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1、大型埋件預置可調胎具施工工法1 前言近年來，在國內的大型公共和民用建筑中，出現了越來越多的大空間、大跨度的鋼結構會展、場館類工程。這類工程的上部鋼結構通常與下部的鋼筋混凝土基礎間通過剛性錨固的方式連接。隨著鋼結構體量的增大，鋼結構埋件也呈現出以下顯著的特點：數量多，尺寸大、重量重，埋設精度高，安裝工藝復雜。大型埋件的通用安裝工藝是：先預埋支架，一次澆筑混凝土保證鋼支架固定，待鋼支架穩固后，大埋件與鋼支架焊接使埋件固定，再用混凝土二次澆灌以完成大型埋件的安裝。這種埋件安裝工藝的缺點是：1、需設置大量的預埋支架，浪費大量的材料；埋件尺寸不統一，造成了支架的尺寸也各不相同，加大了安裝難度。2、鋼結構2、和土建專業間需要大量的現場配合時間，交叉作業時間長，配合難度大。3、混凝土分成二次澆筑，不利于控制澆筑質量，生產成本高。深圳當代藝術館與城市規劃展覽館外圍護鋼結構面域單元結構主要由11個平面和5個曲面組成。圖1-1。其上部鋼結構總重20000t,包含了平面、扭曲、傾斜、扇形彎曲、彎扭、旋轉等曲（直）面等多種復雜的空間形態和受力狀態。基礎大環梁尺寸為3000mm*1500mm/4500mm*1500mm/4800mm*1500mm，傳力鋼柱最大截面尺寸：箱型柱1800*800*80*80（材質Q420GJC）、圓管柱D1400*60（材質Q390GJC），鋼柱與首層基礎大環梁間采用超大埋件連接。3、平均每個埋件需要承受上部表皮結構傳遞的壓力2000KN,剪力5000KN，拉力20000KN。為了滿足設計受力要求，本工程的大型埋件主要由615個H型抗剪鍵（H200*150*35*35）及12-20根錨栓及4080mm的鋼板組成，大型埋件的最大重量為6t，最大構件尺寸為2000*3000*60。圖1-2/3。為了避免混凝土梁的二次澆筑，有效解決大型埋件與基礎鋼筋間的定位和穿插困難問題，項目部研發了一種用于大型埋件預置定位的裝置，確保了安裝精度、效率和施工安全，得到各方好評。圖1-1深圳當代藝術館與城市規劃展覽館鋼結構三維圖圖1-2大型埋件三維圖圖1-3大型埋件實物圖2 工法特點大型埋件置換預4、埋工法具有以下顯著特點：2.1 有效避免埋件與土建作業的互相干擾由于使用了預置胎具用于預留埋件抗剪短柱的埋設空間，從而避免了超大埋件與土建鋼筋間的交叉作業；同時，局部錨桿通過現場塞焊焊接焊固定技術，也有效地避免了彎錨錨桿與土建鋼筋間的沖突。2.2 定位調節操作方便，精度控制高在超大埋件通過可調節器放入指定位置后，通過門式支架精確定位，利用全站儀測量控制點，極大提高超大埋件安裝精度。2.3 節約工期，節省成本單個超大埋件安裝通過模擬提前確定抗剪鍵位置，避免了傳統施工方法需花費的大量鋼支架措施材料；使用預置可調解器及門式支架進行超大埋件安裝，節約了大量的勞動力、塔吊使用臺班和工期。3 適用范圍本工5、法適用于所有大型鋼柱柱腳為螺栓預埋連接鋼結構工程中鋼構件與混凝土結構連接所需的大型埋件安裝。4 工藝原理4.1 預置胎具設計、定位、置換安裝原理通過x-steel軟件3D實體放樣技術，模擬將現場混凝土大環梁、主梁、次梁等鋼筋與埋件抗剪鍵位置關系，從深化階段確定抗剪鍵與混凝土梁位置關系，提出可行性的施工圖紙。根據現場埋件抗剪鍵在x、y方向間距種類較多的情況下，設計出可調胎具，通過螺母調節x、y方向抗剪鍵之間的距離，滿足現場不同種類預埋件的安裝。圖4-1預置胎具實物圖4.2 門式支架設計原理現場通過可調胎具預留抗剪鍵洞口，利用現場塔吊安裝埋件，采用移動輕便、靈活的門式鋼架對埋件進行x、y、z方向精6、確定位。門式鋼架最大吊裝工件重6T，采用MIDAS軟件分析如下：圖4-2 MIDAS分析科4.3 模板體系加固原理因為埋件、鋼筋和混凝土的自重較大，土建專業依據建筑施工模板安全技術規范JGJ162-2008等有關標準對模板支撐體系及其基礎進行設計、驗算，確定支撐立柱縱向間距、橫向間距和水平步距為450*450*1500mm。支撐體系的合理計算、驗算和搭設為超大埋件的安裝工作提供必要的安全保障。圖4-3模板設計剖面圖圖4-4模板設計剖面圖5 施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程預置可調節器安裝工藝流程如圖：圖5-1 施工工藝流程圖5.2 施工準備1、采用x-steel三維深化放樣，對混凝土7、鋼筋與埋件中抗剪鍵進行碰撞檢查，使抗剪件與鋼筋碰撞概率到最小化。圖5-1采用X-STEEL軟件分析埋件與鋼筋位置圖2、采用x-steel三維深化放樣，檢查錨桿上端與傾斜構件的碰撞情況，必要時提前改變錨桿在厚板上的開孔位置。圖5-2采用X-STEEL軟件分析埋件螺桿與上部構件碰撞圖3、所有錨桿孔采用大孔設計，以使彎錨螺桿可以靈活地避開土建鋼筋。5.3 胎具制作5.3.1 可調胎具設計、制作1、胎具設計圖5-3胎具設計圖2、胎具制作圖5-4胎具實物圖5.3.2 門架的設計設計：1、門式架設計圖5-5門架設計圖2、門式架制作圖5-6門架實物圖5.3.3 模板支撐體系搭設大環梁梁3000mm*15008、mm/4500mm*1500mm/4800mm*1500mm，按最大截面設計：梁底模：立桿梁寬方向上，原則上在梁寬+60cm范圍內布置，兩側各布置一根，其余立桿均勻布置在梁寬范圍以內；立桿上端伸出至模板支撐點長度為0.4m。梁截面木方立桿（梁寬方向）立桿(梁長方向)橫桿步距備注480015002004504501500可調托座梁側模梁高木方(次楞)鋼管（主楞，合并根數為2）對拉螺桿備注250450450采用鋼筋焊接固定圖5-7 現場大環梁高支模實物照按照危險性較大的分部分項工程安全管理辦法、廣東省建設工程高支撐模板系統施工安全管理辦法規定：施工總荷載超過15KN/m2，集中線荷載超過20KN/9、m及以上，需按高大支撐模板系統有關規定進行施工并進行專家論證。5.4 胎具安裝1、根據現場待預埋抗剪鍵距離，調節可調胎具工字型鋼間距。2、依據埋件深化平面布置圖，將調節好的調節胎具放入制定位置。3、混凝土大環梁、主梁、次梁鋼筋水平筋和箍筋在施工時繞開調節胎具中工字型鋼。5.5 胎具取出1、測量放線定位出每個埋件的具體位置根據埋件平面布置圖，利用全站儀的定位，找出每個埋件的具體位置，通過與土建專業現場負責人取得溝通，要求其在相應的位置，優先鋪設好主筋后，留出該處工作面。2、安裝預置可調解器精準定位埋件位置首先，在提前鋪設好的主筋上，根據該處埋件的詳圖，測量定位埋件抗剪鍵的位置；之后，調節好預置可10、調解器的抗剪鍵間距，并將調節器安裝在主筋上；最后將埋件位置的主筋通過輔助的短鋼筋焊接定位，固定好混凝土水平鋼筋。圖5-8 胎具取出現場照片3、取出調節器放入埋件和安裝錨栓將埋件位置的鋼筋固定后，取出調節器，放入超大表皮埋件，配套的錨栓一步安裝到位，焊接固定。5.6 埋件安裝1、測量放線定位出每個埋件的具體位置根據埋件平面布置圖，利用全站儀的定位，找出每個埋件的具體位置，通過與土建專業現場負責人取得溝通，要求其在相應的位置，優先鋪設好主筋后，留出該處工作面。2、安裝預置可調解器精準定位埋件位置首先，在提前鋪設好的主筋上，根據該處埋件的詳圖，測量定位埋件抗剪鍵的位置；之后，調節好預置可調解器的抗剪11、鍵間距，并將調節器安裝在主筋上；最后將埋件位置的主筋通過輔助的短鋼筋焊接定位。3、取出調節器放入埋件和安裝錨栓將埋件位置的鋼筋固定后，取出調節器，放入超大表皮埋件，配套的錨栓一步安裝到位，錨栓與粱鋼筋焊接固定。4、門式支架定位調節1）根據現場基準點坐標，借助已經建立的平面控制網，通過計算機放樣，得出控制點A（x1，y1,z1）、B（x2，y2,z2）、C（x3，y3,z3）2）通過全站儀對控制點A/B/C進行測量，得出過程坐標（x,y,z）,則表皮埋件的安裝偏差為X=1cm ,Y=1cm ,Z=3mm3）通過門式支架及手動葫蘆等輔助工具進行定位調節，同時使用全站儀及塔尺實時監測控制點A/B/C12、的坐標變化情況。圖5-8 現場實物照5.7 混凝土澆筑1、應選用高流態、低水灰比的混凝土，并添加一定比例的膨脹劑。2、混凝土澆筑應自預埋件錨件較密集處向錨件較少處推移，保證鋼板下混凝土澆筑密實。3、配備足夠的振搗器具，使入模的混凝土能及時被振搗密實；為防止漏振，堅持分層振搗，采用二次振搗工藝，以提高混凝土密實度和預埋件與混凝土間緊密結合。5.8 5.7埋件檢測預埋件安裝后，在澆筑混凝土前需進行復核，通過借助全站儀、鋼尺、直尺及游標卡尺，對預埋件的中心點等幾個控制點進行測量，預埋件固定校正不誤后，混凝土澆筑前，應會同監理單位技術負責人進行隱蔽工程驗收。在混凝土澆筑過程中，應進行跟蹤監督，對混凝土13、澆筑過程中的損壞情況應及時進行校正及驗收復核。6 材料與機具設備6.1 材料主要材料截面型材（角鋼、工字型鋼、槽鋼），材質Q235B，用于調節器組成。本工法需要的主要材料如表序號名稱規格型號備注1支架桿件L80*82H型鋼H250*175*10*103螺桿224螺母M226.2 機具設備本工法需要的主要機具設備如表序號名稱型號數量備注1塔吊500t臺吊裝2千斤頂10t4個預埋件調整3葫蘆10t/20t若干預埋件調整4門式鋼架1臺預埋件調整5CO2焊機30KW4臺焊接6鋼卷尺4個測量放線7墨盒線2個放線標記8塔尺5m2個測量9大盤尺長城50m2個測量10經緯儀J2-22個測量11全站儀Topco14、n GTS-211D1個測量7 質量控制7.1 應執行的標準規范本工法應執行的主要標準規范有鋼結構設計規范GB50017-2003、鋼結構工程施工規范GB50755-2012、鋼結構工程焊接規范GB50661-2011、建筑鋼結構焊接技術規程JGJ81-2002、鋼結構工程質量驗收規范GB50205-2001等。7.2 質量要求7.2.1 超大埋件加工前期的控制:1、在埋件施工準備期，在滿足結構的情況下，從優化、簡化埋件節點，盡量現場散裝，埋件靈活現場處理，減少現場埋件與混凝土梁水平筋和箍筋的碰撞出現的現場整改問題。2、深化階段組織各施工單位開展埋件技術交流會，把過程中可能出現的技術難題，提前15、拿出解決方案。7.2.2 超大埋件加工前期的控制:超大埋件加工前期的控制：主要控制好計劃實施的監控、對技術文件、工藝規程制定和評定、對生產設備的檢修和維護、對作業人員的技藝水平培訓和考核等方面。7.2.3 超大埋件焊接變形控制：1、焊接過程中產生變形主要原因與溫度梯度、溫度應力與板材厚度和結構剛度有關，板材越厚，結構剛度越大，變形越大。施工開始前，應采用數值模擬的方法選擇合理的分塊參數，形成詳細的施工方案，并嚴格按施工方案進行施工。2、焊接前先將鋼板與錨桿點焊連接，分塊處用23快薄鋼板焊接連接。分層施焊，每焊完一道焊縫應及時進行敲渣并錘擊焊接，以減少焊接應力。焊接過程中應隨時校正水平度和軸線尺16、寸。3、角焊縫應優先采用埋弧焊或氣體保護焊（CO2氣體保護焊或混合氣體保護焊）。氣體保護電弧焊焊絲宜采用船用焊絲，如大西洋ER50-6船用焊絲，保護氣體為CO2或Ar+CO2，電流極性為直流反接。用混合氣體焊接后，其力學性能沖擊功比CO2氣體保護焊的更好；焊接時飛濺小，焊縫成形美觀。也可采用藥芯焊絲焊接。7.2.4 后期施工質量控制：頂板混凝土澆筑完畢14天后，檢查鋼板與混凝土的結合程度，必要時對鋼板表面鉆孔取樣，觀察鋼板與混凝土間結合情況。如存在結合不好的情況，可采取高壓注漿處理，在鋼板表面鉆間距600mm600mm呈梅花狀布置的圓孔，圓孔直徑25mm。利用鉆好的圓孔進行高壓注漿，材料采用C17、80灌漿料。注漿前先用高壓氣體將孔內吹干，不允許孔內有積水和雜物。注漿時加壓要均勻，在對每個孔注漿時需觀察有鄰近孔內開始冒漿時才能停止該孔注漿，同時立即用木楔（包布）將已注完漿的孔封閉。7.2.5 超大埋件安裝質量標準表序號項目允許偏差（mm）備注1預埋件標高3.0水平度L/1000與軸線中心偏移2.0表7.2.5-1表皮埋件安裝質量標準8 安全措施8.1 應執行的標準規范本工法應執行的主要標準規范有建筑機械使用安全技術規程JGJ33-2012、建筑施工安全檢查標準JGJ59-2011、施工現場臨時用電安全技術規范JGJ46-2005、施工現場機械設備檢查技術規程JGJ160-2008等。8.18、2 安全要求1、加強操作人員的安全教育培訓工作，開工前做好安全技術交底工作，并形成書面交底記錄。每天認真開展好班前安全教育活動，確保每個操作人員對施工防護工作做到心中有數。2、進入施工現場的所有操作工人均需佩戴好個人防護用品，嚴格按照各工種操作規程進行作業。3、吊裝施工中嚴格按照以下要求進行1）綁扎構件的吊索需經過計算，綁扎方法應正確牢靠。所有起重工具應定期檢查。起重機的吊鉤和吊環嚴禁補焊。當吊鉤吊環表面有裂紋、嚴重磨損或危險斷面有永久變形時應予更換。2）禁止在六級風、濃霧等惡劣氣候的情況下進行吊裝作業。3）起重吊裝的指揮人員必須持證上崗，作業時應與起重機駕駛員密切配合，執行規定的指揮信號。駕19、駛員應聽從指揮，當信號不清或錯誤時，駕駛員可拒絕執行。4）嚴禁起吊重物長時間懸掛在空中，作業中遇突發故障，應采取措施將重物降落到安全地方，并關閉發動機或切斷電源后進行檢修。在突然停電時，應立即把所有控制器撥到零位，斷開電源總開關，并采取措施使重物降到地面。5）設置吊裝禁區，禁止與吊裝作業無關的人員入內。地面操作人員，應盡量避免在高空作業面的正下方停留或通過，也不得在起重機的起重臂或正在吊裝的構件下停留或通過。6）構件安裝后，必須檢查連接質量，只有連接確實安全可靠，才能松鉤或拆除臨時固定工具。4、電焊過程中的注意事項1）電氣焊工上崗，必須持有上崗證，上崗前進行消防安全培訓。2）電氣焊工上崗必須攜20、帶小型滅火器，以便發生火險，及時撲救。應采取嚴密防護措施，嚴禁熔珠濺落到易燃物品上。3）電氣焊工焊、割作業結束后，必須及時徹底清理現場，消除遺留下來的火種。4）電氣焊工了解現場情況，焊、割單位附近堆有易燃易爆物品。必須采取有效安全措施，方可施工。5）在高處用氣割或電焊切割時，應采取措施，防止火花落下傷人。6）電焊作業過程中，要注意做好操作工人的勞動安全保護工作。9 環保措施9.1 應執行的標準規范本工法應執行的主要標準規范有綠色建筑評價標準GB/T50378-2014等。9.2 環保要求1、預置調節器和門式支架要合理設計，選擇通用材料，嚴格控制技措材料用量，避免工程浪費。2、預置調節器和門式支21、架，選擇重復利用，減少材料浪費，施工結束后，要統一回收，最大程度進行再利用。3、現場油漆選擇環保、質量優良的油漆產品，避免對人工、大氣產生有害影響。4、殘留的氧氣、乙炔等氣體燃料應及時運到換氣站統一處理，決不能在現場任意釋放或燃燒。5、施工過程中不能將廢螺栓、廢焊條亂丟亂放，應該統一歸攏在一起，后運送到環衛部門指定地點。6、教育施工人員養成良好的衛生習慣，不隨地亂丟垃圾、雜物，保持工作和生活環境的整潔。7、盡量減少施工過程中產生的噪聲污染。8、每日做到工完料清，不能入庫的材料，堆放在指定位置，并分規格、品種堆放整齊,半成品應有明顯的安裝部位、件號等標記。9、作業區域內不得高空拋物。10 效益分22、析10.1 安全效益1、通過軟件分析，設計門式支架，并對施工過程進行模擬受力分析，對埋件施工安全性有了充分的保證。2、通過設計的預置調節器安裝埋件和門式支架調節，達到要求后，與地下室頂板大環梁，形成穩定整體，避免人力、吊車等手工調節，讓施工更簡單、更快捷，更安全。10.2 經濟效益采用預置調節器安裝埋件和門式支架安裝超大表皮埋件，節約了措施材料，減少了人工使用數量及機械使用時間，同時也節約了工期。以深圳當代藝術館與城市規劃展覽館鋼結構工程為例，采用本工法安裝埋件共計87個。相比傳統方法，每個埋件安裝節省措施材料1.1t，提高安裝效率2倍，節省了近一半的施工周期，共節省工期2個月。措施材料均價按23、4500元/噸計算，人工平均工資按300元/日，項目安裝工人20個，500t履帶吊按20000元/日計算，總計節省施工成本：材料費：1.1450087=43.06萬元人工工資：2060300=36萬元臺班費：6020000=120萬元節約總成本=43.06+36+120=199.06萬元10.3 社會效益本工法的社會效益是十分明顯的，主要表現為:將先進的軟件三維建模及埋件預置調節器施工充分運用到超大型埋件的安裝中來，并通過設計可調式門式支架調節對埋件的精確定位做了有效的控制，保證了深圳當代藝術館與城市規劃展覽館鋼結構工程的順利進行與安全施工，為兩館鋼結構的完工爭取了寶貴時間。11 工程應用實例24、超大埋件可調胎具置換預埋工法成功應用于深圳當代藝術館與城市規劃展覽館鋼結構工程超大表皮埋件的施工中，取得了良好的安全、經濟與社會效益。在進行超大埋件安裝時按照本工法規定的施工工藝流程、操作要點及質量標準等進行安裝，實現安裝定位精度100%的佳績，對保證深圳當代藝術館與城市規劃展覽館鋼結構工程整體施工進度、工程質量和安全具有重要意義。工程應用實例1：工程名稱：深圳當代藝術館與城市規劃展覽館鋼結構工程工程地點：深圳市福田區市民中心東北角，福中路與金田路交匯處實物工作量：單個埋件最大6t，最小2t安裝周期：2014.06-2014.07應用效果：良好圖111 實施效果照工程應用實例2：工程名稱：興業銀行大廈主體工程工程地點：福州市臺江區江濱大道北側、鰲峰支路東側實物工作量：單個埋件2t安裝周期：2014.010-2014.11應用效果：良好工程應用實例3工程名稱：廣州松日總部大樓工程工程地點：廣州高新技術產業開發區科學城創新路以東、光譜東路以北實物工作量：單個埋件3t安裝周期：2014.06-2014.07應用效果：良好13