[摘 要]介绍混凝土水塔水箱三吊点六支承液压提升原理、提升机具和提升工艺。
[关键词]设备安装;提升工艺;三吊点;六支承;水箱
① 我国砼倒锥壳水塔水箱的提升工艺在不断进步, 1995年前,国内普遍采用40套松卡式液压滑模千斤顶,配以40根 25圆钢吊杆进行蚂蚁啃骨头式的提升,由于设备用量大、材料消耗多、同步要求高、施工周期长而被逐步淘汰。1995年,江苏省南通市建筑安装工程公司首创用5台大吨位千斤顶,配以5束钢绞线进行液压提升,大大减少了设备及钢用量,但尚存在同步要求高等缺点。为此,我公司自创三吊点六支承砼倒锥壳水塔水箱液压提升新工艺,分别于1997、1999、2000年将贵阳龙洞堡机场(200m3/40m)、万达汽车制造厂(150m3/30m)、电力局仓库(200m3/35m)的3个砼倒锥壳水塔水箱提升到设计高度。它具有装备简单、节省钢材、水箱无须加固、操作只需4人、同步要求低等优点,具有较高的经济效益和一定的推广价值。
1 提升原理
先在水塔筒顶安装一个高3m、由3个人字形支撑的等边三角形钢平台。平台的3个角上各安装2套ovm工作锚具及1台穿心式预应力张拉千斤顶,钢绞线上部穿过2套工作锚具(上锚具工作用,下锚具作备用)及千斤顶,并夹持在工作锚里,见图1;钢绞线下部分2股穿过预埋在水箱下环梁里的人字形分叉钢管,分6点用挤压套锚固于下环梁底部,见图2所示。3台zb4-500型油泵分别向3台ycw-150型千斤顶泵油,千斤顶柱塞带动其顶部的工具锚上升,而工具锚夹持钢绞线一起向上,千斤顶下方的工作锚夹片松开,钢绞线便带动水箱向上提升一个行程。当千斤顶回油时柱塞下降,千斤顶下工作锚立即将钢绞线锁住,上部工具锚夹片自动松开并随柱塞一起回落。这样不断往复,工具锚、工作锚交替夹紧钢绞线并带动水箱不断上升,直到设计标高。
2 受力分析
2•1 水箱自重
根据计算水箱砼结构自重为85t;其表面装饰重量约为20t;水箱下方吊架及钢绞线自重约5t,合计吊重w=110t。
2•2 吊点数的确定
吊点多就难于同步,可结构上不允许1个吊点, 2个吊点又不稳定,因3点决定1个平面, 3根吊束必然同时受力,故我们选定用3个吊点提升。目前已有高强钢绞线及大吨位千斤顶,选用三吊点提升既经济又合理。为了不使水箱下环梁受力过于集中,我们将每束(8根)钢绞线下部分2股穿过预埋在水箱下环梁里的人字形分叉钢管,用挤压套锚固于下环梁底部的2个点上。由于采用了刚性分叉,故不管水箱如何摆动,只要挤压锚不打滑同一束内两股钢绞线受力一定相同。这样既做到了对下环梁的六点支承又克服采用六吊点难于同步的缺点。
2•3 吊束提升荷载
取提升动载系数为1•3、不均匀系数为1•15,吊束提升荷载p=1•3×1•15×w/3=537kn,这时水箱下环梁每个支承点受力仅为268•5kn,故该处只须用螺旋及整圈钢板加固。
2•4 吊束间不同步引起的荷载重分配
水箱提升过程中钢绞线吊束将产生弹性延伸,其伸长率ε=σ/e= [( 537 000 n )/( 8×139•98mm2)]/(1•8×155n/mm2)=2•66‰。刚开始提升时吊束有效长度为37m,其绝对延伸量为37 000mm×2•66‰=98•42mm。提升到位时吊束有效长度为2•4m,其绝对延伸量为2 400mm×2•66‰=6•384mm。由此而知,水箱提升越到后期吊束有效长度越短,其绝对延伸量也越小,因此各吊束间的同步要求也越高。从理论上来讲,只要3个吊点(不在铅垂面内)成正三角形布置,水箱重心线通过三角形形心,则无论吊束如何长短不一, 3吊束承载量永远相等。但由于水箱重心高出承载面4m,故吊束不同步会引起水箱重心偏移,使3吊束受力不等。布置在半径r=1 300mm的圆周上并成正三角形布置,承载面水平时水箱重心线通过三角形形心,水箱重心高出承载面h=4 000mm。假设三吊束中有一束滞后40mm而使水箱重心偏移(40/1 950)×
4 000=82•05mm,这时fa=w×(650 + 82•05)/(1 300 + 650) = 0•375 4w。fb+fc=w×(1 300
-82•05)/(1 300+650)=0•624 6w,又因fb=fc=0•624 6w/2=0•312 3w,而3个吊点在同一水平面时三吊束均匀受力0•333 3w。两者相比fa/0•333 3w=0•375 4w/0•333 3w=1•126 3,即:采用三吊束提升方案时,当其中1束滞后40mm将使水箱重心偏移82•05mm,同时使这根吊束超载12•63%。当采用五吊点提升时,只要有1根吊索滞后6•4mm,则这根吊索将完全卸载,水箱重心则不在其余4吊点的形心上,各吊束承受载荷大小各不相同。经计算,会引起临近吊束超载80•9%,若相间2吊束同时滞后时则超载率更高。因此,三吊点提升系统与五吊点提升系统相比,受力明确,同步要求放宽了6倍,而吊束超载率缩小了6•4倍,这是三吊点提升方案的最大特点
3 吊装机具的选用及验算
3•1 千斤顶、油泵
采用ycw-150型预应力张拉用千斤顶(最大顶升力为1 470kn)和zb4-500型油泵(额定油压
为50mpa)作为提升设备。本工程最大提升力为537kn<1 470kn,经测定此时的油压为20•3mpa,足够安全。经试验测得千斤顶顶升一个行程须用7min,加上辅助时间,预计12min提升一个行程(200mm),1h提升1m。
3•2 钢绞线
选用江西新余新华金属制品有限公司生产的1860 j15•24钢绞线,其弹性模量e=1•8×105n/mm2,破断拉力为260kn,取安全系数k=4。则:每束钢绞线根数n=p÷260kn×k=8•26,取n=8根,则实际安全系数为3•873。
3•3 起重钢平台
为兼顾平台的稳定性并确保钢绞线有足够的有效承载长度,确定钢平台有效高度为3m,用3组人字形(两腰长3•03m,跨距0•9m)斜立柱( 168×7无缝钢管)、 108×5钢管及[20a槽钢组成的三梭柱空间桁架。
4 提升工艺
1)浇筑筒身时要及时埋设固定钢平台的预埋铁件,要确保筒身中轴垂直偏差小于30mm、各断面直径误差小于20mm。
2)根据水箱大小设计制作、安装水塔筒身顶部的钢平台。
3)离地1m预制砼水箱,在水箱下环梁120°均布预埋3个穿锚钢绞线用的人字形刚性分叉钢管,上管口应在过钢平台吊点的铅垂线上,要确保下环梁内径误差小于20mm。
4)在水箱顶部栏杆上对应3吊束方向120°均布安装3套连通水准管,以便检查、校正水箱水平度。
5)根据提升高度加4m确定钢绞线长度,用砂轮锯下料。
6)安装钢平台上的3组工作夹片锚,穿钢绞线,随即锚挂在钢平台上的3组工作夹片锚上。用挤压套将钢绞线下端锚固在水箱下环梁下方。
7)将3个千斤顶安装在钢平台上部,接通油泵电源,排除油泵及千斤顶内空气,调整油泵的安全阀,使各台油泵的最大油压均为22mpa。安装千斤顶上工具锚。
8)操纵油泵正式工作,使3个千斤顶同步上升,工具锚带动钢绞线及水箱一起上升。1个行程结束,油泵回油,千斤顶柱塞一开始下降,千斤顶下方工作锚就自动夹住钢绞线不使其下降,千斤顶上方工具锚自动松开,并随千斤顶柱塞一起下降。
9)重复8过程一直至水箱被提到设计标高。提升过程中钢绞线不断从千斤顶上锚具伸出,达一定长度后用气割切除。
10)拆除千斤顶上的工具锚及千斤顶、油泵。
11)浇筑水箱下支承底板并达到设计强度。
12)切割下环梁上部的钢绞线及钢平台,并将它们全部运至地面。
5 操作注意事项
1)使用前必须对所需设备、锚具及钢绞线作全面检查、检修、试验、调整和标定。
2)先调整各根吊束,使其初应力一致。
3)设专人监视水箱上的水准管及吊束,如发现3个水准管液面高差达到150mm时(确保3吊点同步误差小于40mm)或某吊束内钢绞线不同步时立即通知平台上油泵操作人员,及时调整。
4)油泵操作人员要随时注意油压读数,发现油压突变时应立即停机检查,待消除超载原因后才
能继续提升。
5)提升过程中,如发现夹片打滑、个别钢绞线松驰应及时将钢绞线顶紧。
6)提升作业应有可靠的通信手段,统一指挥信号,确保上下协调,严防失误。
7)为确认水箱下环梁内径大于水塔筒身外径,提升前应用模拟下环梁套圈作上下通过测试。
8)遵守高空作业、安全用电操作规程。
福州青州闽江大桥工程建设质量优异、工期短, 3号主桥塔总工期264天, 2号主桥塔总工期仅用了258天,其桥塔建造速度属世界一流。坚持以科研为第一生产力,开展技术攻关,开发应用新技术、新工艺、新材料和新设备是高速优质建好大桥的重要保证;在福州青州闽江大桥主桥塔的施工中实现了“四个一”,即垂直运输一吊到顶,斜电梯一梯到顶,砼一泵到顶,塔柱模板一模到顶,并在成熟的斜爬模施工技术上进一步开发研制了微机控制、自动提升设备,大大地提高了斜爬模施工技术的安全可靠性。
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