大跨度異形鋼結構預埋螺栓精準定位技術研究

弓秀梅

（山西八建集團有限公司， 山西 太原 030027）

目前， 功能齊全、 造型獨特的公共建筑日益興起， 高標準、 高質量的建造已成為新時期建筑業的時代主流， 創優理念植根于企， 質量意識深入人心。 鋼結構構件標準化生產是裝配式建筑高質量發展的有利保障， 現場的精準施工是高質量發展的前提。 對于鋼結構而言， 預埋螺栓是施工的第一步， 其定位的精準度決定了主體鋼構件安裝的難易、 工期和質量， 重要性不言而喻。

某項目是一座集多功能展廳、 會議、 洽談、 辦公等功能的大型會展中心， 地上一層， 局部兩層， 總建筑面積65000m。 該工程占地面積較大， 是一座平面跨度大、 多圓心組成的不規則扇形鋼框架結構， 其弧線測量放線多， 平面控制網的測設， 每個獨立柱的定向等測量難度大， 鋼柱安裝精度是整個鋼結構安裝質量的關鍵， 而預埋螺栓安裝精度直接影響著鋼柱的安裝質量， 鋼結構預埋螺栓高精控制在本項目中尤為重要， 因此針對本難點展開預埋螺栓精準定位的技術研究。

針對本工程， 預埋螺栓的精準定位難點分析如下。

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

2） 本工程體量較大， 預埋螺栓總計1844 條， 結合現場的施工部署， 各施工段交叉施工較多， 同時出現螺栓定位的頻率較高， 定位測量及復核的工作量比較大。

3） 柱腳承臺高度1.5m， 承臺上下層鋼筋網片凈距為1.32m， 預埋螺栓在承臺的錨固長度為900mm，螺栓不能從承臺底生根， 且不能與下層鋼筋網片固定， 處于“懸浮” 狀態。 螺栓間距為800mm， 相互間連接的穩定性較差。

4） 平面占地大， 從基準點引測多個控制樁形成的測量誤差較大。

5） 采用常規的全站儀測量定位， 在螺栓的定位、測量及復核等環節中會形成多次架設儀器， 多次測量形成的測量誤差相對較大。

綜合以上難點， 為保證預埋螺栓的精準度做出了反復的分析和研究。

1） 建立高精度控制網， 在現場基礎穩定的地點設立強制對中觀測墩， 按照規范要求測設閉合導線，控制點能夠覆蓋基礎施工至屋蓋系統施工， 且貫穿于鋼結構施工始末， 為項目施工放樣提供準確可靠的控制點， 提升鋼構件安裝精度。

2） 自主設計的預埋螺栓定位支架及定位板， 該預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周轉。

3） 測量放線采用萊卡TS16 1 秒級測量機器人，該儀器安裝有伺服馬達、 自動化高、 能夠自動鎖定目標棱鏡， 萊卡的自動照準技術， 無需人工微調照準，大大地提升了導線測設及施工放樣的效率及精度； 同時使用萊卡GS15 手簿以及Leika Captivate機載軟件，可以和CAD、 BIM技術等軟件相結合， 導入CAD圖形與BIM模型可以放樣模型內任意平面與三維坐標點， 精度及效率得到很大的提升。

通過以上分析研究， 異形平面鋼結構基礎螺栓的預埋時， 角鋼支撐架穩定性較好， 具有足夠的強度、剛度和整體穩定性， 從而保證混凝土澆筑完成后地腳螺栓的水平位移和標高偏值在規范要求的范圍內， 且可能實現高于規范標準的精準要求。 該系統與下部澆筑部位可實現拆卸， 拆卸方便， 可反復周轉使用， 節約成本， 達到綠色節能環保目的。

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

2.1 高精度控制網的建立

根據項目特點， 控制網的建立需長遠考慮， 布設的控制點能夠覆蓋基礎施工至屋蓋系統施工， 且貫穿于鋼結構施工始末。 對此項目部在現場基礎穩定的地點設立強制對中觀測墩， 按照規范要求測設閉合導線， 為項目施工放樣提供準確可靠的控制點， 提高測量精度（如圖2）。

圖2 導線測設布置圖

2.1.1 平面控制測量

根據本項目的特點以及工程的需要制定現場平面控制測量方案。 首先在適宜聯測及地基穩定的地點埋設控制點， 為了保證全施工周期內控制點的精度， 場內C1、 C2、 C8 控制點為本場內首級控制點， 采用鋼筋混凝土預制管樁， 夯入地下35m， C3、 C4、 C5、C6、 C7 為深挖混凝土現澆擴大基礎， 做好控制點的防護及警示標牌避免破壞， 以保證控制點的穩定。

控制點均采用強制對中觀測裝置， 避免人為對中出現的粗差， 本裝置可以做到對中誤差小于0.1mm，大大提高了控制網的精度及可靠性， 為本工程施工提供可靠的測量成果。

圖3 萊卡高精度對中基座、 圓棱鏡

2.1.2 高程控制測量

場內控制點埋設完成后， 待控制點混凝土基礎穩定后立即組織水準測量工作。 按照《工程測量標準》GB 50026—2020 的要求執行二等水準測量標準。 儀器采用DS05， 尺墊為5Kg規格。 標尺為銦鋼尺。 正式實測前要對儀器的i角進行校核， 合格方能進行下一步工作。

水準測量過程中要嚴格遵照規范要求， 視線長度不能超過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小于3.0m， 視線離地面最低高度大于0.55m， 基輔面觀測的高差較差小于0.mm。水準測量工作完成后要有專人對測段進行復測檢查，保證數據成果的可靠性， 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計

根據設計圖紙， 對所有的預埋螺栓進行統計并計算， 設計圖如圖4、 5、 6。

圖4 萊卡TS16 1″導線測量

圖4 支架上部構造圖

圖5 支架下部構造圖

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厚的鋼板按照設計尺寸由機床切割而成， 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

將支架安裝在精準放線的定位框內， 并用水準儀將支架標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， 十字控制線測設， 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量， 十字定位線測設完成后， 安裝定位板， 定位板安裝時將定位板上的十字控制線與支撐架上部的十字線對齊， 最后通過支架上部4 個M12*60 的螺栓進行固定， 固定完成后安裝預埋螺栓并固定。

標高引測， 預埋螺栓安裝。 預埋螺栓安裝后對每個螺栓進行精準復核， 確保每個螺栓的偏差不超過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 定位螺栓復核成

基礎承臺鋼筋綁扎、 模板支設、 混凝土澆筑。 整個施工過程中不得對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至下個承臺。

3 材料與設備

3.1 所需材料見下表1。

表1 材料表

3.2 所需主要設備見表2

表2 主要設備表

4 質量控制

4.1 質量標準

1） 符合現行《混凝土結構工程施工質量驗收規范》 GB 50204—2015， 定位支架的加工制作執行現行的《鋼結構工程施工質量驗收規范》 GB 50205—2020要求； 2） 放線定位等盡量在無太陽強光照射、 無大風、 無振動干擾的條件下測定； 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 質量保證措施

1） 要求測量定位準確， 鋼結構預埋螺栓定位裝置安裝時采用帶線安裝， 嚴格控制螺栓位置； 2） 堅持對原材料進行進貨檢驗和進場后的試驗報檢， 確保相關材料符合規范要求； 3） 編制完善的定位工具制作、 安裝拆除、 砼作業的技術交底， 嚴格按照技術交底要求操作， 保證工序操作質量； 4） 施工過程中管理人員嚴格監督施工過程， 發現不按照相關交底施工的及時進行糾正， 并隨時監測定位準確性， 及混凝土澆筑的規范性。

5 綜合成效

1） 通過對復雜鋼結構預埋螺栓精準定位技術的研究， 有效的保證了預埋螺栓的定位精度。 通過對工程預埋1844 條螺栓復核統計， 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， 高效的實現了預期目標， 為異形鋼結構等重難點項目的施工積累了豐富的實踐經驗。

2） 通過對預埋螺栓精準定位的技術研究， 較好的掌握了測量機器人的應用技術， 通過應用結合BIM施工測量、 BIM模型放樣和檢核BIM項目的高效系統， 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， 在保證測量方面從厘米級縮小到毫米級， 為施工環節的精確實施提供保障。

6 結語

現代大型公建構造越來越新穎獨特， 超大空間跨度和異型的結構類型構造給現場測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實步步精準控制， 因此精準定位、精準測量及技術創新在異型超大跨度鋼結構項目中的應用是非常必要的。 項目望通過本工程異形鋼結構的試點研究及應用， 總結基于預埋螺栓精準測量的研究成果， 為超異型超大空間鋼結構等重難點項目的施工保駕護航。