量，特別是對于振動的大型機械與對振動限位要求較高的機械安裝，嚴重時還會對相應(yīng)工作人員的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成一定的威脅。因此，設(shè)備基礎(chǔ)精確安裝才能保證后續(xù)安裝工序正常有序地進行。常見的設(shè)備基礎(chǔ)的安裝方法有地腳螺栓預(yù)留孔二次灌漿法、二次預(yù)埋精調(diào)墊鐵法、預(yù)埋地腳螺栓法、無墊鐵安裝法、機械錨栓法等方法。

1 機械錨栓的定義、分類、用途

1.1 定義

錨栓是錨固在某基材內(nèi)，不僅可以與基材共同受力，同時也是起到連接作用的機械零件。機械錨栓是指靠膨脹擠壓、摩擦、機械咬合、鍵鎖等錨固機械原理設(shè)計的錨栓。

1.2 分類

根據(jù)材質(zhì)不同可以分為金屬錨栓與非金屬錨栓。一般混凝土、石材采用的是金屬錨栓，而砌塊常采用非金屬材料的錨栓?？砂村^固原理與控制方式進行劃分，其中按扭矩控制的錨栓有膨脹型、預(yù)擴孔型、自擴孔型，按位移控制的錨栓同樣有膨脹型、預(yù)擴孔型、自擴孔型這三種形式。

1.3 用途

由于它能在混凝土凝固達到一定強度發(fā)揮其后錨固作用并為工程上準確安裝的錨件帶來諸多好處，進而逐漸取代了預(yù)埋件。在核電站、橋梁支座安裝、廠房建筑的結(jié)構(gòu)及設(shè)備安裝等方面，獲得了顯著的效益，在大型的機械設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。

2 機械錨栓錨固機理及與預(yù)埋地腳螺栓的比較

2.1 錨固機理

一般的設(shè)備基礎(chǔ)采用混凝土結(jié)構(gòu)，常用膨脹型、擴孔型錨栓，所以下文將主要針對這類型錨栓的錨固機理進行介紹。膨脹錨栓通過預(yù)緊膨脹件對孔壁膨脹形成垂直于孔壁擠壓力及平行于孔壁的摩擦力。擠壓力與摩擦力的合力將在混凝土孔壁形成反作用力，當(dāng)錨栓所承擔(dān)的拉力逐漸增大時其作用半徑也不斷擴大并逐漸向上伸展，當(dāng)超過混凝土抗拉強度時混凝土就將形成裂縫開裂，迅速發(fā)展并產(chǎn)生倒錐體狀的失效破壞模式。根據(jù)錨栓抗拉、抗剪實驗發(fā)現(xiàn)主要有混凝土劈裂與錐體破壞、錨栓自身強度不足引起的破壞、錨栓整體錨固長度不夠被拔出失效破壞、部分零件穿出失效等破壞形式，在實際的工作中應(yīng)避免錨栓自身被拉壞與剪切破壞。7

在實際的工程結(jié)構(gòu)中，若錨栓承受一定頻率的動荷載，易在錨栓、錨栓與混凝土結(jié)合部位發(fā)生疲勞破壞，若錨栓同時受剪力作用時其疲勞強度將進一步降低，疲勞壽命也將隨之降低。此時錨栓的承載能力不能按照承受靜載來考慮，大量工程試驗經(jīng)驗表明，起主導(dǎo)作用的是疲勞破壞，因此錨栓疲勞在工程中受重復(fù)的荷載作用時必須加以考慮，方能保證設(shè)備機械正常運營使用。

2.2 機械錨栓與預(yù)埋地腳螺栓的比較

機械錨栓依靠混凝土鉆孔后的非粘結(jié)機械作用、機械摩擦、膨脹擠壓、咬合，對施工安裝精度有嚴格要求。其破壞模式主要是混凝土破壞與錨栓自身拔出、零件穿出及錨栓剪斷、拉斷。

地腳螺栓受力主要依靠與混凝土的粘結(jié)作用與咬合力、摩擦阻力，粘結(jié)作用的強弱直接影響地腳螺栓的錨固性能的發(fā)揮。其主要的破壞模式為強度不足引起的破壞、剛度不足引起的破壞、混凝土被劈裂。地腳螺栓的種類較多，其錨固機理與鋼筋在基礎(chǔ)中的錨固類似，常做成一定角度的彎鉤以提高錨固的效果，施工過程中必須固定好預(yù)埋螺栓的位置，避免施工過程中被擾動、移位、變形。預(yù)埋地腳螺栓規(guī)格多、數(shù)量大且安裝精度高，可將地腳螺栓劃分為固定與活動地腳螺栓、脹錨與粘結(jié)地腳螺栓四大類。其中固定地腳螺栓主要用于有很大振動和沖擊的設(shè)備基礎(chǔ)安裝中，而活動地腳螺栓則用于有強烈沖擊與振動的基礎(chǔ)安裝中，同時活動地腳螺栓拆卸方便，主要是由于承受較大的重復(fù)荷載作用，易產(chǎn)生疲勞破壞。對于脹錨地腳螺栓用于錨固承受靜載的簡單設(shè)備的基礎(chǔ)安裝中。

3 機械錨栓與地腳螺栓

3.1 機械錨栓

機械錨栓由螺栓、環(huán)形張口、墊片、螺母、推力套管五大部分組成，其造價較預(yù)埋地腳螺栓高，但是機械錨栓具有較高的負荷能力，安全性也比較高。應(yīng)用范圍比地腳螺栓的廣，可用于各種混凝土強度的設(shè)備基礎(chǔ)的錨固，并且可適用各種設(shè)備基礎(chǔ)的錨固，同時還具有耐高溫、耐磨、抗腐蝕、抗拉拔力大、抗震動等優(yōu)點。套管上有明顯的錨深標志，檢測起來更加方便，可提高安裝精度與安裝效率，縮短安裝的工期。由于錨栓錨固機理、使用條件、產(chǎn)品設(shè)計制造安裝要求的不同，影響錨固性能的因素比傳統(tǒng)鋼筋預(yù)埋件錨固性能要復(fù)雜得多。

對于化學(xué)錨栓耐高溫性弱、不可焊接，耐老化性、抗凍融性目前大都是依賴于實驗獲得數(shù)據(jù)，實際的工程數(shù)據(jù)較少，且不適用于承受動荷載的情況，甚至有時禁止使用，而機械錨栓具有耐高溫、可焊接的性能好，使得機械螺栓比化學(xué)螺栓具有更為廣闊的應(yīng)用前景。隨著科學(xué)技術(shù)與工業(yè)水平的發(fā)展，機械設(shè)備承受動荷載與荷載均較以前大，即使是靜載也比以前大，機械設(shè)備基礎(chǔ)的錨固區(qū)易出現(xiàn)疲勞破壞，機械螺栓的應(yīng)用范圍較化學(xué)螺栓與預(yù)埋地腳螺栓要大，機械錨栓也可以根據(jù)實際情況來定制所需的類型。機械錨栓施工精度較高且為干施工，施工完成后設(shè)備即可投運，施工周期較預(yù)埋地腳螺栓短，從而縮短設(shè)備成本等費用的回收與盈利時間。

3.2 預(yù)埋地腳螺栓施工工藝

目前，預(yù)埋地腳螺栓逐漸被應(yīng)用在了各種建筑基礎(chǔ)設(shè)備中，其中包括了混凝土設(shè)備基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)獨立混凝土基礎(chǔ)等，這種一般是通過預(yù)埋地腳螺栓的安裝設(shè)備或鏈接鋼結(jié)構(gòu)廠房為主體的，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的施工要求，必須要把握好預(yù)埋地腳螺栓施工的精度控制。然而長期以來，這種控制一直困擾著工程技術(shù)人員，是不能解決的一大難題，在工程施工過程中，很難達到國家規(guī)定這種技術(shù)的偏差要求與規(guī)范。

預(yù)埋地腳螺栓錨固方案的基本流程：將根據(jù)設(shè)計圖紙所制作的地腳螺栓驗收并組織進場與定位模板制作→調(diào)整安裝定位模板→利用定位測距儀、經(jīng)緯儀，測量定位出所需安裝的地腳螺栓的實際具體位置→支設(shè)具有足夠剛度與穩(wěn)定性的固定支架→按照設(shè)計方案的要求，安放預(yù)埋地腳螺栓→臨時固定→利用經(jīng)緯儀與水平儀認真復(fù)核地腳螺栓位置，滿足設(shè)計要求后再進行地腳螺栓的永久性固定→設(shè)備基礎(chǔ)的混凝土澆筑→定位模板拆除→設(shè)備基礎(chǔ)錨固的驗收交接。

在混凝土澆注前螺栓絲扣要用膠布纏好保護螺紋，混凝土澆注時需要監(jiān)理人員看護，落灰口不準對準螺栓，在整個基礎(chǔ)混凝土的澆筑過程中振動器不能碰到螺栓，以免影響預(yù)埋螺栓的水平位置與高程。澆注過程中必須控制好標高，將其誤差控制在許可的范圍內(nèi)，等混凝土澆筑完成后需要對預(yù)埋地腳螺栓兩側(cè)的混凝土抹平，這樣才能便于設(shè)備安裝后期的灌漿施工以達到機械設(shè)備的基礎(chǔ)安裝錨固的要求。

采用該方案施工的主要優(yōu)點是操作便捷，節(jié)約工期，具有可調(diào)節(jié)性與可拆卸性強，其缺點是對于偏差尺寸較大的地腳螺栓，對其偏差調(diào)整十分的困難，只有在施工精度要求較高時，才可以達到所需安裝精度的要求。若采用地腳螺栓預(yù)留孔二次灌漿法進行安裝時則預(yù)留孔的大小、灌漿質(zhì)量都將嚴重影響地腳螺栓與設(shè)備基礎(chǔ)的連接強度，同時灌漿是后期灌入的，新舊混凝土能否很好地結(jié)合在一起工作至關(guān)重要，在反復(fù)的荷載作用下易產(chǎn)生疲勞破壞與松動，進而影響設(shè)備的正常使用與安全。二次灌漿層混凝土凝固后，待混凝土達到一定強度后再把地腳螺栓擰緊，另一種為混凝土后期強度承壓法。

3.3 預(yù)埋地腳螺栓安裝施工的質(zhì)量控制

螺栓預(yù)埋安裝后，采用預(yù)先制作的螺栓安裝模板對地腳螺栓的螺栓間距進行復(fù)核，對存在偏差的進行相應(yīng)地調(diào)整。在設(shè)備基礎(chǔ)安裝過程中應(yīng)做到邊安裝邊根據(jù)設(shè)計位置尺寸校核安裝位置，對于出現(xiàn)的誤差做到及時的調(diào)整。在螺栓安裝的過程中必須做到每個螺栓與螺母的配套使用以免出現(xiàn)亂扣等問題。控制好預(yù)埋螺栓標高，用水平儀測量安裝的基準標高，在設(shè)備基礎(chǔ)安裝后再進行復(fù)核?？刂坪玫啬_螺栓的垂直度，應(yīng)采用經(jīng)緯儀校核垂直度，將其垂直度偏差控制在0.1%以內(nèi)。在整個設(shè)備基礎(chǔ)的安裝過程中必須要做好設(shè)備基礎(chǔ)的安裝監(jiān)理工作，這是設(shè)備基礎(chǔ)安裝滿足要求的一種重要環(huán)節(jié)。

一些機械設(shè)備對某幾項施工控制的精度值非常敏感。因此在施工安裝過程中必須嚴格控制相關(guān)的項目，以滿足后期機械設(shè)備的生產(chǎn)實際需求及生產(chǎn)人員的舒適度需求，因此必須控制好預(yù)埋地腳螺栓的標高、垂直度、機械設(shè)備基礎(chǔ)的中心及機械設(shè)備的水平度等。

近年來有些項目中存在一定的進口設(shè)備如電力項目等，設(shè)備到貨后才能預(yù)埋螺栓，這樣將導(dǎo)致螺栓預(yù)埋的時間較長。同時，預(yù)埋螺栓后灌漿也容易對設(shè)備造成一定污染，設(shè)備運營需等灌漿達到一定強度，不然容易造成漿體開裂而達不到錨固設(shè)備的作用。

3.4 地腳螺栓的偏差處理方法

建筑施工過程中的精度要求遠低于設(shè)備基礎(chǔ)安裝的精度，因此地腳螺栓常常出現(xiàn)平面布置偏差和標高偏差。平面位置偏差的處理方法主要是調(diào)整孔法、烘烤煨彎法、過度框架法、換埋法、鉆孔更換法。地腳螺栓標高偏差的處理方法常常采用墊片法、接長法、套絲接長法。

4 結(jié) 語

在實際的工程中，應(yīng)根據(jù)具體的項目要求選擇何種錨固方式，即是采用機械錨栓還是預(yù)埋地腳螺栓等，應(yīng)從安全可靠、施工簡便、施工工期、造價成本、綜合性能等方面進行綜合分析后作出抉擇。該文對機械錨栓的定義、分類、用途進行了簡單的介紹，隨之介紹了機械錨栓的組成、優(yōu)點、與地腳螺栓的對比及地腳螺栓的施工與常見問題的處理，獲得了一些有益的結(jié)論，希望對以后的大型機械設(shè)備基礎(chǔ)安裝有一定參考意義。

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