索道基礎(chǔ)地腳螺栓施工技術(shù)要點

張喻捷

北京起重運輸機械設(shè)計研究院有限公司 北京 100007

0 引言

客運索道是常見的高山運輸設(shè)備，具有速度快、運量大、地形適應(yīng)性高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點[1]，但其結(jié)構(gòu)跨距長、施工地形復雜、施工工期緊張等特點也對客運索道的設(shè)計和施工提出了挑戰(zhàn)。因此，鋼結(jié)構(gòu)以其自重輕、強度高、塑性韌性好、便于運輸及安裝等優(yōu)勢成為了客運索道結(jié)構(gòu)，尤其是線路支架中最常采用的結(jié)構(gòu)形式。

如圖1所示，上部采用鋼結(jié)構(gòu)圓管支架，下部采用鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，支架同基礎(chǔ)之間通過預埋地腳螺栓連接，是索道線路支架最常采用的結(jié)構(gòu)組合形式[2]。作為連接上下部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，地腳螺栓的施工質(zhì)量及安裝情況不僅關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全，更會直接影響后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)支架安裝及索道整體線路的精度。精確并且符合規(guī)范要求的地腳螺栓預埋施工，是滿足后續(xù)施工精度和工期、滿足結(jié)構(gòu)安全的重要保障。

圖1 典型索道線路支架組合結(jié)構(gòu)

本文從支架結(jié)構(gòu)出發(fā)，針對索道線路特點，以線路支架基礎(chǔ)為例，結(jié)合相關(guān)規(guī)范及現(xiàn)場施工經(jīng)驗，對常見索道基礎(chǔ)的地腳螺栓施工技術(shù)要點進行了總結(jié)，為類似大型設(shè)備預埋件的施工提供參考。

1 索道基礎(chǔ)地腳螺栓

1.1 索道柱腳結(jié)構(gòu)形式

如圖2所示，一般鋼結(jié)構(gòu)建筑物或構(gòu)筑物常用柱腳形式包括外露式、外包式、埋入式、插入式4類[3，4]，索道線路支架一般采用帶二次灌漿層的外露式柱腳。

圖2 常見鋼結(jié)構(gòu)柱腳

1.2 索道基礎(chǔ)用地腳螺栓

根據(jù)受力大小、使用位置、環(huán)境溫度的不同，索道中使用的地腳螺栓按材質(zhì)可分為Q235-B、Q235-D、Q355-B、Q355-D 等，按規(guī)格可分為M24、M36、M42、M48等；普通索道線路支架一般采用鋼結(jié)構(gòu)圓管。因此，單根支架柱底的地腳螺栓呈圓環(huán)狀均勻分布在底法蘭內(nèi)(見圖3a)，柱底螺栓群中地腳螺栓一般數(shù)量較多，根據(jù)圓管的截面直徑不同，數(shù)量為4～24根不等；根據(jù)使用工況，單根地腳螺栓的長度為1 500～2 000 mm。

圖3 索道用地腳螺栓示意圖

隨著索道運量需求的增大、索道線路長度的增加以及大跨度、復雜地形索道的增多，索道對線路支架及基礎(chǔ)地腳螺栓的性能要求越來越高。目前一般索道線路基礎(chǔ)的地腳螺栓以Q355-B/Q355-D材質(zhì)、M42規(guī)格的地腳螺栓最常見。

2 索道基礎(chǔ)地腳螺栓施工難點

與普通鋼結(jié)構(gòu)建筑物或構(gòu)筑物地腳螺栓施工相比，索道結(jié)構(gòu)工程具有施工跨度大（通常的大型脫掛索道線路長度可達2 000 m以上）、施工環(huán)境惡劣（多數(shù)旅游索道建設(shè)于地形陡峭的山區(qū)）、施工精度要求高等特點。相較于普通鋼結(jié)構(gòu)，線路精度的控制是整個索道建設(shè)工程中最重要的環(huán)節(jié)。合格的索道工程不僅要保證各個支架基礎(chǔ)處在同一直線，更要保證基礎(chǔ)頂面(預埋件中心)的高程符合要求，故地腳螺栓的預埋和安裝是保證索道精度控制的重要工序。索道支架基礎(chǔ)地腳螺栓的施工主要難點有：

1）索道線路較長(一般在1 000 m以上)，線路中間設(shè)置支架多（大型脫掛索道線路支架在10個以上），單個支架基礎(chǔ)地腳螺栓預埋出現(xiàn)錯誤后會使安裝誤差逐漸累加，造成整體線路直線度出現(xiàn)巨大偏差；

2）索道工程常見的建設(shè)場地有高山、峽谷、陡坡、懸崖等，大型機械難以進入，線路基礎(chǔ)施工難度大；

3）對索道土建工程而言，基坑開挖、基礎(chǔ)澆筑和地腳螺栓施工三者是密不可分的整體，基坑開挖、基礎(chǔ)澆筑的良好施工是后續(xù)準確定位地腳螺栓、保證整體精度的基礎(chǔ)，故前序土建施工的影響不可忽視；

4）索道基礎(chǔ)短柱內(nèi)鋼筋一般較密，地腳螺栓組的擺放、調(diào)整空間狹小，施工難度較大[5]；

5）索道支架一般為圓管支架，對應(yīng)的底法蘭地腳螺栓為圓形排列，單組螺栓之間的尺寸定位比矩形排列螺栓組更困難；

6）有傾斜角度的支架，其對應(yīng)基礎(chǔ)為直柱斜頂基礎(chǔ)，與普通直柱平頂基礎(chǔ)相比，斜頂基礎(chǔ)需要保證地腳螺栓組與基頂斜率對應(yīng)，斜率和角度的控制一定程度上加大了地腳螺栓的施工難度，圖4為常見非垂直支架對應(yīng)的斜頂面基礎(chǔ)；

圖4 支架直柱斜頂基礎(chǔ)

7）索道支架基礎(chǔ)單根地腳螺栓的長度較長，插入混凝土體內(nèi)的長度最大可達2 000 mm，人工操作精確定位有一定難度。

3 索道基礎(chǔ)地腳螺栓施工流程

索道支架基礎(chǔ)地腳螺栓的施工流程及工藝主要由前序土建施工、地腳螺栓加工、定位和測量、定位模板安裝、地腳螺栓固定、基礎(chǔ)混凝土澆筑等組成[6]。

在地腳螺栓施工中，任何一道工序的失誤都可能導致索道整體安裝的失敗。其中，前序土建施工是進行地腳螺栓預埋工作的基礎(chǔ)，只有完成了基礎(chǔ)模板支護和鋼筋骨架的綁扎工作，地腳螺栓才具備施工條件；而定位和測量工作則是貫穿索道基礎(chǔ)地腳螺栓施工甚至是整個索道工程始終的關(guān)鍵性工作。圖5為索道基礎(chǔ)地腳螺栓施工的具體流程圖。

圖5 索道基礎(chǔ)地腳螺栓安裝流程圖

4 索道基礎(chǔ)地腳螺栓施工技術(shù)要點

4.1 地腳螺栓安裝前的準備工作

根據(jù)材質(zhì)、規(guī)格及尺寸不同，不同種類索道用地腳螺栓之間差別較大，設(shè)計人員在給加工廠提加工委托單之前需反復核實相關(guān)要求及加工參數(shù)，尤其要注意地腳螺栓宜選擇D系列材質(zhì)，以避免普通鋼螺桿在低溫下的冷脆破壞。

為了減少工期，索道前序的土建工程包括基坑開挖、鋼筋綁扎、模板支護等工作，會在地腳螺栓加工的同時同步開展。當然，地腳螺栓的預埋工作本身也是索道基礎(chǔ)工程的一部分，前序工作完成之后才可以進行地腳螺栓的安裝工作。同時，因為索道線路的整體性，以及其對線路直線度的要求，基坑定位準確與否將對后續(xù)施工產(chǎn)生很大的影響?；佣ㄎ黄钚?，基礎(chǔ)鋼筋籠放置準確，給后續(xù)地腳螺栓的施工留有更大的調(diào)節(jié)空間。

鑒于索道場地建設(shè)的特殊性，一般施工前需由安裝隊先進行貨運索道的架設(shè)，用以運送施工原料及安裝工具，這也是索道施工同普通鋼結(jié)構(gòu)施工的區(qū)別之一。

4.2 定位和測量

索道的定位工作可分別為測量控制網(wǎng)、設(shè)備中心線、螺栓組中心線、螺栓具體位置等。測量工作是定位工作的基礎(chǔ)。索道工程對于精度的要求非常高，對于精度的控制往往需要精確到毫米級別[7](見表1)，故測量是索道工程中最重要的環(huán)節(jié)之一。在地腳螺栓的施工中，根據(jù)基礎(chǔ)混凝土澆筑與否定位和測量工作可分為澆筑前、澆筑中和澆筑后3個階段[8]，在基礎(chǔ)施工完畢后、支架安裝前仍需對基礎(chǔ)及地腳螺栓進行復測工作。

1）澆筑前測量 地腳螺栓施工時的第一道測量工作是基坑開挖完成、基礎(chǔ)鋼筋籠綁扎完畢、基礎(chǔ)模板支護完成后，混凝土澆筑前，進行對前序工作的復測工作，即澆筑前測量。地腳螺栓組的定位需要通過基礎(chǔ)短柱鋼筋骨架或基礎(chǔ)模板進行固定或參照。所以，地腳螺栓組固定前一般先使用水準儀、經(jīng)緯儀或全站儀對表1中1～7項進行粗測，保證鋼筋骨架下放位置準確。

表1 索道基礎(chǔ)及地腳螺栓允許偏差

2）澆筑中測量 當澆筑前測量無誤，定位模板安裝和地腳螺栓固定完成后，即可開始基礎(chǔ)混凝土的澆筑工作。在混凝土的澆筑過程中，振動泵振搗、混凝土從高處澆落、混凝土水化熱釋放等因素會對預埋螺栓的位置產(chǎn)生較大影響，如果控制不好會導致整體誤差嚴重超限。因此，在混凝土的澆筑過程中，施工人員必須時刻跟蹤每組地腳螺栓的位置、標高、垂直度等參數(shù)，當混凝土澆筑到地腳螺栓長度的1/3時應(yīng)對螺栓進行一次復查，測量發(fā)現(xiàn)偏移時應(yīng)及時利用手拉葫蘆等工具同步校正。

3）澆筑后測量 在混凝土澆筑完成后、初凝完成前，地腳螺栓仍可能因混凝土的收縮、變形等因素產(chǎn)生位置變化。施工人員需要再一次對每一組地腳螺栓進行測量，確保軸線位置及標高符合規(guī)范及設(shè)計要求。這一步的測量工作至關(guān)重要，因為在混凝土初凝之前發(fā)現(xiàn)偏差，混凝土沒有完全硬化，地腳螺栓仍然具有調(diào)節(jié)的可能，施工人員可以對偏差較大的地腳螺栓進行補救。

4）安裝前測量 地腳螺栓施工過程中涉及到的測量工作理論上在前3步測量中已經(jīng)完成。在混凝土澆筑后直到支架安裝前，仍會有一些人為或環(huán)境因素導致地腳螺栓產(chǎn)生位置偏差。因此，在支架安裝前，一般仍要求施工人員在對基礎(chǔ)及地腳螺栓組進行一次復測。

4.3 定位模板安裝

對于單組地腳螺栓數(shù)目較多的設(shè)備，直接對地腳螺栓進行定位安裝比較困難，通常會采取不同的輔助措施進行定位。主要有3種固定方式：獨立支架上端固定模板法、基礎(chǔ)自身固定模板法、預留孔洞二次澆筑法。

獨立支架上端固定模板法安裝地腳螺栓需要額外搭設(shè)獨立支架、安裝水平支撐鋼管，由于基礎(chǔ)高度的差異，這些額外搭建的支架、鋼管等可重復利用性往往不高；預留二次孔洞澆筑法浪費人力，重復作業(yè)部分較多，而且后期調(diào)整余量不夠，故在索道基礎(chǔ)施工中一般采用基礎(chǔ)自身固定模板法，

地腳螺栓通過頂部預留螺紋及螺母固定于定位模板上，定位模板為雙層環(huán)形鋼板，其直徑大小與支架底法蘭直徑一致，每隔90°均布焊有4根槽形鋼板，作為定位模板的支撐臂?；A(chǔ)模板或鋼筋骨架可作為地腳螺栓定位模板的支撐載體，利用4個槽形支撐臂，可將定位模板直接固定于開口支護模板上，也可通過將支撐臂同鋼筋骨架點焊的方式，完成定位模板的固定。

定位環(huán)板定位前，可先在基礎(chǔ)鋼筋上劃好定位十字線或在模板上畫好標記，通過定位十字線或標記調(diào)整位置并進行找平或調(diào)整角度，同時用全站儀等進行復合。該方法不需要搭設(shè)獨立支架，施工方便，定位模板能標準化加工且可重復利用。圖6為索道定位模板安裝示意圖。

圖6 索道基礎(chǔ)地腳螺定位模板安裝

4.4 地腳螺栓固定

在完成定位模板的安裝固定后，螺栓組中心的位置、角度、標高均已確定，此時可將螺桿用上部螺帽初步固定于定位模板上，同時利用螺帽調(diào)節(jié)地腳螺栓的標高和露頭高度，最后擰緊螺帽，固定地腳螺栓。

需要注意的是，基礎(chǔ)澆筑前要在地腳螺栓螺紋部分涂上黃油或廢機油，包上布料或油紙，并加套管保護，套管可用比螺桿大一號的PVC塑料管或定制的橡膠管套，以保護地腳螺栓螺紋在基礎(chǔ)澆筑過程中不被混凝土或其他雜質(zhì)污染，有效保護螺紋不被環(huán)境腐蝕。

4.5 基礎(chǔ)混凝土澆筑

在完成地腳螺栓的定位、固定工作后，即可進行基礎(chǔ)混凝土的澆筑，將混凝土澆筑至二次灌漿層線，待混凝土硬化后即可拆除定位模板，支架安裝完畢后再用無收縮細石混凝土進行二次灌漿。圖7為索道基礎(chǔ)澆筑及地腳螺栓安裝示意圖。

圖7 索道基礎(chǔ)澆筑及地腳螺栓連接示意圖

相比建筑基礎(chǔ)，索道支架對應(yīng)的獨立基礎(chǔ)埋深較深，一般都在3 m以上。在澆筑混凝土時，輸送泵管不可直接在螺栓組上方下料，應(yīng)盡量避開定位模板及螺栓，避免混凝土下落撞擊導致螺栓的偏移，對高度較高的基礎(chǔ)，必要時可采用分段澆筑的方式。澆筑過程中應(yīng)保持對螺栓組的測量和監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)偏差及時糾正。為確保地腳螺栓的使用質(zhì)量、防止地腳螺栓受力偏移，基礎(chǔ)在混凝土強度達到75%以上時才可使用。

5 結(jié)語

針對索道基礎(chǔ)地腳螺栓施工的獨有特點及存在問題，本文對其施工工藝及技術(shù)要點產(chǎn)開了詳細介紹與分析，提出了對應(yīng)的施工方法。上述施工方法已在多項索道工程中得到了應(yīng)用，取得了良好效果。