钢结构座浆墩安装工艺的应用

钢结构柱是一种由钢板、热轧型材、钢管等零部件组成的钢结构基本单元, 广泛应用于管廊、框架、平台、厂房等钢结构工程, 一般通过钢立柱柱脚板和预埋于基础混凝土顶部的地脚螺栓固定于混凝土基础顶部, 然后在钢立柱上部安装梁、支撑、平台等上部结构。理想状态下, 钢柱的安装应该是以基础顶面或基础顶面上预埋的钢板直接作为支撑面, 考虑到混凝土基础顶面标高、水平度的偏差及钢柱垂直度调节的需要, 钢结构立柱的安装、调整一般通过垫铁调整法、座浆墩调整法等进行。在此过程中, 垫铁只起调平找正的作用。

钢结构立柱的安装、调整, 目前国外已经广泛使用的是, 使用无收缩灌浆料制成的座浆墩调整法安装, 但在国内, 在钢结构安装领域, 座浆墩调整法仅在GB20205-2001提及, 而在现场安装中, 国内很多单位及人士对使用无收缩灌浆料制成座浆墩安装法还不认可, 认为其质量无法保证, 还是认为传统的垫铁安装方法可靠, 但是随着对无收缩灌浆料使用的普及对其质量的认可, 座浆墩调整法安装在钢结构安装及静设备安装中会越来越普及。

由我公司承建的神华新疆68万吨/年煤基新材料项目45万吨/年聚丙烯装置主管廊, 由于前期土建施工影响, 为保证工期, 通过论证分析及现场实际情况, 我单位决定管廊钢结构及厂房钢结构采用现在国际上广泛使用的座浆墩调整法安装, 以提高施工效率及节约钢材的目的。

1 钢结构座浆墩安装原理及特性

座浆墩法施工原理就是采用座浆墩代替垫铁组。其原理就是在钢结构基础上先用无收缩混凝土灌浆料做好小凸台 (座浆墩) , 然后在每个凸台上放一块平钢板做垫板, 并调整好垫板的标高和水平, 垫板表面的标高就是钢结构安装底板的标高, 保证每个座浆墩上的垫板在同一水平面上, 待钢柱就位时直接坐落在凸台钢板上, 把紧地脚螺栓即可。

座浆墩法施工特点如下:

(1) 无需斜垫铁, 用无收缩灌浆料制成的座浆墩代替了斜垫铁, 节约了大量的钢材、人工及消耗材料;

(2) 简化施工工序, 缩短施工周期;

(3) 减少施工质量隐患, 简化安装质量检查项目, 利于钢结构安装检查验收。

(4) 无收缩混凝土灌浆料制作的座浆墩养护期到后, 其抗压强度、耐久性、耐热性、抗油渗性能稳定, 优于采用Q235B普通钢材做的斜垫铁。

2 钢结构座浆墩安装步骤

钢结构立柱座浆墩法安装的核心就是采用座浆墩代替垫铁组, 所以关键工序就是座浆墩的制作。国内石化领域钢结构基础通常分为底部中心部位有剪力槽基础和无剪力槽基础。如下图所示:

这两种基础除座浆墩位置及数量不同外, 其余步骤相同, 对于底部中心部位没有剪力槽的基础, 就是在基础顶部地脚螺栓中间凿坑, 堆放无收缩混凝土灌浆料成一个座浆墩, 放置钢垫板;对于底部中心部位有剪力槽的基础, 通常就是在基础顶部剪力槽两边各堆放一堆无收缩混凝土灌浆料 (或根据实际计算确定) , 做两块座浆墩, 放置钢垫板。再用水平仪或水平尺调整钢板标高, 水平度, 使钢板的上表面标高达到支架底座下表面的设计标高, 施工后对座浆墩进行润湿养护, 通常常温7天后可进行支架安装, 待钢结构立柱安装好, 钢柱标高及垂直度调整到位, 验收合格, 预埋地脚螺栓螺母拧紧紧固后, 向基础顶面与架座之间的周边空隙进行二次灌浆。具体施工步骤如下:

(1) 座浆墩上垫板面积计算

根据基础型式确定座浆块数量后, 再根据单根钢结构立柱施加在座浆墩上的负荷及选用混凝土的单位面积抗压强度来计算出座浆块上垫板面积, 具体计算方法如下:

单块座浆块垫板的最小面积cm2

安全系数, 宜取1.5~3;

式中:Q1为单根钢结构柱上的负荷, N。

式中:G1为钢结构总重量;N1为座浆块数量;Q2为地脚螺栓拧紧后分布在座浆墩上的轴向力, N。

式中:F为1根地脚螺栓拧紧后所产生的轴向力, N;N2为地脚螺栓数量;R为基础混凝土的单位面积抗压强度, N/cm2

(2) 垫板尺寸的确定

依据垫板的面积和基础地脚螺栓间距确定垫板的长度及宽度, 垫板的厚度一般采用6~10mm钢板。垫板材料一般选用Q235B普通钢板制作。

(3) 座浆墩的制作

(1) 座浆墩的大小、高低依据座浆墩上的垫板的大小、钢柱底板标高确定。 (2) 首先根据垫板的大小和标高, 制作几个梯形的钢模或木模。 (3) 将制作好的钢模或木模放在基础画好线的座浆墩的地方, 并固定好。 (4) 将搅拌好的无收缩灌浆料浇灌到钢模或木模内, 制作座浆墩。 (5) 垫板的放置:大约1h左右, 在座浆墩顶面放上已加工好的垫板并敲实, 垫板必须平正无变形, 表面无缺陷及焊渣。测量调整垫板上的标高, 垫板表面的标高就是钢结构立柱的底板标高, 并且保证每个座浆墩的垫板标高是处在同一水平面上, 垫板的顶面必须高于座浆墩, 以免影响钢结构立柱底板与垫板的接触。

(4) 当座浆墩达到养护期, 无收缩灌浆料符合规定的抗压强度后, 即可进行钢结构立柱的就位, 在钢结构立柱吊装前, 必须把钢结构立柱底板及基础清理干净, 钢结构立柱就位以后, 直接拧紧地脚螺栓即可。

(5) 使用测量仪器对设备垂直度进行检查、验收, 监理现场确认。待钢结构横梁、支架安装完毕, 高强螺栓终拧后, 最后进行基础二次灌浆、抹面。

3 座浆墩安装质量要求

(1) 制作座浆墩的无收缩灌浆料在搅拌时不能太稀, 应采用塌落度0~1cm的干硬灌浆料分层捣固成墩, 灌浆料表面不再沁水或水迹消失后, 在灌浆料上放置垫铁并应用手压、敲击等方式使垫铁至设定标高。 (2) 每个座浆墩上的钢板都是水平的, 而且标高一样。 (3) 座浆墩制作好后, 要及时进行养护, 每天至少给座浆墩淋水2~3次, 使其保持湿润, 常温养护期7d以上。并在座浆墩四侧面表面划格子线, 增加二次灌浆时附着力。 (4) 拆模时注意不要使座浆墩受到碰撞和损坏, 特别是对垫板的保护, 在钢结构立柱就位前要注意对座浆墩的保护。 (5) 由于钢柱地板焊接变形造成增加调节用钢垫板, 钢垫板尺寸必须与座浆墩上垫板尺寸一样。 (6) 座浆墩上钢板标高可稍高, 避免标高找准后, 座浆墩养护期期间下陷造成标高不够, 稍高可在钢结构安装前, 采用磨光机将钢板打磨到要求标高。 (7) 座浆墩所使用的高强度无收缩灌浆料必须选用合格厂家生产的无收缩灌浆料, 有质量合格证, 在搅拌时严格按照说明书操作。 (8) 在拧紧地脚螺栓时应对称、分次、用力应均匀, 应挑选有经验的钳工操作。

4 结语

采用座浆墩这种方法安装钢结构, 不需用斜垫铁调整标高, 减少了垫铁的材料量、每个垫铁从下料到机加工的各种消耗、垫铁运输的各种消耗、垫铁安装调整投入的人工及各种消耗等, 可以一次拧紧地脚螺栓的螺母, 减少工序, 每个柱脚节省至少4组或8组垫铁。加快施工进度, 减少工作内容和各种资源的消耗, 具有明显的经济效益。

摘要：围绕神华新疆68万吨/年煤基新材料项目45万吨/年聚丙烯装置安装实际情况, 对钢结构座浆墩安装的特点进行了研究和分析, 总结了钢结构座浆墩安装工艺。

关键词：钢结构,无收缩灌浆料,座浆墩