钢绞线整体提升倒锥形水塔水箱的应用

王林义

(山西省第二建筑工程公司，山西太原 030031)

1 工程概况

本工程为河北平山县敬业冶炼有限公司3×1 260 m3高炉工程事故水塔，本次吊装为三期水塔水柜，水塔有效容积为1 000 m3，有效高度为 40 m，水箱总重为 350 t，直径 19.1 m，高 10.07 m，正锥和反锥分二次立模现浇，在筒身施工结束后，围绕筒身在地面预制水箱，下环梁与筒身之间间隙为50 mm，混凝土强度按设计要求达到100%强度后，采用液压穿芯千斤顶和配套钢绞线预应力锚具吊装工艺将水箱提升至设计高度。

2 提升原理和工艺流程

2.1 提升原理

水塔筒身采用滑模法施工，水箱在地面预制，预制时要根据负荷技术确定的提升钢绞线数量均匀预埋吊装孔。筒身浇筑完成，达到设计要求强度后，在筒顶安装提升吊架，提升吊架以筒身为支座，制作两层钢制环梁，液压千斤顶放置于上下吊装环梁之间，钢架固定后按计算要求穿设钢绞线，并于上下吊装环梁上安放预应力单调自调式锚具，钢绞线穿过上下锚具，开始油泵加压，千斤顶顶升，顶起上吊装环梁，上部锚具将钢绞线锁死，随上吊装环梁向上移动，达到千斤顶一个行程后，将下锚具与下吊装环梁锁死，千斤顶回程，上吊装环梁及锚具回落，再锁死上锚具，新的顶升开始，通过千斤顶不断往复运动，上下锚具松紧控制，将水箱提升至设计高度(见图1)。

2.2 工艺流程

安装提升平台上的斜牛腿、下钢梁、上钢梁→上下钢梁之间安千斤顶→穿钢绞线并随即用夹片锁紧钢绞线，拉紧钢绞线固定水箱下锚具→锚具安装→千斤顶油泵系统安装→启动油泵给千斤顶注油→千斤顶顶升→一个行程，锁紧下锚具→油泵回油，千斤顶活塞下降→上吊装环梁回落→重复提升过程直至水箱到设计标高→安装临时钢托架→浇筑水箱下支撑梁混凝土→达到设计强度拆除吊装机具。

图1 水箱示意图

3 提升方案

3.1 提升架的设计和安装

提升架设计时须根据支筒顶端环梁及12根提升柱将提升架设计为12边形，见图2，图3，安装流程如下:使斜支撑柱与提升柱顶端预埋钢板焊接牢固，之后焊接斜支撑柱与人井预埋钢梁径向上下两层联系杆件，斜支撑柱顶端调平后在其柱顶焊接下钢梁垫板，在垫板之上焊接下钢梁，下钢梁12边形接头处焊接加强板，下钢梁安装完毕接着安装上钢梁，其制作工艺同下钢梁，对各部杆件的刚度、强度进行计算，以确保安全。为装拆方便，上下钢梁采用12边形分解焊接。上下钢梁安置单套锚具，锚具垫板应焊接牢固、平整，相对位置准确。锚具安装固定在垫板上，上下锚具径向垂直偏差不得大于2 mm，下锚具与水箱预埋钢管中心垂直偏差不得大于25 mm。

图2 提升架俯视图

图3 提升架轴测示意图

提升架安装前，应在地面上试拼装，检测合格后，再分件运至筒顶正式安装。安装顺序为:斜拉支撑杆件→下钢梁及径向联系杆件→上钢梁及导向架→吊起上钢梁→固定安装千斤顶→放下上钢梁(落在千斤顶上面)。

3.2 钢绞线选用和安装方法

选用预应力钢绞线1×7－17.8－1 860 MPa，钢绞线使用根数n=KN/(AR)。

其中，K为吊装安全系数，取K=3;N为水箱总重(包括施工荷载等)，本工程水箱重量为350 t即3 500 kN;A为单根钢绞线的有效面积，取A=191 mm2;R为钢绞线钢丝强度级别为1 860 MPa。

n=3×3 500×1 000/(1 860×191)=29根，根据本水塔实际情况及安全系数，预应力钢绞线1×7－17.8－1 860 MPa选用36根。

钢绞线安装，按照提升高度确定钢绞线长度，钢绞线两端进行锚头处理后，将钢绞线从水箱下环梁预埋套管中穿过，穿过锚具，将钢绞线固定在吊装环梁上。钢绞线安装完毕，要进行应力调节，使各根钢绞线应力趋于均衡，调整方法采用专人利用撬棍按顺序撬紧钢绞线，反复调整直到各线松紧一致。

3.3 水箱下环梁锚具

采用KM22-1860型锚具。

3.4 千斤顶选择

水柜提升时千斤顶拟选用12个额定起重量为100 t行程为200 mm，P=K ×N/(nF)。

其中，N为水柜总重，包括施工荷载等;F为一个千斤顶的额定起重量;n为拟选用千斤顶个数。通过计算确定千斤顶数量(安全系数不小于3)。

P=3 ×350/(100 ×12)=87.5 t，满足起重要求。

3.5 电动油泵选择

选用液压油泵GBY-63 MPa两台，经过一拖六千斤顶给每台千斤顶供油，油泵压力为额定63 MPa。

3.6 水箱提升

3.6.1 水箱提升前应完成的工作

筒身、水箱混凝土强度等符合设计要求。

1)筒身提升钢架上下钢梁其位置与水箱下梁预埋φ32钢管相对应，钢梁间隙、预埋钢管孔应在同一中心垂线上。

2)平台四周焊接钢栏杆，筒身内设爬梯，平台中间满铺不小于30 mm厚的木板。

3)下钢梁就近千斤顶位置处制作刻度标杆，以便提升时随时观察水箱的水平度。

3.6.2 构造要求

1)水箱下环梁吊点构造。

在预制水箱时，水箱下环梁底边预埋一圈厚12 mm钢板，使水箱吊点在提升时受力均匀，将36根φ32钢管沿环向均匀穿过并焊接在预埋钢板上，钢管下口与钢板下表面平齐，将其浇筑在水箱下环梁中，水箱提升时将钢绞线穿过钢管并用锚具锁紧。

2)水箱下环梁吊点锚垫板构造。

吊点和钢绞线总根数确定后，选用KM22-1860锚具，该锚具用于预应力结构时由锚垫板和锚板配套;水箱预制时应将水箱放在事先用混凝土浇筑而成的12个高300 mm混凝土支墩上，为提升时穿钢绞线固定锚具提供方便。

3)水塔提升钢架的构造要求。

提升钢架比水箱设计固定位置高2 200 mm，上下钢梁内切圆直径应与水箱下环梁直径相等。

3.7 浇筑环板(环板高1 000 mm)

支撑钢架安装完毕，经检验符合要求后，按图纸进行环板配筋，支模，然后浇筑环板混凝土，使水箱永久固定。

3.8 提升机具及设备的拆除

环板混凝土强度达到设计强度后，即可将液压控制台泄压，逐个将油管，千斤顶及提升支架拆除。

表1 水箱提升情况表

4 安全措施

1)提升前在塔顶用钢管搭设防护围栏，钢管通过焊接固定于下钢梁外侧，围栏高度不小于1.2 m，立面张设细眼安全网;塔顶承压钢圈上就满铺厚度不小于30 mm的木板(板上留400×400上人孔，上人孔在作业时盖板封闭)。

2)在提升作业包括拆除提升设备时，不得向外乱抛物件，以防坠物伤人，各作业人员的工具要放置稳妥，如有物件需要传到地面，需用吊绳或卷扬机吊下。

3)垂直运输所用的卷扬机导向轮应安装在槽钢支架上，支架应不影响上钢梁正常起升回落。

4)水箱提升就位后要尽快进行固定，刚托架应事先拼制成型，待水箱到达设计标高后将换托梁与筒身内的预埋件固定。

5 水箱提升进度

水箱提升过程情况，计划吊装工期:8月28日～9月6日，见表1。

6 结语

钢绞线吊装倒锥形水塔水箱是利用十二边形钢结构提升架，以100 t液压千斤顶油压顶升上提升架，通过钢绞线提升水箱，并在提升过程中对吊装进行同步控制，保证了吊装的安全。该方法与传统的倒置千斤顶圆钢提升水箱法相比操作更简单，吊装安全可靠，而且施工成本低，吊装效率高，节省工期。具有很好的推广应用价值，可逐步应用到大型设备及构件吊装施工中。