摘 要:结合工程实例介绍了钢提升架的设计与安装,简述了水柜液压提升机具、试验及布置,详细阐述了水柜的提升过程,最后对水泥混凝土环板施工和土建施工的偏差处进行了探讨,以完善倒锥形水塔的水柜提升工艺。
关键词:倒锥形水塔,水柜,吊杆,千斤顶
从1985年开始,十三冶已提升倒锥形水塔的水柜12个,其中500 m3以上的水柜有4个,下面以平朔露天煤矿40/650 m3倒锥形组合水塔为例,阐述水柜的提升施工。
1 工程概况
平朔露天煤矿40/650 m3倒锥形组合水塔是由沈阳煤矿设计院设计。筒身外径4.2 m,壁厚200 mm,高23.6 m,水柜为倒锥形组合式。外水柜容水量650 m3,内水柜容水量40 m3。水柜为整体现浇防水钢筋混凝土薄壳结构,300号混凝土,水塔全高35.077 m。外水柜最大直径17.74 m,高9.827 m。外水柜在地面围绕筒身预制,整体提升到设计标高后,焊接临时钢支腿,浇灌0.8 m高的混凝土环板作为永久支承。提升水柜的总荷载为287 t。当时是国内最大最重的倒锥形水塔。根据十三冶公司现有280台滑模用液压千斤顶,在不增加机械设备的情况下,用三台千斤顶串联倒装法提升水柜。内水柜、外水柜的上壳保温卷材、气窗及气窗顶盖均在外水柜提升到设计标高后再施工。
2 钢提升架的设计与安装
原设计筒身有8根200 mm×200 mm的混凝土柱,高1.4 m。向设计院建议取消了混凝土柱,将钢提升架直接安装在筒身顶,钢支柱为300 mm×220 mm,这样提高了可靠性。钢提升架由8根钢柱,8榀桁架、中心圆管及水平撑、斜撑、剪刀撑组成,桁架成辐射状与钢立柱相联,内与中心圆管相联。环梁由四块钢板组焊成箱型截面。在设计计算时,环梁按连续水平圆弧梁计算,中心圆管按“0”型钢架计算。管的上端受拉力,管的下端受压力。钢提升架在地面组装,用吊车整体安装到筒身顶上。通过提升证实钢提升架结构合理,焊接良好,安全可靠。在提升过程中没有出现开裂现象,未做任何加固。
3 水柜液压提升机具试验及布置
3.1 吊杆和千斤顶数量的确定
1)荷载的确定。水柜(包括外装修及防护栏杆)重270 t施工荷载9 t,直径25 mm吊杆重9 t。提升水柜的总荷载q=287 t。
2)吊杆及千斤顶的数量。吊杆φ25 mm,3号钢。吊杆的容许应力[σ]=155 n/mm2。吊杆数量n=qf[σ]=2 870×103490.9×155≈38根。不满足承载力要求需要进行加固补强处理,这种方法旨在提高房屋的整体性和结构构件的承载能力。如锚杆拉结法、钢筋网片水泥砂浆抹面法、压力自动灌浆法或地基加固法。
3.2 液压系统的布置
液压控制台分12路向千斤顶供油,每路用电磁阀和3/4″针形阀控制油路。每路通过分油器向7根或6根吊杆上的千斤顶供油。每根吊杆安三台千斤顶,串联供油,在最下一台千斤顶安
3/8″针形阀控制油路。
3.3 吊杆的对焊及焊口检验
每根吊杆焊接成29 m长,整体安装。吊杆受非对称循环变应力,接头对焊的质量关系到水柜提升的成败。接头用闪光对焊,用手提砂轮把焊口打平磨光,全部吊杆进行拉力试验,应力控制在11.5 t,使其略低于屈服极限,从而保证了起吊安全。施工时吊杆对焊和安装时都要注意把焊接接头错开。
4 水柜的提升
4.1 准备工作
提升前将水柜下环梁与筒身间支模用的木板、砂土等杂物清理干净。在每根吊杆略微放松的状态下贴电阻应变片,电阻应变仪记录初始数据。然后将液压控制台溢流阀压力调整到1.5 mpa收紧吊杆。用水平仪在每根吊杆上抄好水平标记线,在水柜栏杆上分八点抄好水平线,在水柜提到设计标高后,用水平仪检查这8个点评定水柜的水平度。在筒身外表面抄一条水平线,每隔1 m向上翻一次。在水塔的南边和东边各架一台经纬仪、镜头十字对准钢提升架立柱的上端,观察水柜离地的瞬间,钢立柱的侧向位移。
4.2 水柜初升
1)关闭3/4″针形阀,将液压控制台流阀调到6 mpa。打开针形阀,向千斤顶供油,千斤顶倒拔吊杆,在油泵回油过程中吊杆回降4 mm~5 mm,千斤顶有效行程约为15 mm左右。每个行程的时间为1 min左右。用两台经纬仪测量结果,南北方向钢提升架无位移,东西方向位移2 mm(向西)。水柜离地25 cm暂停3 h,对钢提升架、液压系统管路及水柜下环梁、吊杆的下焊点进行全面检查。
2)全面检查后,各部位均正常。将水柜提到1.8 m左右,第二次暂停,在水柜下安装环形吊篮,吊篮用8个手扳葫芦与水箱联结,吊篮供安装临时钢支脚,环梁施工和筒身粉刷之用。吊篮依靠手扳葫芦升降。
5 水柜正常提升
1)在正常提升阶段,经常观察、调整水柜的水平度及检查吊杆、液压设备、钢提升架的受力情况,分析电阻应变仪测出的吊杆内力值。每晚停止提升时将4个钢楔塞入水柜下环梁和筒身之间的缝隙中,防止水柜晃动。2)在东、西、南、北四根吊杆上安指针。这四个指针在同一水平面上,测量指针到筒身外表面抄的水平线的高度,即可得出水柜不平度的大小及方向。3)电阻应变仪经常测量吊杆的内力数值,通过对讲机告诉液压控制台操作人员受力小的吊杆号码。用手晃动吊杆也可发现松弛的吊杆受力小。
4)液压控制台操作人员根据不平度的大小与方向进行调平。关闭高的一端千斤顶的油路,向低的一端千斤顶供油。调平一个行程后,将针形阀全部打开,正常提升。不得连续调平两个行程。
5)水柜每提升2 m~3 m,将露出千斤顶的吊杆用气焊切割一次。在每串千斤顶的上头安一块铁皮挡板套在吊杆上,防止切割时钢水和溅渣落入千斤顶。6)当水柜上口通过提升架时要安排4人进行观察,看钢提升架是否刮水柜上口,千斤顶高压胶管是否被挤坏,钢提升架与水柜上口的四周缝隙是否均匀。在此时不观察水平度,以四周缝隙是否均匀为目标进行调整,使水柜上口安全地通过钢提升架,水柜上口通过了钢提升架之后再将水柜调平。
6 水柜的最后提升
当水柜距设计标高1 m时进入最后提升阶段,此时由于吊杆较短引起的应力差异较大,要认真做好电测工作,随时观察水平度。用水平仪测量水柜栏杆上八个点,算出相对高差,把需要升高的部位的挡铁向下移,让出升高值,油泵供油,水柜最后就位。千斤顶最后一个行程不回油,把所有3/8″针形阀关闭。拆除电测的导线和电阻应变仪。在钢立柱上焊接临时钢支腿,支承水柜下环梁,钢支腿与下环梁上的钢板焊牢。临时钢支腿焊好后,千斤顶回油,利用回油过程的回降,水柜紧压在钢支腿上。拆除液压管路和液压控制台。
7 水柜混凝土环板施工
将筒身顶面的杂物清理干净,清净油垢,因筒身顶有3个φ400管和3个φ150管,使得钢筋断开,环向和径向钢筋均加密。绑扎钢筋支好模板后,浇灌混凝土,以30 cm一层分层浇灌。水柜下口环梁处的混凝土必须振捣密实。混凝土达到50 %设计标号时即可拆除钢提升架。
8 对土建施工的偏差处理
1)筒身垂直度超差。有的筒身垂直度超过质量评定标准,在安装钢提升架时,与筒身倾斜方向相反的方向移动,减小水柜就位的偏差。2)水柜的下环梁预留的吊环或吊装孔下偏,使φ25吊杆,出现倾斜,钢提升架受到较大扭矩,解决方法,对钢提升架增加抗扭杆件,并在水柜下环梁焊吊环,用倒链或卷扬机拉住水柜,使水柜缓慢减小扭转,避免水柜离地后突然扭转,在无约束的状况下转过中点,形成扭摆,将钢提升架破坏。3)水柜下环梁在土建施工时,与底模粘结。使水柜离地时荷载增加几十吨。将底模凿开几处,用50 t千斤顶帮助分离。4)筒身出现折线和胀模。水柜提升时与筒身相摩擦,在水柜下环梁处焊滚轮,变混凝土与混凝土之间的摩擦为轴承的滚动摩擦,减小了阻力。筒身顶因支模未加有效措施,有的筒身顶部出现胀模,在水柜过筒身顶时,要严格控制水平度。防止水柜某一处被卡住,出现较大偏斜。在提升水柜的过程中,必须谨慎小心,细致观察,制定周密措施,做到万无一失。
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