吴玉亚
（中国电建集团核电工程有限公司 山东 济南 250100）
〔摘 要〕槽式光热电站集热器基础为灌注桩基础，每13个桩基础组成一列，总跨距148m，每个桩基础顶设计有4根预埋螺栓，设计要求每列所有预埋螺栓中心位置偏差控制在±2.5mm内，预埋螺栓安装距离跨度大、精度要求高造成施工难度大，通过对比常规螺栓安装方法，总结研究预埋螺栓专用安装装置，达到螺栓安装精度要求，提高了安装效率。
〔关键词〕光热电站；预埋螺栓；固定模具；调平装置；安装装置
1 前言
中广核德令哈50MW光热发电项目工程，是国内首台商业化运行的槽式光热发电项目，项目建成后发电系统的效率，取决于槽式集热器能否时刻对准太阳，以保证最大限度的吸收太阳能；而集热器基础预埋螺栓的安装精度，直接影响到集热器安装后对准阳光的角度，从而影响集热系统的集热效率，因此集热器基础预埋螺栓的安装质量至关重要。通过分析集热器基础预埋螺栓数量基数大，规格单一，安装精度要求高的特点，研究螺栓定位的安装装置。
2 工程概述
中广核德令哈50MW光热发电项目集热器基础采用干成孔灌注桩，共9880根，桩径包括1000mm、1200mm两种，桩长3m~5m，桩顶外露150mm，集热器基础南北纵向布置， 13个桩基础为一列，一列总跨距148米，每个桩基础上设计4根预埋螺栓，一列共设计52根螺栓，预埋螺栓布置如图1所示。设计要求每一列南北轴线与严格正南正北方向偏差小于0.05°；控制中心线南北方向偏差≤±5mm，东西方向偏差≤±5mm。预埋螺栓相对中心线偏差在±2.5mm以内，预埋螺栓安装精度要求高、长度方向跨度大、数量群体大，这就要求我们采取科学有效、合理高效的安装方法。
图1 桩基础预埋螺栓布置图
3 预埋螺栓常规安装方法
3.1 方法一：型钢固定螺栓法
混凝土分两次浇筑，第一浇筑至预埋螺栓底部，在混凝土顶预留槽钢或角钢支架，根据螺栓的位置，利用全站仪对每个螺栓进行定位，然后在水平槽钢上钻孔将螺栓上口固定，螺栓底部采用钢筋或角钢斜撑与竖向支架连接固定。预埋螺栓加固完成后，然后浇筑第二次混凝土，型钢支架固定预埋螺栓见图2所示。
图2 型钢支架固定预埋螺栓
3.2 方法二：脚手架管固定螺栓法
混凝土一次浇筑成型，在桩基础外侧搭设脚手架管支架，脚手架管锚入到桩基础外侧地基土中，锚入深度300mm以上，在脚手架管支架上焊接方钢管或槽钢水平支架，将预埋螺栓通过螺母固定在水平方钢管或槽钢上。脚手架管支架固定螺栓见图3所示。
图3 脚手架支架固定预埋螺栓
3.3 问题分析
对以上两种方法进行验证分析，组织施工人员在试验区域选取两组六个集热器桩基础进行试验论证，每组选取位置与正式工程每列两端部及中间部位的3根桩基础位置相同，按照螺栓安装精度要求进行安装，通过对试验桩基础预埋螺栓安装、加固、定位统计所用材料、人工，以及存在的问题进行统计分析，分析表见表1。
表1 预埋螺栓常规安装方法分析表
3.4 结论
通过分析，方法一虽然能够保证螺栓的安装精度，但桩基础分两次施工，桩基础质量得不到保证；方法二措施性材料虽然能够节省，但施工时间较长，人员较多，且人工配合要求紧密。因此以上两种常规安装方法都存在一定的缺陷，因此针对预埋螺栓安装特点，研究专用安装装置。
4 研究预埋螺栓专用安装装置
4.1 设计思路
（1）首先利用GPS在每列基础南北两端放出南北轴线定位点，利用全站仪测出基础南北向中心线，然后测量每个桩基础东西向中心线，基础中心线即每组螺栓的中心线。
（2）每个桩基础上预埋螺栓的相对位置固定，且桩基础数量基数大，制作螺栓固定模具，螺栓安装在模具内，相对位置准确，模具的中心线与基础中心线重合，螺栓的位置能够准确定位。要求模具强度高，保证在混凝土浇筑过程中，螺栓不发生位移；重量轻，方便安装、移动，提高施工效率。
4.2 固定模具制作
根据设计思路，采用80*80*3mm方钢管做骨架，80×80×3方钢管理论重量7.25kg/m,综合考虑模具超出桩基础边线，方钢管骨架设计跨度2m，抗弯截面系数W=22.86cm3，材料容许用应力[]=235MPa，[]=M/W,弯矩M=受力F*力臂L， F=[]*W/L=235*106*22.86/(103*2*103)=2686N=274kg，满足强度要求，且方钢管重量较轻，方便移动。根据螺栓的相对位置将方钢管焊接成骨架，并在方钢管上钻孔，钻孔位置精度要求高，相对位置偏差控制在±0.5mm以内，由专业厂家制作。
考虑到螺栓中心线定位复测方便性，在方钢管支架上安装2mm薄钢板，钢板同样打孔，并将两个方向中心线标记在钢板上，这样在螺栓安装时使用全站仪测量定位中心线即可，大大提高螺栓的安装效率，保证螺栓的安装精度。预埋螺栓固定模具见图4所示。
图4预埋螺栓固定模具
4.3 专用调平装置
根据设计要求，桩顶标高高出地面150mm，预埋螺栓高出桩顶面251mm，预埋螺栓安装到固定模具上，需要在模具顶面及地面安装螺帽，这样预埋螺栓才能固定牢固，螺栓顶高出模具50mm左右，扣除模具80mm厚度，模具至混凝土面约120mm左右，方便基础顶面混凝土浇筑完成后收面压光；根据上述尺寸设计固定模具支腿的高度至少为300mm。支腿布置在固定模具方钢管两端，支腿底部设计Φ150mm底座，保证支腿放置在地基土上稳定。
复测施工场地后发现场地标高与设计标高存在偏差，分析原因为施工场地场平阶段施工误差引起的，若采用固定支腿，支腿安装后存在高差，预埋螺栓固定模具也会存在高差，进而引起测量误差，因此预埋螺栓固定模具安装后需要进行调平，固定支腿无法满足调平需求，因此采用可调支腿，选用M22螺杆作为支腿材料，通过旋转螺杆达到升降调平的目的。
螺杆与底座之间存在间隙，可能会造成螺杆的轻微位移，造成螺栓固定模具的位移，引起螺栓位置的偏差，在底座侧面焊接一个M6螺母，螺杆插入底座后，拧上M6螺丝顶住螺杆，确保螺杆不位移。调平装置如图5所示。
图5 专用调平装置
4.4 组成安装装置
将固定模具与调平装置组合后形成安装装置，对每一个安装装置螺栓孔的间距、相对中心线的偏差进行检核，对不合格的装置整改或报废，预埋螺栓安装装置如图6所示，预埋螺栓安装在该螺栓定位孔上，在定位模具上下侧拧紧螺母，螺栓外露长度统一，螺栓相对位置准确，节省每个螺栓单独定位的工序，节省安装时间；而且螺栓安装装置重量较轻，移动方便；能够重复利用，相对于数量基数大的工程，施工成本大大降低。
图6 预埋螺栓安装装置
4.5 应用验证
（1）采用GPS对每列桩基础南北向控制点进行定位，全站仪在北侧控制点定位，在每列桩基础中间引测两到三个控制点，标记在事先埋置的钢管上，因每列桩基础跨度大，分三段拉设南北向钢丝线。
（2）每列预埋螺栓安装到定位模具就位后，将安装装置就位到桩基础上，螺栓外露长度保持一致，减少后续标高测量的次数，预埋螺栓就位如图7所示。根据南北向钢丝线位置进行初步就位，然后采用水准仪测量定位模具的标高进行调整调平装置，确保预埋螺栓固定模具标高准确，且保持在同一平面，同时采用水平尺检核预埋螺栓的垂直度。在安装装置两侧地基土中埋入4根短钢管，距离安装装置500mm～800mm，便于后续固定安装装置。
预埋螺栓固定模具表面同一标高，螺栓外露长度统一，仅复测一组中一个螺栓标高即可保证四个螺栓的标高准确。
图7 预埋螺栓就位
（3）针对混凝土污染固定模具上方定位钢板问题，我们另外加工独立的高精度定位钢板，定位钢板孔距同螺栓间距，误差控制在±0.5mm以内，将定位钢板套在预埋螺栓上，测量定位钢板对预埋螺栓定位调整，且该定位钢板测完后安装到下一组螺栓上，方便高效。
（4）定位模具调平、螺栓相对位置安装准确后，采用全站仪复测安装装置上定位钢板南北、东西向轴线，定位钢板轴线偏差在2mm以内，一组4个预埋螺栓位置确定，依次调整、定位其他组预埋螺栓，直至一列预埋螺栓安装完成，确保每个螺栓相对位置准确，偏差控制在2mm以内。一列预埋螺栓就位后，抽查检查螺栓的位置坐标，复核安装准确性。预埋螺栓的定位测量如图8、图9所示。
图8 预埋螺栓中心线定位测量
图9 预埋螺栓定位复测
（5）安装装置定位后，采用水平钢管固定安装装置，确保预埋螺栓安装装置位置牢固，混凝土浇筑过程中不发生位移。
5 总结
中广核德令哈槽式光热项目共760列9880根桩基础，制作30列390套安装装置，每套材料及制作费用500元，合计到每列成本257元。安装完成1列预埋螺栓需人工6人3小时，共用人工2.25工日，每工日按200元计算，人工费用2.25*200=450元。因此，每列安装螺栓费用为257+450=707元。
采用型钢固定螺栓法：每列螺栓安装需人工7人8.7小时完成，人工合计7.6工日，每工日按200元计算，人工费用7.6*200=1520元。不可取出预埋型钢每列按0.4t计算，型钢材料费、加工费用按6000元/t计算，需型钢费用0.4*6000=2400元。合计费用1520+2400=3920元。
采用脚手架管固定螺栓法：每列螺栓安装需人工8人13小时完成，人工合计13工日，每工日按200元计算，人工费用13*200=2600元。每列脚手架管用需用312m，准备30列共9360m，重量37.14t，分配到每列用脚手架管0.05t，脚手架管材料、加工费用按6000元/t计算，脚手架管费用0.05*6000=300元。合计费用2600+300=2900元。
对比脚手架管固定螺栓法，采用专用安装装置安装全场预埋螺栓，共节省费用760*（2900-707）=166.7万元。
采用专用安装装置安装预埋螺栓，每列仅需3小时时间，随着工人业务熟练，每列安装时间可缩短至2.5小时。每个小组一天可安装3列预埋螺栓，根据桩基础的钢筋笼安装及混凝土浇筑的整体施工进度，增加小组数量，做到流水施工。
6 结束语
光热发电项目在我国正处于起步阶段，国家正逐步加大对光热发电项目的投入，随之而来的是光热发电产业化进程的加快。中广核德令哈50MW光热发电项目作为国内首台商业化运行的槽式光热发电项目，通过该预埋螺栓安装装置的应用，螺栓安装质量符合图纸设计要求，为集热器设备安装质量奠定了基础，应用效果良好，为其他类似工程预埋螺栓安装提供了参考，具有良好的社会效益及经济效益。
作者简介
吴玉亚 1987年10月，男，中电建核电公司建筑技术主任，工程师，从事电力行业工程施工技术及管理工作9年。