鋼結構基礎螺栓埋設工法

☆ 詹桂祺

一、前言

         自九二一震災以來，國內營建工程逐漸以鋼骨結構取代傳統 RC 結構，而鋼骨結構基礎螺栓的埋設即成為鋼構建築的首要工項，螺栓埋設精度的良否將決定後續鋼構吊裝效率及品質。
        鋼構基礎螺栓之埋設與週邊鋼筋紮配作業息息相關，有感一般工程人員對鋼構基礎螺栓埋設實務經驗不足，到底是鋼筋先行綁紮再行螺栓埋設？抑或先行埋設螺栓再行鋼筋紮配？此即為本篇所要探討的主題。
        螺栓埋設必須就XY向座標軸線及Z向高程等三方向進行精密的測設而定位，施作精度要求高；而鋼筋紮配的精度僅靠地面XY向座標軸線的放樣線為基準，二者的施作精度差異大。就理論而言，應先施作螺栓埋設之高精度作業，鋼筋的紮配作業隨後依就螺栓的高精度作業進行，無形中鋼筋的紮配精度也相對提高；若先進行精度不高的鋼筋綁紮作業，後續進行高精度的螺栓埋設作業，導致的將是更加突顯鋼筋精度不佳的缺失，而後續的鋼筋導正善後作業將嚴重影響工程品質及整體進度。故就精度、品質及進度分析，建議應採螺栓先行埋設工法為佳。
        今以SRC結構自筏式基礎BS版上起架鋼骨為例，就基礎螺栓〝先埋〞與〝後埋〞二種工法，逐一探討及分析其優缺點，供大家參考。
        構件尺寸：
        鋼柱：600x600mm 鋼柱底板：660x660mm (鋼柱邊外伸30mm)
        RC柱：900X900mm 筏基地梁：900x2500mm

二、先埋工法：

        應克服的主要問題，在於基礎螺栓架的尺寸規劃應如何避免造成後續鋼筋紮配的困難與不便；又螺栓架的組立應如何穩固、垂直，不易因外力而產生側傾變位，造成螺栓定位之偏移。
        基礎螺栓架的組成，分為鋼架、模型鈑(Template)與錨錠螺栓三大部份，茲就各部份設置功能及規劃要項說明如后：
(一)鋼架：
        1.先判斷柱斷面與週邊梁寬之關係，以決定螺栓架斷面尺寸，一般螺栓架斷面以與鋼柱同斷面(600x600mm)為原則(詳圖一)，但若因顧及筏基地梁深度大而造成螺栓架細長比過大、鋼性不佳之情形，此時可考慮將螺栓架斷面放大與鋼柱底鈑(660x660mm)同尺寸、或再放大至與RC柱斷面(900x900mm)同尺寸。不管螺栓架斷面的尺寸規劃如何，其先決條件就是不得造成後續鋼筋紮配的困難與不便。(註：螺栓架尺寸放大至與RC柱同斷面，柱主筋則須穿越螺栓架與模型鈑間之狹窄空間進行紮配，箍筋也相對配置於螺栓架內部，施工上極為不便(詳圖二)。)
        2.螺栓架高度一般依鋼柱起吊高程(BS版上50mm)規劃，惟此高度之螺栓架將造成後續地梁上層主筋紮配必須穿越螺栓架內部並閃避螺栓，鋼筋紮配施工不易(詳圖三)。為了避免降低鋼筋紮配工率，規劃將螺栓架高度降至地梁上層主筋下方，如此梁筋紮配直接跨坐於螺栓架上方即可，勿須穿越螺栓架，如此即不會影響鋼筋紮配的工率(詳圖四)。
        3.續前項螺栓架高度之規劃，首先查閱筏基地梁上層主筋的多寡(單層/雙層)，以決定螺栓架頂部高程，一般以BS版面下200∼250mm為最佳高程，以利梁主筋紮配不致直接跨貼於模型鈑上方，造成鋼筋握裹力不足的情形(詳圖四)，亦不致讓螺栓外伸於模型鈑上方之尺寸過長，影響螺栓垂直精度。
        4.螺栓架高度應全面測設同一高程，或依BS版面高程差(鋼柱起吊高程)分區測設水平高程，以利螺栓依此高程核算埋設外伸長度。
        5.螺栓架高度係配合筏基地梁深度設置，極易因細長比大而造成鋼性不佳之現象，為了增加螺栓架的鋼性，除了適當於螺栓架的立面設置斜拉桿外，如何加大螺栓架的底座面積以穩固鋼架、確保垂直，是螺栓架規劃重點。茲提供底座擴座範例供參考(詳圖五)。
        6.螺栓架屬螺栓埋設之假設性設施，不是設置了螺栓架就一定確保螺栓的定位萬無一失，螺栓架並非萬能丹，重要的還是工程施工各階段的檢核作業，才能確保工程精度及品質。
        7.螺栓架組裝一般以使用L-50x50x6t角鐵為最佳材料，若螺栓架的尺寸特殊，則視需求酌予加大角鐵之尺寸，惟螺栓架屬假設性設施，如何經濟而仍能達應有強度為規劃重點。
        8.螺栓架的設置亦可提供筏基地梁鋼筋紮配軸線及高程之控制基準(詳圖六)，有利地梁保護層之有效控制及BS版下層鋼筋之穿梁紮配。
(二)模型鈑：
        1.模型鈑尺寸依鋼柱底鈑尺寸各邊加大約5∼10mm裁製，以確保柱主筋紮配時與鋼柱底鈑保持有效距離，避免將來鋼柱吊裝時與鋼筋產生衝突。(柱底鈑外伸鋼柱面之尺寸一般設計為25∼30mm，若結構設計圖標示尺寸大於30mm，將造成柱主筋紮配空間不足，極易造成後續鋼柱吊裝的阻礙與衝突，建議與結構技師檢討以25∼30mm為宜。)
        2.模型鈑應採鋼鈑整片裁製，避免採用零料組合銲製(詳圖七)，以確保鋼鈑之平整性。鋼鈑中央應適當開圓孔或方形透氣孔(詳圖八)，以免混凝土澆築時於大面積鋼鈑底面產生搗築不實之中空現象，影響灌漿品質。
        3.模型鈑面依設計圖螺栓數量、位置開孔，並精確測設銲接固定於螺栓架的頂部(詳圖八)，除利螺栓平面精確定位外，亦依鈑面高程測設螺栓外伸高程，確保螺栓三度空間的精確定位。(理論上模型鈑應定位於螺栓架的正中心，若有偏差，應檢核是屬鋼鈑測設錯誤？或係螺栓架垂直度產生側傾變位？並立即予以校正定位。)
        4.可利用模型鈑面週邊標記鋼柱剪力釘之相關設置點，而於柱主筋施工時避開剪力釘位置紮配，避免將來鋼柱吊裝時柱面剪力釘與柱主筋產生衝突，影響吊裝作業效率(詳圖八∼十)。
(三)錨錠螺栓：
        1.螺栓數量、直徑、長度，依設計圖備料安裝，螺栓底部亦依設計圖標示以角鋼、鋼鈑或方形鋼塊以螺母鎖固作為錨錠物。
        2.螺栓之定位，一般以螺母旋入螺桿鎖定來控制螺栓外伸於模型鈑上端長度，並方便進行螺桿垂直測設及銲接固定作業；但因模型鈑隨螺栓架高程已降至BS版下200∼250mm，故螺栓外伸模型鈑上端長度也相對加長，致螺栓與模型鈑接觸點無螺紋供螺母鎖定來控制螺栓之外伸長度，此時宜增設臨時托架以定位螺栓外伸高程(詳圖十一)，或與結構技師檢討加長螺栓上段車牙長度，以方便螺母旋入控制螺桿的外伸長度。
        3.螺栓屬ASTM A307材質，嚴禁直接動火進行銲接，故前述螺桿之銲接固定作業，係指利用螺栓底部錨錠鋼塊進行銲接(詳圖十二)，而非直接銲於螺桿，此施工細節應特別注意。
        4.測設定位完成之螺栓，應於上段外露於BS版面以上部份妥善保護(防護)，以免灌漿污染，造成後續鋼柱吊裝鎖固之困難(詳圖八)。

三、後埋工法：

        應克服的主要問題，在於螺栓埋設點如何於鋼筋先行紮配時精確預留有效作業空間，以免梁、柱鋼筋紮配精度不佳之偏移，造成事後螺栓埋設的阻礙與衝突(詳圖十三)。
        因屬鋼筋紮配後埋設工法，故不管是儀器之測設、尺寸之量測、模型鈑之燒銲固定等作業，均因周邊鋼筋之阻礙而增加施作的困難度，且易因乙炔、電銲等高溫動火作業觸及鋼筋，造成材質變化而影響強度(詳圖十四)，不可不慎。
        雖可省去先埋工法之螺栓架設置成本費用，但因鋼筋已先紮配完成，造成螺栓後裝作業的不易，及因後裝而突顯梁、柱鋼筋紮配精度不佳的偏移問題，善後所花的時間及成本，反而嚴重影響工程的施工品質及整體的進度，更為後續鋼柱吊裝作業埋下不可預知的變數。

四、結語

        工程上我們經常會碰到大大小小的問題，但只要讓我們想到(預知)的問題，那就已經不是問題了，因為問題已經被我們發覺，而我們一定會尋求出解決問題的方法；工程上最怕的是我們尚未看到(預知)的問題，而在工程實際進行中才突顯出來，這樣的問題對工程人員來說是最大的挑戰，並將嚴重影響工程品質、進度，及花費更多的成本來善後。
        〝防患未然〞是營建管理的一門藝術，問題事前預知而提出策略來因應，謂之〝管理〞；事情發生之後再找方法來解決，謂之〝處理〞。
        本篇的分析解說已詳細的歸納出基礎螺栓〝先埋〞與〝後埋〞工法中所含括的種種問題，而我們只要針對問題想出方法、策略予以一一克服，不管〝先埋〞或〝後埋〞工法都是對的工法。
        工法沒有絕對的對也沒有絕對的錯，在於管理的藝術如何巧妙運用。閱歷工程諸多案例中，凡採螺栓後裝工法者，無不讓營建管理者嘗盡苦頭，後續的善後工作不僅付出品質不佳的罪名，對於工期的嚴重延誤，更造成不可彌補的損失。對於後裝工法，我們樂觀其成有成功的案例，提供大家參考。(92.06.于慈濟靜思堂)■

        ps.圖示請參照第287期11月號月刊書籍