機械錨栓系統在設備基礎安裝上的應用

嚴 勇

（湖北省電力勘測設計院，武漢 430040）

近年來我國的經濟迅速發展，大型工業機械設備越來越頻繁地應用于工程實踐中，這些設備的單機重量大，臺數越來越多，設備基礎所承擔的荷載無論是動載還是靜載都比以前有較大的提高，因此設備基礎的快速準確安裝至關重要。機械設備整個安裝項目較多，同時安裝精度較高、過程繁雜，只有認真的工作態度和嚴格規范的操作才能獲得優良的安裝質量，這就要求各個安裝環節中的施工人員、管理人員都要有端正的態度，專業技術扎實。

設備基礎設計是服務于各種各樣工業與民用設備的附屬設計，小型設備可直接以地面或樓面做基礎，大型設備及精密設備的基礎必須獨立做成框架式、墻式或大塊式。設備基礎已成為工業建筑的關鍵組成部分，設備基礎的安裝精度與準確定位將直接影響后序設備安裝和使用效果、產品質量，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，嚴重時還會對相應工作人員的生命財產安全構成一定的威脅。因此，設備基礎精確安裝才能保證后續安裝工序正常有序地進行。常見的設備基礎的安裝方法有地腳螺栓預留孔二次灌漿法、二次預埋精調墊鐵法、預埋地腳螺栓法、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，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計的錨栓。

1.2 分類

根據材質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、預擴孔型、自擴孔型，按位移控制的錨栓同樣有膨脹型、預擴孔型、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，進而逐漸取代了預埋件。在核電站、橋梁支座安裝、廠房建筑的結構及設備安裝等方面，獲得了顯著的效益，在大型的機械設備中得到廣泛的應用。

2 機械錨栓錨固機理及與預埋地腳螺栓的比較

2.1 錨固機理

一般的設備基礎采用混凝土結構，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，當錨栓所承擔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，當超過混凝土抗拉強度時混凝土就將形成裂縫開裂，迅速發展并產生倒錐體狀的失效破壞模式。根據錨栓抗拉、抗剪實驗發現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，在實際的工作中應避免錨栓自身被拉壞與剪切破壞。7

在實際的工程結構中，若錨栓承受一定頻率的動荷載，易在錨栓、錨栓與混凝土結合部位發生疲勞破壞，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，大量工程試驗經驗表明，起主導作用的是疲勞破壞，因此錨栓疲勞在工程中受重復的荷載作用時必須加以考慮，方能保證設備機械正常運營使用。

2.2 機械錨栓與預埋地腳螺栓的比較

機械錨栓依靠混凝土鉆孔后的非粘結機械作用、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作用與咬合力、摩擦阻力，粘結作用的強弱直接影響地腳螺栓的錨固性能的發揮。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埋螺栓的位置，避免施工過程中被擾動、移位、變形。預埋地腳螺栓規格多、數量大且安裝精度高，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備基礎安裝中，而活動地腳螺栓則用于有強烈沖擊與振動的基礎安裝中，同時活動地腳螺栓拆卸方便，主要是由于承受較大的重復荷載作用，易產生疲勞破壞。對于脹錨地腳螺栓用于錨固承受靜載的簡單設備的基礎安裝中。

3 機械錨栓與地腳螺栓

3.1 機械錨栓

機械錨栓由螺栓、環形張口、墊片、螺母、推力套管五大部分組成，其造價較預埋地腳螺栓高，但是機械錨栓具有較高的負荷能力，安全性也比較高。應用范圍比地腳螺栓的廣，可用于各種混凝土強度的設備基礎的錨固，并且可適用各種設備基礎的錨固，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、產品設計制造安裝要求的不同，影響錨固性能的因素比傳統鋼筋預埋件錨固性能要復雜得多。

對于化學錨栓耐高溫性弱、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據，實際的工程數據較少，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螺栓具有更為廣闊的應用前景。隨著科學技術與工業水平的發展，機械設備承受動荷載與荷載均較以前大，即使是靜載也比以前大，機械設備基礎的錨固區易出現疲勞破壞，機械螺栓的應用范圍較化學螺栓與預埋地腳螺栓要大，機械錨栓也可以根據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，施工完成后設備即可投運，施工周期較預埋地腳螺栓短，從而縮短設備成本等費用的回收與盈利時間。

3.2 預埋地腳螺栓施工工藝

目前，預埋地腳螺栓逐漸被應用在了各種建筑基礎設備中，其中包括了混凝土設備基礎、鋼結構獨立混凝土基礎等，這種一般是通過預埋地腳螺栓的安裝設備或鏈接鋼結構廠房為主體的，根據鋼結構的施工要求，必須要把握好預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，很難達到國家規定這種技術的偏差要求與規范。

預埋地腳螺栓錨固方案的基本流程：將根據設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→調整安裝定位模板→利用定位測距儀、經緯儀，測量定位出所需安裝的地腳螺栓的實際具體位置→支設具有足夠剛度與穩定性的固定支架→按照設計方案的要求，安放預埋地腳螺栓→臨時固定→利用經緯儀與水平儀認真復核地腳螺栓位置，滿足設計要求后再進行地腳螺栓的永久性固定→設備基礎的混凝土澆筑→定位模板拆除→設備基礎錨固的驗收交接。

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理人員看護，落灰口不準對準螺栓，在整個基礎混凝土的澆筑過程中振動器不能碰到螺栓，以免影響預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，等混凝土澆筑完成后需要對預埋地腳螺栓兩側的混凝土抹平，這樣才能便于設備安裝后期的灌漿施工以達到機械設備的基礎安裝錨固的要求。

采用該方案施工的主要優點是操作便捷，節約工期，具有可調節性與可拆卸性強，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。若采用地腳螺栓預留孔二次灌漿法進行安裝時則預留孔的大小、灌漿質量都將嚴重影響地腳螺栓與設備基礎的連接強度，同時灌漿是后期灌入的，新舊混凝土能否很好地結合在一起工作至關重要，在反復的荷載作用下易產生疲勞破壞與松動，進而影響設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 預埋地腳螺栓安裝施工的質量控制

螺栓預埋安裝后，采用預先制作的螺栓安裝模板對地腳螺栓的螺栓間距進行復核，對存在偏差的進行相應地調整。在設備基礎安裝過程中應做到邊安裝邊根據設計位置尺寸校核安裝位置，對于出現的誤差做到及時的調整。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亂扣等問題?？刂坪妙A埋螺栓標高，用水平儀測量安裝的基準標高，在設備基礎安裝后再進行復核。控制好地腳螺栓的垂直度，應采用經緯儀校核垂直度，將其垂直度偏差控制在0.1%以內。在整個設備基礎的安裝過程中必須要做好設備基礎的安裝監理工作，這是設備基礎安裝滿足要求的一種重要環節。

一些機械設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的項目，以滿足后期機械設備的生產實際需求及生產人員的舒適度需求，因此必須控制好預埋地腳螺栓的標高、垂直度、機械設備基礎的中心及機械設備的水平度等。

近年來有些項目中存在一定的進口設備如電力項目等，設備到貨后才能預埋螺栓，這樣將導致螺栓預埋的時間較長。同時，預埋螺栓后灌漿也容易對設備造成一定污染，設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備基礎安裝的精度，因此地腳螺栓常常出現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 語

在實際的工程中，應根據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埋地腳螺栓等，應從安全可靠、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論，希望對以后的大型機械設備基礎安裝有一定參考意義。

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