大跨度異形鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋螺栓精準(zhǔn)定位技術(shù)研究

弓秀梅

（山西八建集團(tuán)有限公司， 山西 太原 030027）

目前， 功能齊全、 造型獨(dú)特的公共建筑日益興起， 高標(biāo)準(zhǔn)、 高質(zhì)量的建造已成為新時(shí)期建筑業(yè)的時(shí)代主流， 創(chuàng)優(yōu)理念植根于企， 質(zhì)量意識(shí)深入人心。 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)是裝配式建筑高質(zhì)量發(fā)展的有利保障， 現(xiàn)場(chǎng)的精準(zhǔn)施工是高質(zhì)量發(fā)展的前提。 對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)而言， 預(yù)埋螺栓是施工的第一步， 其定位的精準(zhǔn)度決定了主體鋼構(gòu)件安裝的難易、 工期和質(zhì)量， 重要性不言而喻。

某項(xiàng)目是一座集多功能展廳、 會(huì)議、 洽談、 辦公等功能的大型會(huì)展中心， 地上一層， 局部?jī)蓪樱?總建筑面積65000m。 該工程占地面積較大， 是一座平面跨度大、 多圓心組成的不規(guī)則扇形鋼框架結(jié)構(gòu)， 其弧線測(cè)量放線多， 平面控制網(wǎng)的測(cè)設(shè)， 每個(gè)獨(dú)立柱的定向等測(cè)量難度大， 鋼柱安裝精度是整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量的關(guān)鍵， 而預(yù)埋螺栓安裝精度直接影響著鋼柱的安裝質(zhì)量， 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋螺栓高精控制在本項(xiàng)目中尤為重要， 因此針對(duì)本難點(diǎn)展開預(yù)埋螺栓精準(zhǔn)定位的技術(shù)研究。

針對(duì)本工程， 預(yù)埋螺栓的精準(zhǔn)定位難點(diǎn)分析如下。

1） 平面為不規(guī)則的異形平面， 每根柱子的方向各異， 每條螺栓的角度各不相同， 兩方向的坐標(biāo)無規(guī)律可循， 因此常規(guī)的采用控制線測(cè)放預(yù)埋螺栓位置的方法不可行。

2） 本工程體量較大， 預(yù)埋螺栓總計(jì)1844 條， 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的施工部署， 各施工段交叉施工較多， 同時(shí)出現(xiàn)螺栓定位的頻率較高， 定位測(cè)量及復(fù)核的工作量比較大。

3） 柱腳承臺(tái)高度1.5m， 承臺(tái)上下層鋼筋網(wǎng)片凈距為1.32m， 預(yù)埋螺栓在承臺(tái)的錨固長(zhǎng)度為900mm，螺栓不能從承臺(tái)底生根， 且不能與下層鋼筋網(wǎng)片固定， 處于“懸浮” 狀態(tài)。 螺栓間距為800mm， 相互間連接的穩(wěn)定性較差。

4） 平面占地大， 從基準(zhǔn)點(diǎn)引測(cè)多個(gè)控制樁形成的測(cè)量誤差較大。

5） 采用常規(guī)的全站儀測(cè)量定位， 在螺栓的定位、測(cè)量及復(fù)核等環(huán)節(jié)中會(huì)形成多次架設(shè)儀器， 多次測(cè)量形成的測(cè)量誤差相對(duì)較大。

綜合以上難點(diǎn)， 為保證預(yù)埋螺栓的精準(zhǔn)度做出了反復(fù)的分析和研究。

1） 建立高精度控制網(wǎng)， 在現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)穩(wěn)定的地點(diǎn)設(shè)立強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩， 按照規(guī)范要求測(cè)設(shè)閉合導(dǎo)線，控制點(diǎn)能夠覆蓋基礎(chǔ)施工至屋蓋系統(tǒng)施工， 且貫穿于鋼結(jié)構(gòu)施工始末， 為項(xiàng)目施工放樣提供準(zhǔn)確可靠的控制點(diǎn)， 提升鋼構(gòu)件安裝精度。

2） 自主設(shè)計(jì)的預(yù)埋螺栓定位支架及定位板， 該預(yù)埋螺栓定位支架由角鋼定位支架、 定位板兩部分組成。 豎向定位支架與上部水平支撐架承插連接， 上部水平支撐架與定位板通過螺栓連接， 拆卸方便， 上部水平支撐架與定位板可重復(fù)周轉(zhuǎn)。

3） 測(cè)量放線采用萊卡TS16 1 秒級(jí)測(cè)量機(jī)器人，該儀器安裝有伺服馬達(dá)、 自動(dòng)化高、 能夠自動(dòng)鎖定目標(biāo)棱鏡， 萊卡的自動(dòng)照準(zhǔn)技術(shù)， 無需人工微調(diào)照準(zhǔn)，大大地提升了導(dǎo)線測(cè)設(shè)及施工放樣的效率及精度； 同時(shí)使用萊卡GS15 手簿以及Leika Captivate機(jī)載軟件，可以和CAD、 BIM技術(shù)等軟件相結(jié)合， 導(dǎo)入CAD圖形與BIM模型可以放樣模型內(nèi)任意平面與三維坐標(biāo)點(diǎn)， 精度及效率得到很大的提升。

通過以上分析研究， 異形平面鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)螺栓的預(yù)埋時(shí)， 角鋼支撐架穩(wěn)定性較好， 具有足夠的強(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定性， 從而保證混凝土澆筑完成后地腳螺栓的水平位移和標(biāo)高偏值在規(guī)范要求的范圍內(nèi)， 且可能實(shí)現(xiàn)高于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的精準(zhǔn)要求。 該系統(tǒng)與下部澆筑部位可實(shí)現(xiàn)拆卸， 拆卸方便， 可反復(fù)周轉(zhuǎn)使用， 節(jié)約成本， 達(dá)到綠色節(jié)能環(huán)保目的。

1 工藝流程（如圖1所示）

圖1 工藝流程圖

2 施工順序及要點(diǎn)

2.1 高精度控制網(wǎng)的建立

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)， 控制網(wǎng)的建立需長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮， 布設(shè)的控制點(diǎn)能夠覆蓋基礎(chǔ)施工至屋蓋系統(tǒng)施工， 且貫穿于鋼結(jié)構(gòu)施工始末。 對(duì)此項(xiàng)目部在現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)穩(wěn)定的地點(diǎn)設(shè)立強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩， 按照規(guī)范要求測(cè)設(shè)閉合導(dǎo)線， 為項(xiàng)目施工放樣提供準(zhǔn)確可靠的控制點(diǎn)， 提高測(cè)量精度（如圖2）。

圖2 導(dǎo)線測(cè)設(shè)布置圖

2.1.1 平面控制測(cè)量

根據(jù)本項(xiàng)目的特點(diǎn)以及工程的需要制定現(xiàn)場(chǎng)平面控制測(cè)量方案。 首先在適宜聯(lián)測(cè)及地基穩(wěn)定的地點(diǎn)埋設(shè)控制點(diǎn)， 為了保證全施工周期內(nèi)控制點(diǎn)的精度， 場(chǎng)內(nèi)C1、 C2、 C8 控制點(diǎn)為本場(chǎng)內(nèi)首級(jí)控制點(diǎn)， 采用鋼筋混凝土預(yù)制管樁， 夯入地下35m， C3、 C4、 C5、C6、 C7 為深挖混凝土現(xiàn)澆擴(kuò)大基礎(chǔ)， 做好控制點(diǎn)的防護(hù)及警示標(biāo)牌避免破壞， 以保證控制點(diǎn)的穩(wěn)定。

控制點(diǎn)均采用強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)裝置， 避免人為對(duì)中出現(xiàn)的粗差， 本裝置可以做到對(duì)中誤差小于0.1mm，大大提高了控制網(wǎng)的精度及可靠性， 為本工程施工提供可靠的測(cè)量成果。

圖3 萊卡高精度對(duì)中基座、 圓棱鏡

2.1.2 高程控制測(cè)量

場(chǎng)內(nèi)控制點(diǎn)埋設(shè)完成后， 待控制點(diǎn)混凝土基礎(chǔ)穩(wěn)定后立即組織水準(zhǔn)測(cè)量工作。 按照《工程測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 50026—2020 的要求執(zhí)行二等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。 儀器采用DS05， 尺墊為5Kg規(guī)格。 標(biāo)尺為銦鋼尺。 正式實(shí)測(cè)前要對(duì)儀器的i角進(jìn)行校核， 合格方能進(jìn)行下一步工作。

水準(zhǔn)測(cè)量過程中要嚴(yán)格遵照規(guī)范要求， 視線長(zhǎng)度不能超過50.0m， 前后視距的距離較差小于1.5m， 前后視距的距離較差累計(jì)小于3.0m， 視線離地面最低高度大于0.55m， 基輔面觀測(cè)的高差較差小于0.mm。水準(zhǔn)測(cè)量工作完成后要有專人對(duì)測(cè)段進(jìn)行復(fù)測(cè)檢查，保證數(shù)據(jù)成果的可靠性， 為本工程的精確定位提供高精度的成果。

2.2 定位架及定位板的設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙， 對(duì)所有的預(yù)埋螺栓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并計(jì)算， 設(shè)計(jì)圖如圖4、 5、 6。

圖4 萊卡TS16 1″導(dǎo)線測(cè)量

圖4 支架上部構(gòu)造圖

圖5 支架下部構(gòu)造圖

圖6 支架立面圖

定位板架制作按下圖： （b 為地腳螺栓中心距）

定位板采用6mm厚的鋼板按照設(shè)計(jì)尺寸由機(jī)床切割而成， 定位板上部刻有十字定位線（如圖7）。

圖7 定位板平面尺寸圖

2.3 支撐框架位置放線、 安裝

將支架安裝在精準(zhǔn)放線的定位框內(nèi)， 并用水準(zhǔn)儀將支架標(biāo)高找平后將支架底部用M12*60 的膨脹螺栓固定在墊層上。

2.4 水平支撐框架安裝， 十字控制線測(cè)設(shè)， 定位板安裝

安裝支撐架上部水平支撐框， 支撐架上部十字定位線測(cè)量， 十字定位線測(cè)設(shè)完成后， 安裝定位板， 定位板安裝時(shí)將定位板上的十字控制線與支撐架上部的十字線對(duì)齊， 最后通過支架上部4 個(gè)M12*60 的螺栓進(jìn)行固定， 固定完成后安裝預(yù)埋螺栓并固定。

標(biāo)高引測(cè)， 預(yù)埋螺栓安裝。 預(yù)埋螺栓安裝后對(duì)每個(gè)螺栓進(jìn)行精準(zhǔn)復(fù)核， 確保每個(gè)螺栓的偏差不超過3mm后將螺栓固定（如圖8、 9、 10 所示）。

圖8 定位板安裝

圖9 定位螺栓固定

圖10 定位螺栓復(fù)核成

基礎(chǔ)承臺(tái)鋼筋綁扎、 模板支設(shè)、 混凝土澆筑。 整個(gè)施工過程中不得對(duì)已固定的定位架及定位板猛烈的碰撞， 以免造成位移。

拆除水平支撐架及定位板周轉(zhuǎn)至下個(gè)承臺(tái)。

3 材料與設(shè)備

3.1 所需材料見下表1。

表1 材料表

3.2 所需主要設(shè)備見表2

表2 主要設(shè)備表

4 質(zhì)量控制

4.1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

1） 符合現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》 GB 50204—2015， 定位支架的加工制作執(zhí)行現(xiàn)行的《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》 GB 50205—2020要求； 2） 放線定位等盡量在無太陽強(qiáng)光照射、 無大風(fēng)、 無振動(dòng)干擾的條件下測(cè)定； 3） 允許偏差和檢查方法（見表3）。

表3 允許偏差和檢查方法

4.2 質(zhì)量保證措施

1） 要求測(cè)量定位準(zhǔn)確， 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋螺栓定位裝置安裝時(shí)采用帶線安裝， 嚴(yán)格控制螺栓位置； 2） 堅(jiān)持對(duì)原材料進(jìn)行進(jìn)貨檢驗(yàn)和進(jìn)場(chǎng)后的試驗(yàn)報(bào)檢， 確保相關(guān)材料符合規(guī)范要求； 3） 編制完善的定位工具制作、 安裝拆除、 砼作業(yè)的技術(shù)交底， 嚴(yán)格按照技術(shù)交底要求操作， 保證工序操作質(zhì)量； 4） 施工過程中管理人員嚴(yán)格監(jiān)督施工過程， 發(fā)現(xiàn)不按照相關(guān)交底施工的及時(shí)進(jìn)行糾正， 并隨時(shí)監(jiān)測(cè)定位準(zhǔn)確性， 及混凝土澆筑的規(guī)范性。

5 綜合成效

1） 通過對(duì)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋螺栓精準(zhǔn)定位技術(shù)的研究， 有效的保證了預(yù)埋螺栓的定位精度。 通過對(duì)工程預(yù)埋1844 條螺栓復(fù)核統(tǒng)計(jì)， 偏差±3mm僅兩處，占比不足1.1‰， 偏差±2mm占比36%， 其余均在±2mm以內(nèi)， 高效的實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)， 為異形鋼結(jié)構(gòu)等重難點(diǎn)項(xiàng)目的施工積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2） 通過對(duì)預(yù)埋螺栓精準(zhǔn)定位的技術(shù)研究， 較好的掌握了測(cè)量機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)， 通過應(yīng)用結(jié)合BIM施工測(cè)量、 BIM模型放樣和檢核BIM項(xiàng)目的高效系統(tǒng)， 并與MAGNET系列辦公室軟件、 手簿軟件以及各種BIM軟件無縫集成， 在保證測(cè)量方面從厘米級(jí)縮小到毫米級(jí)， 為施工環(huán)節(jié)的精確實(shí)施提供保障。

6 結(jié)語

現(xiàn)代大型公建構(gòu)造越來越新穎獨(dú)特， 超大空間跨度和異型的結(jié)構(gòu)類型構(gòu)造給現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與校正工作提出了更高的要求， 施工難度更大。 精益求精的建造理念讓施工管理人員實(shí)實(shí)步步精準(zhǔn)控制， 因此精準(zhǔn)定位、精準(zhǔn)測(cè)量及技術(shù)創(chuàng)新在異型超大跨度鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目中的應(yīng)用是非常必要的。 項(xiàng)目望通過本工程異形鋼結(jié)構(gòu)的試點(diǎn)研究及應(yīng)用， 總結(jié)基于預(yù)埋螺栓精準(zhǔn)測(cè)量的研究成果， 為超異型超大空間鋼結(jié)構(gòu)等重難點(diǎn)項(xiàng)目的施工保駕護(hù)航。