超大型倒锥水箱液压提升技术

郭建昭 蒲社安

摘要：本文主要阐述了倒锥水塔水箱整体吊装的施工工艺及操作要点。

关键词：倒锥水箱；液压提升；操作要点

中图分类号： TU822文献标识码： A

一、前言

倒锥水塔水箱以占地面积小、贮水量大、造型美观而广泛应用，水塔施工的关键和难点是水箱的施工。常用的施工方式为地面预制、整体吊装。因它所需的设备数量多，工作协调要求高，施工组织难度较大,使其成为施工中的难点。水箱提升采用液压提升法施工，施工中应严格控制，保证施工的顺利完成。某钢厂的1000m3超大型倒锥水塔水箱采用液压提升法施工，顺利完成了施工任务。

二、工艺原理

液压倒装法提升水塔水箱。根据水箱的重量，均匀布置液压千斤顶，将水塔水箱提升到指定高度。 进行环梁和防水的施工，能较好的保证水塔的施工质量和施工工期。

三、操作要点

3.1现场条件的勘察准备

一般水箱的重量较重，预制时为保证水箱的质量，避免水箱在浇筑混凝土时产生不均匀沉降，以水塔为中心，15m范围进行夯实，将水塔中心半径3m─4m范围内回填200mm厚碎石，浇筑200mm厚C25混凝土，4m-15m范围内回填200mm厚碎石，浇筑100mm厚C25混凝土；围绕筒身就地预制水箱,在水箱下环梁与混凝土地面之间铺两层油毡，作为分隔带，在下环梁两侧用长500mm，Φ25@200的钢筋设置地锚,保证水箱下环梁的椭圆度。水箱下环梁受较大的集中荷载作用，故先对吊点处的环梁截面进行抗剪验算，根据验算结果在吊点处增加抗剪钢筋。为使吊点处混凝土受力均匀，增加一块与下环梁中预埋Φ48*5.5钢管相焊接的承压钢板。

3.2 按照安装吊杆平面布置尺寸,预埋70根48×5.5无缝钢管、无缝钢管打60度坡口与水箱下环梁埋件进行焊接，并在无缝管上焊接Φ12@100长300mm的锚固筋，使无缝管与砼更好的形成整体。（见下图）。

3.3水塔支筒采用滑模工艺,筒体施工完成达到设计强度后，可进行水箱安装。水箱在浇筑砼时预留5组砼试块，进行抗压试验，当水箱的混凝土抗压强度达到设计强度的90 %以上时,开始进行吊装,吊装前将水箱下环梁与地面接触面凿空70%左右，减小大气压的压力。

3.4塔身四周弹出4~6条标高线，并用红漆标出明显标高尺寸，吊杆每5m用红漆作出标记，以便提升时随时观察水箱的水平度。吊装示意图如下：

水箱吊装示意图

四、吊杆和千斤顶数量的确定

4.1荷载的确定

1000m3安全水塔水箱重420 t，直径48 mm，吊杆重18 t。提升水箱的总荷载Q=438 t。

4.2吊杆及千斤顶的数量的确定

为保证在起吊局部失衡或个别部件在损坏更换时的起吊安全，确定起吊部件的安全系数不小于5倍。

吊杆采用Φ48×5.5无缝钢管 材质为10#钢，吊杆的容许应力[σ]≥35t。吊杆数量为70根，每根串联2个千斤顶，共计140个千斤顶。

提升验算：35*70=2450t/438t=5.59，符合要求；

QYD-60型千斤顶的摩擦阻力为3 N/mm2 即300t /m2；140个千斤顶的总阻力为：3.1416×0.024×0.024×0.3×140×300=22.8t，每个千斤顶最大提升力为6t，6*140=840t＞438+22.8t=460.8t。

4.3液压系统的布置液压系统布置见下示意图：

采用HY-56型液压控制台，给70*2=140只千斤顶供油，分5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根吊杆上的千斤顶供油。每根吊杆安两台千斤顶,串联供油,在最下一台千斤顶安3/8″针形阀控制油路。共设置70个吊装点，从控制台经DN25的软管到5个两通分油器，经3/4″软管到10个多路分油器，经3/8″软管到千斤顶。

千斤顶串接及油路连接方式见下示意图：

4.4吊杆的对焊及焊口检验

每根吊杆焊接成42 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箱提升的成败。接头用坡口焊，内穿丝杆，加圆钢钉并进行塞焊，用手提砂轮把焊口打平磨光。施工时吊杆对焊和安装时都要注意把焊接接头错开，对焊时采用手工焊，用422焊条焊接。

焊接及连接方式：

五、水箱提升支架构造设计及安装

5.1水箱提升支架见下图：

5.2提升架的受力计算

提升水箱主要由两层钢圈、支承架及底座组成,钢圈用14mm厚的钢板焊接成180*180mm的方管，支承架是一个装有倾角的锥台钢结构,下端用电焊与筒身固定,上部支承着钢圈,用螺栓与支架固定，上层钢圈上设置70*2=140个提升用千斤顶,下层钢圈上设置防坠器70个。

整个水箱提升架，上部采用24根H型钢250*250*9*14作为千斤顶固定平台梁，其下部采用12根H型钢250*250*9*14钢斜撑，均匀分布，H型钢间采用十字形角钢支撑进行拉接。在支筒中心洞孔处放置两块1000*1000*10钢板，下面的一块放在支筒顶板上，采用圆钢将该钢板与12根H型钢斜撑底部可靠焊接，上层同样采用圆钢将上部钢板与24根H型钢斜撑上部进行可靠焊接，该处钢板悬空。

提升架剖面图：

提升架受力分析图：

图中：W—每根斜支撑受力，N—斜支撑轴向力，T-斜支撑处圈梁水平力

1 提升架载荷Q：

Q=（水箱重+吊杆重+千斤顶重）*安全系数=（420+18+2.8）*2=882t；

2 斜支撑受力

1）每根斜撑受力：W=Q/24=882/24=36.75t；

2) 每根斜撑轴向力：N=W/COSα=36.75/ 0.9896=37.14t；

每根斜撑强度：N/斜撑截面=371400/1975*2=94.03N/mm2＜f=215 N/mm2满足要求；

3) 斜撑稳定性：

截面回转半径：r=；

斜支撑的长细比：l/r=2033/38.8=52.4＜80，无须换算斜支撑的稳定性。

3 上圈梁受力计算：

斜撑对上圈梁的水平力T：T=W*tgα=37.35*0.145=5.33t；

上圈梁的均布力Q：Q=T*24/∏6180=5.33*24/3.1416*6180=6.59t/m；

上圈梁的强度P：P=250200/9296=26.9N/mm2＜f=215 N/mm2，满足要求。

4 吊杆受力计算：

70根吊杆按均匀受力计算：

每根吊杆受力：882/70=12.6t，吊杆截面734mm2；

吊杆强度：12.6*10000/734=171.66N/mm2＜f=215 N/mm2，满足要求。

六、提升架吊装

提升支架用70t汽吊车接副杆进行安装，由于提升架总重为8.6t，把提升架平分为三半，分三钩进行吊装，安装到40m高的水塔筒体上。