提高混凝土设备基础预留螺栓孔合格率的设计施工技术Word文件下载.docx
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设备基础、预留螺栓孔、设计、施工
目录
摘要1
目录2
第一章大型混凝土设备基础的“孤岛效应”3
1.1孤岛效应的产生3
1.2孤岛状螺栓孔缺陷4
第二章合理可行的设计4
2.1注意避免设计预留孔与成品设备地脚螺栓位置不符4
2.2大尺寸预留孔洞对钢筋分布的影响5
2.3小结6
第三章预留孔的施工工艺6
3.1预留木桩6
3.2木模板制作预留孔内模7
3.3预制混凝土板制作成预留孔内模7
3.4铁皮或钢管制作成预留孔内模8
3.5用波纹钢管制作预留孔内膜8
3.6小结9
第四章结束语9
致谢10
参考文献11
第一章大型混凝土设备基础的“孤岛效应”
1.1孤岛效应的产生
有些大型混凝土设备基础会出现细小裂缝，在不断的荷载作用下，裂缝会不断扩大，而引起设备精度不能达到要求，需要不定期不断调试设备，或者干脆不能使用。
这样的裂缝主要诱因是温度变形裂缝，首先，受风力影响和覆盖保温工况的变化，表面温度散失过快，形成了初始的表面裂缝，表现为将混凝土表面基本均等地切成几块，其次，随着混凝土体内热应力的不断释放，已形成表面裂缝的部位产生应力集中，使表面裂缝进一步向纵深发展。
（见图1.1）然后，在温度全面下降过程中的收缩下，裂缝所在断面成为最薄弱部位，形成最大拉应力截面，由于设备基础本身较厚，基础与地基间的摩擦力足以约束其底面收缩，而表面裂缝却有更进一步发展的条件（见图1.2），所以最终形成的裂缝以贯穿、宽大，将混凝土切割成岛状为特征。
用塞尺插人裂缝时，只要穿过钢筋部位，往下插入就较易，因为钢筋处对裂缝有约束，成为颈缩状（见图1.3）。
混凝土持续不均匀变形是指混凝土在传统的徐变期以后很长时间，仍有类似徐变的现象存在，而且这种持续变形不均匀，个别区域正常徐变后不再产生进一步的变形，个别区域变形持续发展，整个设备基础平面不能满足机床变形限制条件就形成了通长贯通裂缝。
通长贯通裂缝改变了机床荷载传递至设备基础的影响线（参见图1.4），形成了板状或柱状孤岛（见图1.5），这就是所谓的孤岛效应。
对于大型精密机床的设备基础，决不能忽视裂缝的出现，裂缝将会引起混凝土孤岛效应，在长期的荷载左右下，混凝土结构进一步破坏，会直接影响设备的使用。
图1.1图1.2图1.3
图1.4图1.5
1.2孤岛状螺栓孔缺陷
孤岛效应是针对混凝土局部缺陷而言提出的一个概念，最先产生于设备基础的预留螺栓孔及其灌注混凝土的质量缺陷。
例如：
孔壁混凝土破坏，二次灌注混凝土强度不足等。
这些质量缺陷相对于整体来说是一个微小局部的，其形状似大海中的一个孤岛，这就是所谓的“孤岛状螺栓孔缺陷”，其危害是使设备与基础之间的联接弱化，由于孤岛状螺栓孔缺陷使设备无法运行，不得不加固处理，在工程上有造成了重大损失的实例。
在设备基础中的孤岛状螺栓孔缺陷虽小，但相对于设备有可能是重大缺陷，因此必须高度重视其危害。
不过，一旦存在孤岛状螺栓孔缺陷，有的设备不一定立刻出现质量问题，从而制约了人们对其危害的认识程度，这是因为孤岛状螺栓孔缺陷存在的部位不同，设备用途的不同，其危害影响程度也有所不同。
因此，孤岛状螺栓孔缺陷的存在不论是当时立刻发现，还是在使用中暴露，还是较长时间未发现，在长期使用下，必然会影响设备的精度。
孤岛效应检验困难，验收也存在盲区，即使发现，返工或返修都极为困难。
不论孤岛效应是否出现明显的破坏或降低使用功能（如降低加工精度），可以肯定孤岛效应确实使设备运行的质量在隐含的能力上，诸如耐久性和环保（如噪音、振幅）方面，降低了相应标准（如使用年限等）。
为了避免孤岛螺栓孔缺陷，我们就必须从设计抓起，选择合理的螺栓孔预留方案。
第二章合理可行的设计
2.1注意避免设计预留孔与成品设备地脚螺栓位置不符
如果预留螺栓孔出现错位或遗漏，就不得不进行人工二次剔凿。
二次剔凿必然会造成周围混凝土损伤，剔凿一般会出现上口大，下口小，形成一个漏斗形状，一则会引起的螺栓浇灌实体抗拔力不足，二则在长期的荷载作用下，会引起裂缝，形成孤岛效应，无法满足设备的精度要求，所以我们需要从设备基础的设计就开始注意这个问题。
随着企业的壮大，设备的功能及材料的不断改进，特别是小行公司引进一批大型设备，螺栓孔一般都比较多，如PAMA3000、PAMA4000、齐重8米立车等等。
几乎每一型设备都需要上百个预留螺栓孔，所有的这些螺栓孔都得在基础浇注时，按照预定的尺寸和位置准确的预留，所以，一般设备商在签约时提供给我公司的一部分资料，其中就有设备基础图，这些资料可能只是一台标准设备的资料，而往往对于大型设备，我公司都会有自己的一些要求，这就可能造成设备商给的原始图和公司最后拿到的设备有一定差别，或者我们公司由于老厂房的条件限制，也会需要对设备有自己的要求。
一般的解决办法是，由设备商随后送达我公司一份签约后投产的最新设备资料；
对于设备自身原因，不能满足我们现有厂房要求，需要我们去设备商现场进行协调，提出我们的意见和方法，如果可能的话，在设备基础设计完成后经设备商进行图纸确认。
所以我们在预留螺栓孔设时计先取得设备资料，与设备底座的加工孔位进行核对，应要求取得设备商的设备下线生产资料。
如不能满足，我们需主动要求设备商将设备设计图纸电传至我部门予以确认。
目的均是保证孔位的正确无误。
如此可以避免设备基础与最终成型设备不符的现象。
这个过程中最关键的是我公司设备基础设计部门需要与设备商进行有效的沟通，确保送达的设备与我们正在设计施工的基础相吻合。
其中我们就有过这样的问题，如SVT125*10/5A-NG立车就出现少一个螺栓孔的问题，尽可能减少对基础的损伤的情况下，用专业打孔机钻孔。
2.2大尺寸预留孔洞对钢筋分布的影响
据相关文献统计，绝大多数设计者对于设备基础的配筋设计，基本上部考虑大量预留螺栓孔的存在，其上排钢筋仍按通常的标注方法，如Φ18@200。
使施工过程中的上排钢筋布置常常出现困难，参加设备基础建设的各方此时往往会对布筋方法歧意很大。
一般的解决方法是在割断钢筋，布置预留孔模板，然后在钢筋割断处加筋，如此使钢筋不能通长贯通，由于混凝土保养时的散热，部分钢筋间距只有100mm，容易致使产生温度裂缝，这就产生孤岛效应。
如某一设备，基础面预留螺栓孔布置规则，孔口尺寸280mmx250mm，孔间净距在220之间，属密集型孔。
设计者对于上排钢筋按双向Φ20@200统一布置，但由于预留孔的存在，钢筋无法按标注间距排列，必须让开预留孔，设计要求在总钢筋根数不变的前提下加密孔间钢筋，使孔间的钢筋间距仅100mm，同时致使产生了因温度裂缝可能。
在基础的纵向另有280x250的预留孔，两者孔刚好错开分布，如果设计成Φ20@200，那么就仅少数钢筋可纵向贯通。
如果改为交错钢桁架一混凝土组合结构做设备基础，用交错钢桁架代替不可贯通部分的钢筋（参见图2.1），如此在基础结构的稳定满足的情况下，基础也不会有太大的散热不均现象，如此设备基础配筋就更为合理。
图2.1
2.3小结
总之，不论何种类型的原因，致使预留螺栓孔错位或遗漏，处理起来都将严重危及设备基础的质量。
剔凿新孔位极易损伤周边混凝土，或产生新的裂缝。
剔凿出的孔位也极不规则，做不到原设计的直壁或倒楔要求，往往凿成上口远大于下口的形状，螺栓在这样的孔中灌注固定，新旧混凝土之间的粘结力和摩擦力均不能满足要求，在特定的受力条件下，形成破坏与螺栓失效的后果并不罕见。
剔凿出的新孔位，如因放置螺栓位置不能保证而割去钢筋时，设备基础的刚度必将受到削弱。
尤其当设备基础采用各种钢筋混凝土组合结构型式时，切割钢筋将大大降低设备基础的刚度，甚至危及设备正常使用。
此外如果设备基础上层钢筋的一律按通常的配筋方法（如Φ20@200），在遇到密集错综型螺栓孔就会引起大量纵向钢筋不能贯通，影响设备基础的刚度，如为进一步加强基础的刚度，在钢筋割断处加钢筋，会因为局部配筋过密，在散热不均的情况下，极可能形成孤岛状螺栓孔缺陷，以致影响设备的使用。
所以在这个设计过程中需要我们设计人员在这两个方面考虑，来控制预留螺栓孔的合格率。
第三章预留孔的施工工艺
预留孔的施工有很多种工艺，每种工艺有各自的优点与不足，适用于不同的类型。
要提高预留螺栓孔的合格率，选择合理的施工工艺就见得尤为重要，现将在设备基础内预留孔的几种方法和各自的优势、不足及适用范围统计如下。
3.1预留木桩
在设备基础混凝土浇筑前，按图纸设计预留孔的位置。
用比预留孔直径略大、高度为预留孔深度加300～500mm的木桩，预留在设备基础内，在混凝土浇筑完成后。
根据混凝土的凝固程度逐渐对木桩进行晃动，使混凝土和木桩分离，直至木桩拔出后预留孔周边的混凝土能保证预留孔的几何尺寸为止。
该法施工的优缺点：
（1）预留孔下口的位置不易固定；
（2）对木桩的晃动必须掌握好，拔早了，混凝土塌落造成预留孔颈缩。
拔晚了木桩不好拔，有可能造成预留孔壁的破坏；
（3）该法形成的预留孔上口大、下口小，二次浇筑的混凝土抗拔能力不足。
适用：
该方法不适合较大较深的预留孔，适合直径不大于120mm、深度不大于500mm的预留孔。
3.2木模板制作预留孔内模
用木模板制作成与预留孔大小相同的内模。
按图纸设计预留孔的位置安装在设备基础内，待混凝土浇筑完成后，将内模取出。
（1）预留孔内模不易固定；
（2）内模不易取出，取出需耗费大量人工；
（3）遗留在预留孔内的杂物不好清理；
（4）对于细长的深预留孔，模板清理会浪费大量的人工，
（5）材料常见，安装方便，孔型多样。
此工艺最为常见，不适用于高宽比大于4的长条形预留孔。
3.3预制混凝土板制作成预留孔内模
事先预制与设备基础同强度等级的L形钢筋混凝土预制板，板厚3O～50mm，板的大小尺寸略大于图纸设计预留孔尺寸加板厚，板内配中6@150钢筋网片，钢筋长度为板长加5O～100mm。
待板的混凝土强度达到设计强度后，将两块预制板对口拼接，用电焊机将板边露出的钢筋连接，并用水泥砂浆将拼缝堵严，防止浇筑设备基础混凝土时，水泥浆进入预留孔内。
并用钢筋将预制板按图纸设计预留孔的位置安装在设备基础内。
（1）若有杂物掉入预留孔内不易清理；
（2）预制板拼缝不好，有可能造成漏浆到预留孔内；
（3）对于较大的预留孔或浇筑混凝土的侧压力较大时，预制板刚度不易加强；
（4）预制混凝土板笨重，人工安装不方便。
（5）模板不用拆除，节省人力；
（6）不会损伤混凝土结构。
对于小口径预留孔，高宽比大于4，比较合理；
不能适用于圆形预留孔。
3.4铁皮或钢管制作成预留孔内模
用铁皮制作成上口小、下口大的预留孔内模，在制作时，铁皮宜选用1．2～2．0mm厚，若强度不够。
可根据情况在模具外加加筋圈。
并可以在铁皮内外焊一些锚筋，用来增强铁皮与混凝土的粘结力。
铁皮做模具时六面全部封闭，待向预留孔内下螺栓时，用气焊将孔面铁皮割去即可。
在一些直筒型预留孔，可直接用废旧钢管来做内膜（如图3.1）。
该方法的缺点是成本略高于上述三种方法，工序稍多。
该法施工的优点是：
（1）预留孔的位置易保证；
（2）铁皮内模不用取出，对于深度大于700mm的比较有优势；
（3）孔内外的混凝土可以通过锚筋可靠连接；
（4）预留孔内的清洁易保证；
（5）避免拆模对预留孔造成损伤。
不适合大规模运用。
图3.1
3.5用波纹钢管制作预留孔内膜
在市场上买波纹钢板，截成设计所需的长度，底口用铁皮包扎封闭（如图3.2）。
用钢筋点焊在预定的位置。
缺点是孔型比较单一，只能是圆柱型。
该法施工的优点：
（1）预留孔位置亦容易控制；
（2）制作简单，工序较少；
（3）特别适用于小口径预留孔
（4）避免模板拆除的麻烦和对基础的损伤。
小口径预留孔，高宽比大于4，比较合理；
。
图3.2
3.6小结
综上5种预留孔施工工艺，用得最多的是第二种，用木质模板，由于此施工工艺必须清理预留模板，由此带来的基础的损伤，加上拆除深预留孔模板的较高人工费用，即耗时又耗费，所以我们在实际施工中运用了第五种预留孔施工工艺，（PAMR3000、PAMR4000镗床部分预留孔）在很好的确保施工质量的前提下，减少了施工的工序，缩短了施工工期。
对于大量的预留螺栓孔我们需要选择合理的施工工艺，既可以较少施工带来的麻烦，同时也可以提高预留螺栓孔的合格率。
第四章结束语
由于预留螺栓孔的设计极其微小，只不过是一个定位尺寸核对、索引相应的孔型大样以及说明固定螺栓的方法和材料而已，所以往往被忽视。
然而，预留螺栓孔的细部设计和施工极其重要，有关预留螺栓孔的质量问题，会直接影响设备购置活动的投资效益。
预留螺栓孔设计施工对设备基础质量和设备安装质量的重要关联和影响，目的在于加强对此问题严重性的认识，从设计和施工方面减少预留螺栓孔质量问题的发生，减少因处理质量问题造成的经济损失，实现公司设备投资的长远效益。
致谢
本文的能够顺利完成，首先感谢指导老师孙素琴对我的督促和指导，再者要感谢吴德宁师傅在设备基础设计和施工上对给我的建议，最后衷心的感谢所有在工作上及生活上给与我的关心和帮助的同事们！
参考文献
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