工艺工法QC双向倾斜大直径高强预应力锚栓施工工法

1、.双向倾斜大直径高强预应力锚栓安装工法内容材料中建三局建设工程股份有限公司中建三局股份钢结构公司2008年5月20日：14双向倾斜大直径高强预应力锚栓安装工法1、前言目前国内房屋建筑领域，特别是钢结构建筑采用普通锚栓进行钢柱与基础连接较为普遍，且也有成熟的施工技术规范可循；而采用大直径高强预应力锚栓还较为罕见，且国内和国际上无成熟的设计和施工规范。*电视台新台址建设工程*主楼工程由于塔楼倾斜和大悬臂结构的外形设计，结构在风荷载或地震等侧向力作用下外框钢柱产生很大的拔力，其中单根钢柱最大拔力为87,524KN，设计采用了M75规格的高强预应力锚栓进行钢柱脚与筏板连接以抵抗拔力，锚栓最长为6307

2、 mm，且锚栓双向倾斜6度布设，锚栓抗拉极限强度为1030N/mm2、屈服强度为835N/mm2，图1为高强预应力锚栓装配简图。图1 高强预应力锚栓装配简图*工程中采用的倾斜大直径高强度长锚栓，主要作为外框筒巨形钢柱的定位和传力作用，要求锚栓埋设精度高并且与主体钢结构连接可靠。施工中锚栓精确定位安装成为最重要的问题，公司技术人员对双向倾斜锚栓的高精度安装方法进行了深入的研究和开发，包括锚栓套架埋设定位和球形螺母应用等技术形成了本工法，并且在*工程586根倾斜高强锚栓施工中得以应用，效果非常显著。该项施工方法经过技术鉴定达到国内领先水平和国际先进水平，并且填补了国内房屋建筑领域双向倾斜大直径高强

3、预应力锚栓应用的空白。2、工法特点2.1 工法特点1、安装措施简单、设备投入少、部分措施可回收节约成本。以每根钢柱为单位设计一个锚栓套架，锚栓套架将高强锚杆固定（非焊接连接、在套架内共同安装，并且套架与筏板垫层埋件焊接连接，可实现倾斜锚栓粗略定位；同时可以保护锚杆在交叉工程施工时不易损坏；2、多次复测和监测实现锚栓精确定位。在钢筋绑扎和混凝土浇注期间，采用全站仪对每根锚栓进行监测和复测，以实现对锚栓进行精确校正和定位；3、在锚杆张拉端设计球形螺母能调节部分锚杆的安装角度偏差，同时可使所有不同角度配件做到标准化。2.2 与传统方法比较1、普通锚栓一般为定位锚栓非受力锚栓且材料等级不高，现场安装时

4、可以进行焊接固定；而高强锚栓的强度高且有脆性，不得进行现场焊接，工法中要求锚栓与套架间采用螺母临时固定，解决了传统方法的不足，较为实用。2、按传统方法在锚栓焊接后，锚栓位置要进行调整较为困难，而本工法中采用的连接为非焊接连接，在钢筋工程和其它交叉工程施工过程中，可以随时调节套架和锚栓之间的连接对锚杆定位进行校正，以精确定位。3、锚杆张拉端采用球形螺母，可以适应不同倾斜角度锚杆的安装，可使配件标准化，节约成本，同时可以消化锚杆安装误差，技术较为先进。4、传统锚栓的套架全部埋设成本不经济，本工法中采用的套架上部分待混凝土浇注完后须切除回收，可节约成本。3、适用范围本工法为双向倾斜大直径高强预应力锚

5、栓安装工法，适用于房屋建筑特殊高层建筑、大跨度结构、塔结构等抗拔支座连接施工，也可以适用于桥梁结构、高速铁路、遂道、港口等土木工程支座连接施工，还可以适用于机械设备支座等其它领域。由于目前国内和国际上房屋建筑工程中采用大直径高强预应力锚杆的连接节点形式较少，此种施工方法对以后技术研究和规范标准编制具有很大的参考价值。4、工艺原理4.1 采用锚栓套架的埋设工艺原理1、采用CAD技术在计算机中放样出每根钢柱所有锚栓的精确位置，并且以每根钢柱为单位设计出锚杆套架，设上下两层钢板作为锚栓的固定点，每根锚栓两个固定点连线为锚栓的空间角度位形，如下图2为高强预应力锚栓套架简图。图2 高强预应力锚栓套架简图

6、2、套架和锚栓现场组装（标高由锚栓顶点控制、，并且在塔吊将套架和锚杆共同吊装，测量定位后套架与筏板垫层埋件焊接连接，以实现锚栓粗略定位；在钢筋绑扎过程中，采用全站仪进行定位监测，并且在混凝土浇注前对每根锚栓定位复测，调节套架与锚杆的连接，以实现锚栓的精确定位，图3为吊装前高强预应力锚栓套架和锚栓组装简图。 图3 高强预应力锚栓套架和锚栓组装简图3、在混凝土浇注时，采用全站仪对每根锚栓进行定位监测，以控制锚杆位置是否变化；混凝土浇注完成后，切割锚栓套架混凝土表面以上的部分（或者切割到钢柱底标高处、，并复测各锚栓位置，最后进行主体结构安装，图4为钢结构吊装前高强预应力锚栓套架切割后的简图。图4 高

7、强预应力锚栓套架切割后简图 4.2 球形螺母调节角度偏差的工艺原理1、锚栓张拉端采用球形螺母，能够同时适应一定范围倾斜角度锚杆的安装，使所有配件标准化，图5为球形螺母安装端部大样图；图5 球形螺母安装端部大样图2、如果锚杆存在倾斜角度的安装偏差，球形螺母可以通过与楔形垫板之间的转动来消化此安装偏差；3、可调节角度大小可根据锚杆直径、楔形垫板中间圆孔直径、钢柱底板圆孔直径以及各配件的厚度等因素确定，如下图6所示，以球形螺母球面中心为转动点，调节角度范围为：a << b (设顺时钟转动时为负，即a为负值)，图6为球形螺母可调整锚杆角度倾斜偏差图。图6 球形螺母可调整锚杆角度倾斜偏差图5

8、、施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程5.2 操作要点5.2.1 锚栓套架设计和加工以每根钢柱为单位设计锚栓支撑套架，截面主要采用角钢和钢板。锚栓套架立柱垂直设计，套架上下设计有两层钢板用于定位锚杆，所有预应力锚杆全部固定在套架内且倾斜布置，在钢板上按锚杆的倾斜角度放样出锚栓的定位孔，锚杆上端与套架上表面钢板连接，下端与下层钢板连接，每根锚栓的倾斜角度即上下定位孔的空间角度。上层钢板表面高出混凝土表面以便测量，下层钢板标高结合锚杆长度确定。图7为一典型钢柱锚栓套架设计图：注明：为了清晰取见，图中仅画出一根锚杆。图7 典型钢柱锚栓套架设计图锚杆套架结构较为简单，现场加工以便运输，且可立即进

9、行下道锚杆装配工作，以节省工期。锚杆套架加工全部采用焊接连接。5.2.2 锚栓系统装配在加工地点，就将锚杆装配到套架内，以减少现场作业和与其它工程的交叉作业，降低安全风险，且作业速度快能够降低成本。锚栓系统装配的具体步骤如下：1、套架内安装88X2锚杆护管（护管下端设放大头，尺寸为102X2、，护管上端略伸出套架上表面；采用汽车吊安装锚杆，将其插入护管内，吊装点设置方式为在锚杆一端安装一个临时螺母并在螺母上焊接吊耳（需要说明：锚杆为高强钢不得在上面焊接任何零件、；同时安装锁定螺母、锚固端平垫板、石棉垫板、垫圈和螺母，然后起吊松钩；最后去除临时吊装螺母，安装球形螺母。套架内的所有锚杆按上述顺序逐

10、根完成。2、 安装灌浆管20X2，将其与护管焊接连接；3、 套架上表面标出钢柱控制点（即钢柱定位轴线控制点、，校正每根锚杆的定位尺寸和倾斜角度，然后紧固上下螺母；护管与锚固端平垫板围焊连接；最后将锚固端平垫板与套架下层钢板焊接连接。5.2.3锚栓埋设方法1、 预埋件安装：在筏板防水垫层施工阶段，根据外围轴线控制点及标高控制点测放出套架每个预埋件的准确位置，安装套架预埋件；对较高和较重的锚栓套架，应增加四周斜支撑预埋件。垫层混凝土完成后，对埋件定位进行复测。2、 锚栓系统埋设：筏板底筋绑扎前，开始预应力锚栓支撑套架埋设工作。采用土建塔吊将锚栓套架吊装就位，待套架定位校正完毕后，套架角钢支腿与垫层

11、预埋件焊接；为了防止筏板混凝土浇注和钢筋绑扎对锚杆产生位移和变形，在套架四角加设角钢斜支撑，以增强套架刚度，同时在斜支撑与套架之间的中部增设临时横向支撑。图8为锚栓系统埋设示意图。图8 锚栓系统埋设示意图3、 混凝土浇注前的精确定位复测：在钢筋绑扎过程中，采用全站仪进行定位监测；并且在钢筋绑扎完后和筏板混凝土浇注前，使用全站仪对预应力锚杆进行最后复测，校正其位置及标高，采用临时夹具将每根锚杆固定锁死，进入下道混凝土浇注工序；工4、 混凝土浇注时的保护措施和定位监测：混凝土浇注前需将锚杆的上端螺纹处涂刷黄油、包上塑料纸并套上塑料管；并将灌浆管上端口用胶纸完全封闭，并且伸出混凝土浇注顶面400mm

12、。在混凝土浇注过程中，派专人对其进行监控，并且避免震动棒接触锚杆或离锚杆太近，以免影响定位精度；同时在混凝土浇注时，在基坑四周采用全站仪对锚杆位置进行监测，全过程控制混凝土浇注对锚栓定位的影响。5、锚栓套架的处理：在混凝土浇注完成后，切割锚栓套架混凝土表面以上的部分（或者切割到钢柱底标高处、，并复测各锚栓位置，最后进行主体钢结构安装。5.2.4 球形螺母误差调整钢柱安装完成后，安装球形螺母并消化锚栓安装角度偏差，高强锚栓进行预应力张拉后紧固螺母，最后进行锚栓灌浆。6、材料与设备6.1 主要材料：角钢和钢板：若干（Q235或Q345、6.2 使用设备履带吊或汽车吊:1台 平臂式塔吊:3台(用土建

13、施工塔吊)直流电焊机:4台 经纬仪：2台全站仪：2台 手动工具：若干配电箱：2个； 电源电缆：若干；7、质量控制7.1 质量要求1、高强预应力锚栓的安装应满足钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001、的相关要求；2、*主楼中高强预应力锚栓安装应满足中国建筑工程总公司发布的企业标准*电视台新台址*主楼钢结构施工质量验收标准（ZJQ00-SG-001-2006、；3、高强预应力锚栓安装应满足工程设计技术文件的相关要求。7.2 质量控制1、高强预应力锚杆具有直径大、尺寸长、单根较重、每根钢柱数量不等、且倾斜一定角度的安装特点，要满足锚杆准确高精度定位，必须保证支撑套架稳固，筏板钢筋绑扎和

14、混凝土浇注时必须防止变形和移动。2、混凝土浇注时派专人监控，以避免震动棒接触锚杆或离锚杆太近而造成较大误差；并在基坑四周设置全站仪对锚栓位置进行精度监控。3、高强预应力锚栓不得在施工现场进行任何焊接，并且在交叉作业时和锚栓套架切割时保护好锚栓螺纹。8、安全措施8.1 锚栓套架较高，工作人员站在套架顶部安装锚杆时属高空作业，应进行相应的安全防护，并且还需防止整体倾覆倒塌；8.2 现场绑扎钢筋时避免将钢筋直接铺设在套架上以免锚栓套架整体倒塌。9、效益分析9.1 设备投入及经济效益方面预应力锚杆根数较多，主要分布在钢柱处，涉及面积较大，施工中采用锚栓套架和锚杆同时安装的做法，仅需采用一台小型汽车吊就

15、能满足组装要求，避免了现场采用塔吊逐根锚杆安装，以减少了塔吊起重设备的投入，大大节约了安装成本。预应力锚栓张拉端采用球形螺母可以适应倾斜锚杆的角度，使所有不同角度锚杆的配件全部按倾斜6度加工，做到标准化，大大节约了配件加工成本，经济效益非常可观。9.2 工期方面：锚栓套架现场加工，且锚杆在套架加工完成时安装，然后运输至指定地点进行吊装，整个工作可以与其它工序同时进行，又减少了现场交叉作业，施工周期最短。9.3 质量方面：锚栓张拉端采用球形螺母可以适应一定范围的倾斜锚杆角度，并且可以消化部分安装角度误差。从完成工程安装结果来看，100%的钢柱锚栓预埋定位准确，无一柱底板扩孔现象，在国内钢结构安装

16、行业中也少有。安装时采用了锚栓套架一次定位，锚杆再次精确定位，提高了安装精度，能够满足预埋精度要求。10、应用实例*电视台新台址建设工程主楼（以下简称*主楼、坐落于北京市朝阳区东三环中路和朝阳路交界处京广桥东南角，结构造型新颖独特，为全钢结构。总建筑面积为472,998m2，由两座双向6度倾斜塔楼(塔楼一为52层、塔楼二为44层)、10层裙房和14层悬臂结构组成，结构最大高度为234m，总钢结构用量约12.5万吨。塔楼内部核心筒及内柱为竖直，外框筒柱为双向倾斜。塔楼1、塔楼2和裙房外框柱共97根，除12根为埋入式钢柱外，其余85根柱都设计有大直径高强预应力锚栓，直径为75mm、最长为6307m

17、m、抗拉极限强度为1030N/mm2、屈服强度为835N/mm2的大直径高强度预应力锚栓是国内首例。锚栓角度与双向倾斜钢柱角度一致，范围为6º8.45º；每根钢柱锚栓数量也不相同，数量在412根之间。高强度预应力锚栓的倾斜角度、埋入长度、数量和总长度，按钢柱分类可参照下表：序号钢柱编号倾斜角度埋入筏板长度(mm)锚栓数量(套)锚栓总长度(mm)1C30C346.0000296.0463 1428419613C286.1832 1428419624C276.4047 1429419635C266.7021 1430419666C257.0654 14

18、31419687C247.4847 1432419728C237.9505 1434419769C10C116.0000 16298216110C686.3718676.6463586.2237 21254265813C596.4923 21264266014C606.8499 21274266415C617.2831 2129 4266816C627.7785 2132 4267317C13C156.0000 2333 12286518C166.0605 2333 4286619C126.0000 3137 4367020C666.9868

19、 3337 6387521C657.3772 3340 6388022C647.9505 3344 6388623C638.4548 3348 8389324C176.2382 3770 4430425C186.5234 3772 4430726C196.9023 3775 4431227C207.3597 3779 4431828C217.8814 3784 4432529C228.4540 3789 8433430C8、C866.0000 387112440431C3、C41、C45、C838.4545 389248443732C886.0000 3972 6450433C818.4545

20、 3993 6453834C9、C876.0000 402212455435C4C5、C39C40、C46C47、C828.4545 404466458836C56、C926.0000 4877 16540937C576.0567 4877 6541038C49C558.4545 490366544839C93C966.0000 492724545940C89C906.0000 502816556041C79C808.4545 505516559942C488.4545 5358 8590343C35C366.0000 537910591244C71、C916.0000 573118626445C706.0463 5732 10626546C696.1832 5733 8626747C72C788.454