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技師報於85年11月18日土木日創刊
新聞局出版事業登記證局版省報字第48號


中華民國一○五年六月十八日

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文字記者:許素梅

基礎錨栓埋設精度與鋼柱基板安裝

陳正平 技師

前言

鋼結構基礎錨定螺栓,一般簡稱基礎錨栓或錨栓,基礎錨栓安裝精度是否準確,會影響上部鋼結構柱安裝作業之正確性甚鉅,因此不正確的錨栓位置,會使得後續之鋼結構組立作業困難,且安裝完成後之位置、高程及傾斜率,會與施工圖說之規定不符。

若以基礎錨栓與梁鋼筋綁紮施工之次序而論,可分為錨栓先施工與錨栓後施工兩種方式。錨定螺栓不易正確定位的原因,不外乎埋設作業時的測量誤差、安裝作業時產生誤差及模板、鋼筋綁紮作業之相互干擾,或混凝土澆灌衝擊力等,致錨定螺栓移位。混凝土澆灌後,錨栓位置一旦產生誤差,很難加以修正。因此在安裝之前應儘可能減少誤差,安裝前除須對錨栓位置詳加測量校核外,對安裝方法亦需妥善規劃。本文探討如何控制基礎錨栓埋設精度,供工程界參考,尚請不吝指正。

基礎錨栓埋設精度重要性

埋設於混凝土中之錨定鐵件,應配合鋼筋組立之順序預先埋置,基礎錨栓須精確埋設,後續鋼結構工程安裝才能順利。就理論而言,到底應先施作基礎錨栓之埋設再進行鋼筋之綁紮作業,或是先進行鋼筋之綁紮作業再進行基礎錨栓之埋設?有部分專家學者認為,應先安裝精度需求較高之錨栓,再進行鋼筋綁紮作業,以方便控制錨栓之埋設精度,繼而可控制鋼筋綁紮作業之精度。

但,筆者認為須配合鋼筋綁紮作業之進度,二者同時進行,才是合理、方便可行的方案。理由是先施作的一種,會妨礙到後施作者的施工空間之情形,若錨栓先安裝,在單一柱墩之情況雖尚屬可行,但已有妨礙鋼筋綁紮作業的情況;對於位在正交梁之交會區處之錨栓,則會嚴重妨礙鋼筋綁紮作業,對安裝精度需求較高的錨栓,無法承受安裝過程的碰撞力量,基礎錨栓被後者移動或破壞現象勢難避免,且鋼構工班與鋼筋綁紮工班易生糾紛;若鋼筋先行綁紮,常有鋼構工程之基礎錨栓等待基礎地梁鋼筋綁紮完成才要來安裝基礎錨栓,發現鋼筋緊密的程度已無空間可供埋設基礎錨栓,且鋼筋綁紮完成後,若所剩空間不足以安裝基礎錨栓,此時幾乎無法移動鋼筋挪出空間供錨栓埋設,尤其是位於正交梁交會區之錨栓,有二向之梁鋼筋交會,還有垂直向之柱筋夾在梁鋼筋間,已綁紮完成之鋼筋幾乎完全無法挪動,在無計可施之情況下只好切除部分鋼筋,或燒彎鋼筋,或燒彎錨栓,或切除基礎錨栓彎鉤,或去除基礎錨栓固端之螺帽或端板,才能勉強將基礎錨栓塞入鋼筋籠內。但此種情況下安裝完成之錨栓,常無法符合設計受力之需求。

免鋼筋組立完成後鐵件無法埋設就位,或無法符合設計需求,筆者認為須預先繪製施工圖,確認有足夠的空間可供埋設錨栓。若發現錨栓與鋼筋衝突時,必須事先請設計或監造人員指示解決方式,並配合鋼筋綁紮作業之進度同時配合進行,才能圓滿達成基礎錨栓組裝作業

基礎錨栓埋設要點

錨栓埋設於混凝土基座內時,另外一個重點是在澆灌混凝土之前,須避免以電銲方式直接銲於鋼筋上固定錨栓,以免因所用錨栓之材質銲接性不佳而產生脆化現象。曾有發生高強度材質之錨栓,在施工安裝錨栓時,以點銲固定於鋼筋籠上,待施工完進行基礎錨栓鎖固作業時,發生錨栓應力集中現象而斷裂的情形。

錨栓埋設時應注意事項彙整如下:

1.埋設前應先核對錨栓之規格尺寸,並去除表面之浮銹、油脂、其他污物,以免影響與混凝土之黏結性。

2.於混凝土澆置前,檢查其埋設之正確精度、方向高程、垂直度及錨栓應露出之長度。若露出之長度太長(見照片1),此種情況並非較安全,相反的,有可能埋入長度不足而影響結構安全;突出長度不足(見照片2),則螺帽鎖固強度不足,亦會影響結構安全。

3.錨栓埋設完成後,應有適當之保護措施避免碰撞致歪斜,並以膠布及塑膠袋或其他適當物品包紮螺牙,以防螺牙附著混凝土或銹蝕,以及其他之損傷、碰撞、彎曲等。

4.澆置混凝土時,須注意澆置時之衝擊力量,不致使錨栓移位。若發現移位時,於未凝固前應立即隨時調整並維持其正確位置;上部結構吊裝前,須將樣板(TEMPLATE)拆除,並測量澆置後之錨栓位置。

5.混凝土澆置後,如發現超出容許範圍時,應與相關人員研商並採正確修正方法,以免基座板無法安裝。

 

照片1  基礎錨栓埋設突出長度太長

  照片基礎錨栓埋設突出長度不足

基礎錨栓之埋設方法

錨栓之埋設,依施工方法,可分為固定埋設法、可調埋設法,及預留孔法三種。惟ACI 318-14對錨栓耐震韌性需求的考量,結構物在非線性反應之範圍內,錨栓元件是可提供能量消散之最佳位置,因此錨栓須有8倍錨栓直徑的可伸長段長度。由地震後觀察顯示,8倍錨栓直徑的可伸長段長度之規定,可使結構具有良好的耐震韌性表現。可伸長段範圍可採絕緣材料,例如膠帶圍繞、塗布柏油或套管隔離等方式處理,但錨栓埋設所需握持長度,仍需有足夠的握持長度,所以基礎錨栓埋設方法須特別注意是否符合設計圖說之規定。

基礎錨栓之埋設方法說明如下:

1.固定埋設法

以測量儀器測出錨栓之高程及正確位置後,大直徑錨栓之埋設,可用鋼板或角鋼做成立體鋼框,再正確的鑽出錨栓孔,此種鋼框需做成上、下二組,一組套於錨栓上端,另一組套於錨栓下端,錨栓應鎖固於上、下兩組鋼框上,使不致產生移動。上、下鋼框可銲於鋼筋籠上,但此時所用之鋼筋需為可銲鋼筋,否則錨栓固定架不可直接銲於鋼筋上;小直徑錨栓之埋設,宜以鋼製套模或樣板TEMPLATE),將錨栓群套於正確位 (錨栓埋設位置不正確之案例見照片3)並以堅固之獨立鋼構架,將樣板精確固定,再澆灌混凝土。此種固定方式,於澆灌混凝土後沒有調整機會,因此在安裝時應正確量測其中心位置、高程與垂直度,並確實固定之,使澆置混凝土時,不致有鬆動之虞。

   

照片基礎錨栓埋設位置不正確致螺帽無法鎖固

   

2.可調埋設法

於錨栓上段,以薄鋼板或塑膠板,製成高約20cm之漏斗狀或圓筒狀套管,於灌漿前將大口徑朝上套入錨栓,埋入基礎頂面內,筒內塞以破布或砂,防止澆置混凝土時,泥漿流入錨栓埋設位置,包住錨栓上段。混凝土凝固後是否除去套筒,則依施工圖說規定;若需除去,則可於混凝土澆置後,尚未完全凝固前拔起套筒,空出錨栓上節部分。可調埋設法施工上較固定埋設法具微幅調整之彈性,然其顧慮之點,乃為二次填充的混凝土,是否能完全與第一次澆置的混凝土結成一體,因此建議立即將孔壁粗糙化,以利提高與後續灌入之混凝土間之粘結性,此法可在安裝柱基座板時,矯正錨栓細部位置偏差的活動空間。基座板安裝作業時,錨栓位置如有偏差,可做小幅度調整,再灌漿填平。此法在錨栓直徑超過25mm以上時,調整工作將有困難。一般較簡單或輕型鋼結構可採用此法。採用可調埋設法矯正螺栓偏差時,栓頭須套上螺帽再予敲打,以防止螺紋損壞。,

3.預留孔法

在錨栓位置預先以套管或木模留孔,待混凝土硬化後將模板拆除。亦可以附有錨定裝置之鋼套管代之,混凝土硬化後不必取出,並以錨栓之錨頭,卡於錨定裝置而產生抗拉功能。預留孔法為基礎混凝土澆置完成後再插入錨栓,因此可調範圍較大,其空隙再灌漿填平,惟預留孔法與可調埋設法一樣,有二次填充的混凝土,是否能完全與第一次澆置的混凝土,結成一體之結構安全顧慮預留孔之大小須考慮作業之可行性,且不得妨礙鋼筋通過。對於基礎錨栓之尺寸精度要求較嚴格時可用此法。

基礎錨栓之埋設精度

錨栓之樣式可分為彎鉤錨定型及端板或螺帽錨定型,對於錨栓後施工之方式,使用端板或螺帽錨定型之錨栓,所需留設之預留孔較小較為可行。所有埋設於混凝土中之鐵件,包括錨定螺栓及外嵌板等,其埋設位置必須正確,澆置混凝土時,埋設鐵件不得發生移動。錨定螺栓於埋設後,除另有規定外,必須垂直於柱底板。錨定螺栓應依施工圖說規定埋設,其與施工圖中之尺寸誤差不得超過下列容許值:

1.固定同一構件之錨定螺栓群中,任意一顆錨定螺栓中心,與該群錨栓中心間之距離,誤差不得大於±3mm

2.二相鄰錨定螺栓群中心間之距離,誤差不得大於±6mm

3.沿同一柱線之錨定螺栓群中心間之距離累積誤差,每30公尺不得大於±6mm,但其累積誤差總和不得大於±25mm

4.任一錨栓群實際埋設後之中心,與設計柱中心間之距離,誤差不得大於±6mm

5.錨栓頂之高程誤差不得大於+13mm,原則上至少凸出螺帽2牙,最少須凸出螺帽1完整牙。突出太多則很可能埋入深度不足,且易造成人員受傷等危害;突出太短,則螺帽無法鎖緊,錨栓無法發展全強度。

基座板安裝

基座板與混凝土間,應依契約圖說所示預留適當之空隙,並於安裝後以無收縮性水泥砂漿將此空隙確實填滿。

1. 安裝柱底板或基座板前,應先整理混凝土基礎表面,將基座表層浮鬆不實及混凝土破壞碎片部分鑿除,並須將柱底板或基座板之泥砂銹污、油漬清除。面層必須有足夠之粗糙度,以增加灌漿層之黏結力。灌將之前須先潤濕面層,但混凝土表面及錨栓孔內之游離水須先除去,柱底板或基座板底面與灌漿接觸之表面須清理乾淨。

2. 柱底板或基座板安裝順序為先將其安置於墊鐵或水平調整螺帽上,然後調整柱底板或支座底板面至規定標高及水平精度,並立即將錨定螺栓之螺帽鎖緊,使柱底板或基座板無鬆動或承墊不實等現象。水平調整墊塊之設置位置應配合鋼柱之傳力位置,以減輕柱底板之負荷,且配置位置不得妨礙底板下之灌漿工作,灌漿工作必須在垂直載重或水平載重足以使支座產生過度之變形及應力之前完成之。

3. 調整水平用之墊鐵,亦可以於柱底置放與灌漿材料同強度之水平砂漿墊塊代替,惟其位置均不得妨礙柱底板下之灌漿工作。常用之灌漿材料有水泥砂漿、半乾水泥砂漿、無收縮水泥砂漿及環氧樹脂等。其配比及施工方法依施工圖說規定。使用環氧樹脂灌漿時,須將模板裂縫及螺栓孔填補平整,並於內側塗佈脫模材料,例如,糊臘 (PASTE WAX),以免灌漿流失或黏結。

4. 鋼柱底板與混凝土基座面之間隙,於該節鋼柱安裝校正完成後,應使用設計圖說規定之材料及方式灌漿。灌漿開始灌注後,必須連續不斷迅速進行作業,直到灌漿料從周圍溢出為止,灌漿料之灌注必須由一端或一側施行,未完成前不可中斷停止。於灌注時及初期硬化期間,附近不可有機械振動,亦不得使用振動器。

5.柱底板或基座板之基準面,於安裝完成後之高程,誤差不得大於±5mm基礎錨栓須以雙重螺帽旋緊固定,以防止鬆動。高層建築之錨定螺栓直徑一般均在 25mm 以上,若產生誤差,調整相當困難,若使用熱加工法將錨定螺栓予以彎曲修正,對錨定螺栓之材質將有不利影響,因此一般以採用柱基座板擴孔之方法處理,當誤差在5mm 以下時,於現場測得實際誤差值,送回工廠或現場將螺栓孔予以擴孔修正,待現場吊裝時再使用特製之墊片加以固定,惟亦應注意螺栓孔移位後,是否會與加勁板位置衝突(見照片3)

結語

基礎錨栓安裝精度是否準確,會影響上部鋼結構柱安裝作業之正確性甚鉅,因此不正確的錨栓位置,會使得後續之鋼結構組立作業困難,且安裝完成後之位置、高程及傾斜率會與施工圖說之規定不符,最重要的是,基礎錨栓位於結構物傳力路徑中最重要的位置,混凝土澆灌後,一旦發現基礎錨栓埋設精度有疑義,錨栓位置產生誤差,很難加以修正,影響結構安全至鉅。因此在安裝之前應儘可能減少誤差,安裝前除須對錨栓位置詳加測量校核外,對安裝方法亦需妥善規劃。

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