超大型倒锥水箱液压提升技术

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。

筒身顶部提升架,斜支柱下钢板、千斤顶、吊杆加固及液压系统等组装后应对连接件焊缝进行检查，对油路整体进行试压，符合技术要求后才能正常使用。

6.1提升方法

正式提升前应进行试提升，对各重点部位（结合点、焊接等）进行检查，没问题后进行正式提升。

液压提升系统组装经检验合格后，对水箱进行一次试提升，使水箱离开底模5 cm--10 cm,静止3 h，观察测量水箱的水平度，如发现水箱出现倾斜偏差及时对水箱进行纠偏，调整较低处10个左右千斤顶，使水箱锥壳的水平度满足提升要求，开始组织提升。当水箱提升到离地面2m高度后，围绕筒身挂设钢管脚手吊篮，与水箱同时上升，水箱就位后，即可在吊篮里浇筑环板混凝土和涂刷筒身外壁的乳胶漆。

6.2环托梁施工

当水箱底标高提升到40m,水箱提升完毕，安装完成钢支架后，水箱就位，浇筑环托梁并达到一定强度后,拆除吊杆、设备机具和支承架,提升工艺结束。

七、水箱提升吊装措施

7.1水箱提升前要认真做好各项检查清点工作，包括：

1吊装机具是否齐备，并已经过必要的试验。

2吊装设备的预组装，并确认不存在问题。

3水箱与支筒间吊装缝合格，并清理干净。

4水箱混凝土强度确认已达到或超过设计强度90%。

5支筒顶部吊装环梁的平整度是否达到要求。

以上均经认真检测，确认无误后，才可开始提升设备的组装。

7.2提升设备的组装

提升设备的组成包括：吊装杆、千斤顶、液压泵、分油盘、油路管等。提升设备的组装程序：千斤顶吊装杆油压系统。

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,在水箱栏杆上分八点抄好水平线,在水箱提到设计标高后,用水平仪检查这8个点评定水箱的水平度。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,观察水箱离地的瞬间,钢立柱的侧向位移。

7.3水箱初升

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。水箱离地25 cm暂停4h,对钢提升架、液压系统管路及水箱下环梁、吊杆的下焊点进行全面检查。

7.4水箱提升

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。连续提升水箱，中间不间断观察水箱水平度及吊杆的受力情况，一旦出现受力不均及水箱水平度偏差过大时，应及时纠偏。纠偏方法如下：采取液压千斤顶单个或少数供油,比如水箱经校核发现确定东侧方向偏低几个毫米,滑升时其它千斤顶都不动而只对东侧2~4个千斤顶供油,经两次核对校正后再同步提升所有吊杆。

每天晚间停滑时，将钢楔固定在水箱下滑梁与支筒间间歇处，防止夜间大风吹动水箱，水箱与支筒发生撞击。待第二天取出钢楔继续提升。

7.5钢支架安装及水箱就位钢支架制作：钢支架应在事前制作完成，制作时严格按设计及国家规范检查，确保合格才可进行安装。 当水箱提升到设计标高时，进行钢支架的安装。钢支架安装：先逐个将支腿与支筒顶的埋件焊牢，再安装支架连接板，支架顶板应保证在一个水平面上，支腿上端中心应在一个圆周上，（此圆周与水箱下环梁中心圆周相同）。钢支架安装时，同时把环托梁中的预制件安好，与钢支架焊牢。

水箱就位。钢支架安装完毕，即可将水箱落在钢支架上。为保证水箱的平整与稳固，就位时应用测量仪器配合，钢支架与水箱下环梁间可用铁垫板找平。

八、环托梁浇筑

水箱就位完成后，进行环托梁的绑筋支模浇筑。由于圈梁混凝土入口处较小,断面复杂,浇筑难度大,同时考虑到混凝土的收缩,在混凝土掺入适量的膨胀剂,在混凝土振捣上采用人工与机械振捣相结合的方式,保证混凝土浇筑的密实性。圈梁浇筑完成并达到一定强度后,拆除吊杆、设备机具和支承架,提升工艺结束。

九、操作注意事项

1提升架应与筒体结合面结合紧密，高低不平处须用铁片垫平。

2先进行水箱下环梁的吊点锚紧，调整上部长度，保证水箱的水平度。

3液压系统安装完毕后应进行试运转，先充油排气，然后加压至12N/mm2，每次持压5min，重复3次后检查各密封处是否渗漏，待各部工作正常后接通千斤通。

4第一次提升时，以水箱离支点50mm时停止4h，以观察此阶段是否有异常现象。

5提升时发现千斤顶不同步应及时调整进油量控制千斤顶升差。提升过程中，须随时察看水箱的水平度，发现不平随即调平。提升结束后应检查各锚固牢靠，如有问题应及时锚紧。并用楔把水箱下环梁与筒身之间空隙楔紧，水箱上环梁用钢支撑固定。

6为使油泵同步工作，在千斤顶旁均匀固定5个根标尺，在千斤顶活塞顶上设一指针对准标尺。向上顶升时指针随时指出提升高度，5根指针高差相差达10mm时，应随时调节千斤顶进油量，以控制千斤顶行走速度。保证千斤保持同步工作。

十、安全技术措施

1 水箱正式提升前，应先将水箱提升至离地面0.5m，经检查合格后，方可正式提升。

2 工作台周围设置保护围栏，内外吊梯均设安全网，保护网距支筒不大于100mm。

3 高空作业的电源应采取36 伏的低电压。如采用220 伏或380 伏时，线路应用橡皮绝缘电缆，并装有触电保护器。

4施工当中遇有六级以上大风或雷雨时，所有高空作业必须停止，施工人员应迅速撤至地面，并切断电源。

5 施工所用机械、电气设备、索具等要经常进行检查，严禁机械带病作业，施工人员严禁无证操作。

6充分做好“三宝”的利用，高空作业需带安全带的必须佩带安全带，并挂在牢固可靠的地方，施工人员进入现场必须戴好安全帽。

7 提升结束后，支承环梁未达强度前不准触动锚具。

8 提升前在塔顶用钢管搭设防护围栏，立面张设细眼安全网，安全网内彩条布封闭，以防风防雨。

9 在提升作业包括拆除提升设备时、切割的吊杆应系下，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。

10 水箱提升就位后要尽快进行固定，待水箱达设计标高后与水塔筒身内的预埋件固定，同时进行水箱底环托梁的施工。

11 液压及油应采取措施防止泄漏，随时检查滴漏情况，随时进行油料的补充，满足安全需要。