钢柱插入杯口式柱脚垫板施工工艺研究

【摘 要】本文对钢柱插入杯口式柱脚垫板施工工艺进行了探讨。首先，分析了垫板面积的计算方法；然后，研究了柱底板的间距以及对角线的测试方法和需要注意的问题；最后，提出了三种柱脚垫板施工工艺的改进方法，改进方法可以提高施工工艺水平，具有较为广阔的应用价值。

【关键词】柱脚垫板；施工工艺；钢柱

近年来，大多数大型企业厂房的钢柱柱脚采用了插入基础杯口的方式进行加固。由于企业厂房钢柱通常情况下承受的载荷数值非常高，一般而言，钢柱柱脚插入基础杯口的大于3M的深度。在进行柱基础设计的过程中，应该充分地分析钢柱安装以后柱脚底部二次灌浆混凝土的流动和密实度等情况，一般来讲，基础杯口底面标高设计的比钢柱柱脚板底面标高低200 mm。为了能够确保钢柱安装标高能够得到预计的目标，过去的做法是柱脚底部和基础平面的标高调整垫层一般利用标高调整垫层坐浆法来实现，或者多点、多层钢垫板标高调整法施工。上述措施在实际的操作中比较麻烦，多点、多层钢垫板标高调整法具有耗材多、费时的缺陷，并且调整每组垫板高度的时候也非常困难。因此，应该采取相应的施工改进方法来进行钢柱插入杯口式柱脚垫板施工。

1 垫板面积的计算

因为基础施工的精度不能满足设备安装必须的要求，因此设备的安装只能利用使用不一样厚度垫板的手段来获得设备依据设计规范的空间坐标。即利用垫板实现设备的找平和找正。设备在完成找平、找正、找标高之后不再取出垫板。然后实施二次灌浆施工操作。因为水泥经过搅拌形成混凝土，并且进行养生以后，通常情况下将形成体积收缩，因此二次灌浆层和设备底座无法接触，设备所受的不同载荷无法通过二次灌浆层传递到基础上，而主要靠垫板传到基础中的因此，垫板受力截面的总面积计算表达式如下所示：

（1）

式中： 表示垫板的受力面的面积； 表示安全系数，对于单体、轻载设备取小值， 对有冲击负荷的重型设备取大值； 表示混凝土的强度； 表示设备重量和工作载荷； 表示地脚螺栓的预紧力，可以表示为如下的形式：

（2）

式中， 表示载荷作用面的面积； 表示许用应力。

目前，因为出现了微膨胀水泥， 用它搅拌的混凝土经养生后其体积不再是收缩而是产生微膨胀。垫板便由单独承载变为它与二次灌浆层共同起着承载并传递载荷的作用了。所以， 垫板总承力面积可以减小，应按下式计算：

（3）

式中， 表示垫板受力面的总面积； 表示基础混凝土的抗压强度； 表示设备重量。

从式（3）可以看出，此时算出的垫板只是为了设备安装时的需要，没有考虑运转时的工作载荷，而运转时的工作载荷将由二次灌浆层与垫板联合承受并传递到基础，故无需如公式（1）再考虑因工作载荷取不准而加的安全系数 。

2 测量柱底板的间距和对角线时应该足以的问题

（1）测定柱底板

利用纬仪测定基准轴线上的柱底板的中心十字线，并且保证中心线和基准轴线一致，同时进行限位设置，预防柱底板相对于轴线产生偏离。在定位其余柱底板以后，应该安装限位装置。

（2）测定其他轴线上柱底板的对角线和间距

根据基准线上的柱底板，通过盘尺测量与基准线平行的轴线上对应的横向位置；同时，依据其他的基准线上的柱底板，通过盘尺测试和这个基准线平行轴线上的纵向位置。

（3）测定柱底板对角线和间距的过程中应该注意的问题

使用前必须校核测量仪器以及器具，合格后才能使用。确保盘尺和轴线处于平行的状态，并且保持水平。由于柱底板下标高等于-500 mm，同时，具有不相同的柱底板面积以及厚度， 因此应该利用计算调节测点的位置，从而能够确保盘尺和轴线处于平行状态，同时保持水平。

3 施工工艺的改进方法

（1）改进方法1

在施工阶段，首先应该符合规范的基本要求，并且坚持如下原则，即减少成本、方便操作，针对柱脚底部和基础平面标高调整垫层的施工方法进行了完善。利用H型钢支座取代以上施工方法，也就是在柱脚底板下进行H型钢支座的焊接操作。支座设计和安装流程如下：

（a）按照钢柱的自重Q，混凝土的强度P，求出支座最小承压面积Amin，可以利用如下的公式进行计算：

（4）

（b）利用20 mm厚的钢板制造方形的中心垫板，相应的面积依据最小承压面积A min的2倍进行求解。

（c）求出H型钢的长度h，可以利用如下的计算表达式：

（5）

式中，A代表了柱底板上表面的标高；B代表了钢柱基础模板卸除后，基础底面的标高；C代表了中心垫板的厚度。

（d）焊制H型钢，相应的尺寸为( H250×250×35×35)。

（e）依据施工要求确保“刨平顶紧”，铣削H型钢上下端面，使其长度为h，和中心垫板焊接制成支座以后，将其焊接在钢柱底部，此外，柱脚板上依据图纸情况安排孔洞。确保钢柱固定以后采取二次灌浆时，柱脚底面和基础平面之间的二次灌浆混凝土能够充实。

（f）安装钢柱， 清扫基础杯口底面后直接插入钢柱于杯口内，使用钢斜楔调整钢柱轴线及垂直度并固定， 杯口内二次灌浆达到图纸要求。

（2）改进方法2

（a）第一步，检查基础，并且进行确认，当基础上面含有油污和杂物时，应该进行全面地清理。

（b）在座浆垫板的部位，利用钢钎制成一个锅底形状的坑，坑应该比垫板长55～75mm， 宽度应该比垫板宽35～55mm，坑深为15～50mm。

（c）在座浆之前，利用水把基础表面进行湿润操作，捣筑时确保坑内没有积水。

（d）处理垫板的棱角和毛刺，在座浆前应该清除垫板的油污。

（e）每次搅拌的砂浆不能太多，能够保证1小时内够用就可以；浇筑过程中，砂浆的单层厚度为8～16mm，利用5mm×45 mm×450mm的弓形钢板击打，持续地作用直到浮出砂浆表面达到预计的标高；最终能够成中部高和周围低的弧形砂浆堆，在这种情况下利用手用力连续地把座浆垫板缓慢地压入，必须注意将空气全部放空，同时利用水平尺和水准仪等量具进行精确地测定。

（f）当座浆层混凝土的强度超过设计强度的75%时，可以采取相应的机械设备安装施工。

（h）可以直接进行设备的安装施工，找平过程非常简便，不用利用斜垫铁，只要通过调整地脚螺栓就能够达到目的。

（i）采取二次灌浆。二次灌浆料利用无收缩混凝土，可以依据相关资料进行。

（3）施工方法3

（a）施工准备

利用的主要工具为水平仪。主要有以下几个要求:

① 座浆垫板的座浆砼应该超出基础砼个标号，在施工之前需要进行配制，同时制作试块，经过检验合格以后，然后进行调制。

② 垫板的钢板材料必须和钢结构底板或者设备底座尽量相同，钢板的厚度通常为5～8mm。

③ 座浆垫板顶标高，座浆块高度等于基础顶标高和垫板底标高之差，这个数值可以按照地脚螺栓的间距以及底板尺寸求出。

（b）施工的工序

① 把垫板放到座浆块之上，用水平仪观测，并且轻敲垫板顶面，从而使其标高能够符合要求。

② 养护座浆块，直到其强度满足规范为止。

③ 进行重新测试，达到要求以后，可以进行设备或钢结构的安装。

（c）技术要求

① 因为座浆垫板安装完毕时，座浆砼将产生固化现象，这样就无法重新调整，因此，可以应用水平仪对标高进行调节时，必须采取成批施工的方法，进行统一的调平，从而使误差限制在规定的范围内。

② 利用机械加工手段加工垫板，防止热切割产生的垫板形变，从而降低实际的安装质量。

3 结论

上面所述的改进施工方法具有许多优势，不用利用垫铁找平找正，从而能够有效地节省垫铁，减少成本。施工具有简单易操作的特点，并且能够省工省时，通过初步的测算，其经济效益能够增加25%左右。具有较高的安装精度，标高的误差可以小于2mm，因此有较为广泛的应用前景和应用价值。

参考文献

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