索道基礎地腳螺栓施工技術要點

張喻捷

北京起重運輸機械設計研究院有限公司 北京 100007

0 引言

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

如圖1所示，上部采用鋼結構圓管支架，下部采用鋼筋混凝土獨立基礎，支架同基礎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構組合形式[2]。作為連接上下部結構的關鍵部分，地腳螺栓的施工質量及安裝情況不僅關系到結構的安全，更會直接影響后續鋼結構支架安裝及索道整體線路的精度。精確并且符合規范要求的地腳螺栓預埋施工，是滿足后續施工精度和工期、滿足結構安全的重要保障。

圖1 典型索道線路支架組合結構

本文從支架結構出發，針對索道線路特點，以線路支架基礎為例，結合相關規范及現場施工經驗，對常見索道基礎的地腳螺栓施工技術要點進行了總結，為類似大型設備預埋件的施工提供參考。

1 索道基礎地腳螺栓

1.1 索道柱腳結構形式

如圖2所示，一般鋼結構建筑物或構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 常見鋼結構柱腳

1.2 索道基礎用地腳螺栓

根據受力大小、使用位置、環境溫度的不同，索道中使用的地腳螺栓按材質可分為Q235-B、Q235-D、Q355-B、Q355-D 等，按規格可分為M24、M36、M42、M48等；普通索道線路支架一般采用鋼結構圓管。因此，單根支架柱底的地腳螺栓呈圓環狀均勻分布在底法蘭內(見圖3a)，柱底螺栓群中地腳螺栓一般數量較多，根據圓管的截面直徑不同，數量為4～24根不等；根據使用工況，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地腳螺栓的性能要求越來越高。目前一般索道線路基礎的地腳螺栓以Q355-B/Q355-D材質、M42規格的地腳螺栓最常見。

2 索道基礎地腳螺栓施工難點

與普通鋼結構建筑物或構筑物地腳螺栓施工相比，索道結構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）、施工環境惡劣（多數旅游索道建設于地形陡峭的山區）、施工精度要求高等特點。相較于普通鋼結構，線路精度的控制是整個索道建設工程中最重要的環節。合格的索道工程不僅要保證各個支架基礎處在同一直線，更要保證基礎頂面(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），單個支架基礎地腳螺栓預埋出現錯誤后會使安裝誤差逐漸累加，造成整體線路直線度出現巨大偏差；

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

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

4）索道基礎短柱內鋼筋一般較密，地腳螺栓組的擺放、調整空間狹小，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，其對應基礎為直柱斜頂基礎，與普通直柱平頂基礎相比，斜頂基礎需要保證地腳螺栓組與基頂斜率對應，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的斜頂面基礎；

圖4 支架直柱斜頂基礎

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

3 索道基礎地腳螺栓施工流程

索道支架基礎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，只有完成了基礎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地腳螺栓施工甚至是整個索道工程始終的關鍵性工作。圖5為索道基礎地腳螺栓施工的具體流程圖。

圖5 索道基礎地腳螺栓安裝流程圖

4 索道基礎地腳螺栓施工技術要點

4.1 地腳螺栓安裝前的準備工作

根據材質、規格及尺寸不同，不同種類索道用地腳螺栓之間差別較大，設計人員在給加工廠提加工委托單之前需反復核實相關要求及加工參數，尤其要注意地腳螺栓宜選擇D系列材質，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施工產生很大的影響。基坑定位偏差小，基礎鋼筋籠放置準確，給后續地腳螺栓的施工留有更大的調節空間。

鑒于索道場地建設的特殊性，一般施工前需由安裝隊先進行貨運索道的架設，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構施工的區別之一。

4.2 定位和測量

索道的定位工作可分別為測量控制網、設備中心線、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。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節之一。在地腳螺栓的施工中，根據基礎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]，在基礎施工完畢后、支架安裝前仍需對基礎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、基礎鋼筋籠綁扎完畢、基礎模板支護完成后，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短柱鋼筋骨架或基礎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，當混凝土澆筑到地腳螺栓長度的1/3時應對螺栓進行一次復查，測量發現偏移時應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范及設計要求。這一步的測量工作至關重要，因為在混凝土初凝之前發現偏差，混凝土沒有完全硬化，地腳螺栓仍然具有調節的可能，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境因素導致地腳螺栓產生位置偏差。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目較多的設備，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獨立支架、安裝水平支撐鋼管，由于基礎高度的差異，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，重復作業部分較多，而且后期調整余量不夠，故在索道基礎施工中一般采用基礎自身固定模板法，

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。基礎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。

定位環板定位前，可先在基礎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整位置并進行找平或調整角度，同時用全站儀等進行復合。該方法不需要搭設獨立支架，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，同時利用螺帽調節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澆筑過程中不被混凝土或其他雜質污染，有效保護螺紋不被環境腐蝕。

4.5 基礎混凝土澆筑

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為索道基礎澆筑及地腳螺栓安裝示意圖。

圖7 索道基礎澆筑及地腳螺栓連接示意圖

相比建筑基礎，索道支架對應的獨立基礎埋深較深，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，必要時可采用分段澆筑的方式。澆筑過程中應保持對螺栓組的測量和監測，發現偏差及時糾正。為確保地腳螺栓的使用質量、防止地腳螺栓受力偏移，基礎在混凝土強度達到75%以上時才可使用。

5 結語

針對索道基礎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要點產開了詳細介紹與分析，提出了對應的施工方法。上述施工方法已在多項索道工程中得到了應用，取得了良好效果。