CN102051995B - 双曲线水塔水箱的吊装方法及其吊装装置 - Google Patents

双曲线水塔水箱的吊装方法及其吊装装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双曲线水塔水箱的吊装方法及其吊装装置,该吊装方法包括以下步骤:先预制一水箱、安装吊装设备,实荷试压试验合格后开始进行提升;提升时先顶升动钢梁并带动钢绞线上升,完成一个行程后利用锁紧锚具使钢绞线卡在静钢梁处,回油,再利用锁紧锚具使钢绞线卡在回落后的动钢梁上,完成一次提升循环;重复提升直至将水箱提升到位后固定。该吊装装置包括提升部件、支撑部件和吊具组件,提升部件包括动、静钢梁和设于二者间的液压提升装置;吊具组件包括钢绞线,钢绞线的顶部穿过动、静钢梁并通过锁紧锚具卡在钢梁上,钢绞线的底部与水箱连接。本发明的施工方法及装置操作简单、成本低、劳动强度低、能耗低、安全可靠性强且施工质量好。

Description

双曲线水塔水箱的吊装方法及其吊装装置
技术领域
本发明涉及一种水塔的施工方法及所用到的施工装置,尤其涉及一种水塔水箱的吊装方法及所用到的吊装装置。
背景技术
水塔是一种传统的储水构筑物,在基本建设中占有重要地位,尤其在钢铁及有色冶炼等需要大量水资源储存备用的特种行业中应用广泛。随着科学技术的进步和经济的发展,建筑工程的设计水平、人们对美观的要求都在不断提高,水塔的外观也从英式、倒锥壳形、球形发展到双曲线形。在水塔的工程施工过程中,能安全、经济、高效地将大吨位双曲线水箱等(例如>500t的水箱)定位安装一直是工程技术人员极力追求的目标。
在水塔的整个工程施工中,水箱的吊装提升是尤为关键的一道工序。
如图1所示,传统的水箱施工方法是在水塔支筒1的四周搭满堂红脚手架11作为水箱2的模板支撑系统,通过外井架12的上料系统13来完成模板、钢筋的运输及水箱的现场浇筑工作。这种施工方法存在以下明显的缺陷和不足:
(1)脚手架随水塔支筒高度的增加而升高,搭设工作量大,材料耗费多,施工投入大,工作效率低;
(2)垂直运输路线长,严重影响施工工期;
(3)高空作业安全隐患较多,如遇大风等恶劣天气,则不能施工;
(4)双曲线形水箱体积庞大,外形复杂,高空作业难以控制各施工参数;
(5)混凝土浇筑间隔时间长,高空养护难,工程质量存在隐患,很难保证水箱的抗渗要求。
如图2所示,目前也有利用液压提升装置41及吊杆组件7对预制水箱2进行吊装提升的施工方式。这种施工方法相比脚手架施工已经有了很大改进,但仍然存在以下缺陷和不足:
(1)安装吊杆组件时,由于吊杆组件本身的自重较大,从而增加了水箱自重,这就要求使用大功率的液压提升装置,增加了吊装设备的前期投入和吊装过程中的能耗;
(2)在吊杆组件的工作过程中,并不是所有的吊杆都参与受力,由于需要按序进行换杆操作,因此必然要增加劳动力和吊装作业人员的劳动强度,限制了大吨位水塔的吊装;
(3)吊杆组件的装卸运输量较大,这间接增加了施工成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种施工方法简单、施工成本低、劳动强度低、能耗低、安全可靠性强且施工质量好的双曲线水塔水箱的吊装方法,还相应提供一种结构简单、制造成本低、运输方便的双曲线水塔水箱的吊装装置。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为一种双曲线水塔水箱的吊装方法,所述吊装方法包括以下步骤:
(1)水箱预制:当水塔支筒施工完毕后,在围绕支筒的地面上先预制一水箱;
(2)吊装装置的安装:水箱预制完成后,将一环梁底座固定在支筒顶部预留的筒首立柱上,在环梁底座上安装环形支撑架,在环形支撑架上固接一静钢梁(优选采用钢环梁形式),在静钢梁上沿周向均匀固定若干个液压提升装置(一般采用穿心式千斤顶,例如5t级穿心式千斤顶,千斤顶的大小可根据水箱自重的不同而更换),在液压提升装置上放置一动钢梁(优选采用钢环梁形式);然后在动、静钢梁上穿设一圈钢绞线,使钢绞线穿过动、静钢梁并与预制的水箱吊接,钢绞线上装设好锁紧锚具,完成整个吊装装置的安装;
(3)水箱提升:所述吊装装置安装完成后,先利用液压提升装置对钢绞线进行预紧,使钢绞线均匀受力;然后启动液压提升装置将水箱吊装至100mm~200mm高,并进行实荷试压试验(试吊静压12h以上)及油路超压试验,经检查合格后(水箱砼强度达80%以上)开始进行水箱的提升;开始提升时先使液压提升装置顶升所述的动钢梁,并带动卡在动钢梁上的钢绞线上升,待液压提升装置完成一个行程后,利用锁紧锚具使钢绞线同时卡在静钢梁处,然后让液压提升装置回油,动钢梁回落,再利用锁紧锚具使钢绞线同时卡在回落后的动钢梁上,完成一次提升循环;重复本步骤持续进行提升,直至将水箱提升到设计高度;
(4)水箱就位施工及吊装装置拆除:当水箱提升到设计高度后,将水箱固定于水塔支筒顶部,最后拆除吊装装置即可。
上述的双曲线水塔水箱的吊装方法,所述水箱提升步骤中,一次提升循环的具体操作方法优选为:首先通过套在钢绞线上的上锁紧锚具使钢绞线卡在动钢梁上,然后使所述液压提升装置通油加压顶升动钢梁,动钢梁通过顶升上锁紧锚具带动钢绞线向上提升,钢绞线随之带动其底部吊接的水箱上升;待所述液压提升装置完成一个行程后,通过套在钢绞线上的下锁紧锚具使钢绞线同时卡在静钢梁上,然后让液压提升装置回油,上方的动钢梁随液压提升装置的下降而回落;最后通过回调所述的上锁紧锚具使钢绞线同时卡在回落后的动钢梁上,完成一次提升循环。
作为一个总的技术构思,本发明还提供一种应用于上述吊装方法中的双曲线水塔水箱的吊装装置,所述吊装装置包括提升部件、支撑部件和吊具组件,所述提升部件由其下方的支撑部件支承,所述支撑部件架设于已施工的水塔支筒顶部并由支筒支承;所述提升部件包括动钢梁、静钢梁和设于动、静钢梁中间的液压提升装置;所述吊具组件包括钢绞线,钢绞线的顶部穿过提升部件的动、静钢梁并通过锁紧锚具卡在动、静钢梁上,钢绞线的底部与拟吊装的水塔水箱连接。
作为对上述双曲线水塔水箱的吊装装置的进一步改进,所述的锁紧锚具包括锚座和近似环筒状的垫片组件,所述锚座中部开设有倒锥形通孔,所述垫片组件的壁厚由上至下逐渐收窄,所述垫片组件的外壁为一与所述倒锥形通孔基本配合的倒锥面,所述垫片组件的内腔刚好容所述钢绞线穿过,且垫片组件的内壁为粗糙面(所述粗糙面优选为螺纹面)。
上述的双曲线水塔水箱的吊装装置中,所述环筒状的垫片组件优选至少由两片圆弧状垫片拼接而成(最优选为三片圆弧状垫片拼接而成)。更优选的,靠近所述垫片组件顶部的位置优选开设有一环形箍槽。该环形箍槽可用于吊装施工中对环形箍进行定位,以便环形箍能够连接各个拼接的圆弧状垫片。
上述的各技术方案中,钢绞线可根据拟吊装水箱自重的不同而选择不同的规格,在吊装中,所有的钢绞线同时受力,且可均匀持久地向上提升。锁紧锚具则可根据钢绞线的不同大小及规格进行选择。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明的吊装方法提升负荷能力大,安全可靠,同步性较好;对不同吨位的水塔吊装可以选用不同规格的钢绞线,可变性大,适应性强。由于本发明主要使用钢绞线和锁紧锚具作为吊具组件,其不仅原材料来源广泛、投入及运输成本低,而且制作使用方便,钢绞线连接采用无损坏活动节,可进行重复利用,节省了资源消耗。由于钢绞线本身的质量要远小于现有的吊杆组件,而且为同时受力,因此本发明的吊装方法及吊装装置对大吨位水塔的吊装将更有保障,能耗和物耗都大大降低。此外,本发明所采用的钢绞线在吊装过程中无须换杆,减少了劳动力,降低了吊装作业人员的劳动强度,使施工进度大大增加。
通过测算,本发明具有明显的经济效益:与现有的吊杆组件施工工艺相比较,一座1200m3/ 50m的水塔可节约人工费及设备租赁费约15万元,而钢绞线等吊具组件的运输成本更低。与传统的施工工艺相比,本发明也具有明显的社会效益:不仅施工工艺得到简化,施工速度得到明显提高,施工人员的劳动强度要明显减轻。采用本发明技术方案施工的水塔及水箱,技术安全、可靠、有保障,工程质量均符合国家标准。
附图说明
图1为传统的水塔水箱脚手架施工方法的施工状态示意图;
图2为传统的水塔水箱吊杆提升施工方法的施工状态示意图;
图3为本发明实施例中水箱施工的施工状态示意图;
图4为本发明的吊装装置一次提升循环的工作原理图;
图5为本发明实施例中穿心式千斤顶的工作原理示意图;
图6为本发明实施例中的吊装装置的俯视图;
图7为本发明实施例中锁紧锚具的俯视图;
图8为本发明实施例中锁紧锚具的主视图;
图9为本发明实施例中锁紧锚具的圆弧状垫片的立体结构示意图;
图10为本发明实施例中锁紧锚具的工作原理图(轴向剖视图),其中的a图~d图分别表示锁紧锚具的一次锁紧行程。
图例说明:
1、支筒;11、脚手架;12、外井架;13、上料系统;2、水箱;21、水箱上环梁;22、水箱上壳;23、水箱中环梁;24、水箱下壳;25、水箱下环梁;26、接料平台;27、垂直运输扒杆;28、筒首井架;29、回旋扒杆;3、筒首立柱;4、提升部件;41、液压提升装置;42、静钢环梁;43、动钢环梁;5、环梁底座;51、环形支撑架;6、吊具组件;61、钢绞线;62、上锁紧锚具;63、下锁紧锚具;64、底锁紧锚具;65、锚座;66、垫片组件;661、内壁;662、内腔;663、外壁;664、圆弧状垫片;665、环形箍槽;666、环形箍;7、吊杆组件。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例
某钢厂水塔设计为1200m3/50m的钢筋混凝土双曲线保温水塔,水塔水箱的有效容积为1200m3,塔内贮存水的最低水位为50m,水塔的水箱外表为双曲线形。本实施例采用双液压组合滑提施工工艺(即支筒液压滑模施工工艺和水箱预制液压吊装施工工艺)对该水塔进行施工。
本实施例的水塔施工工程主要由基础工程(水塔基础采用常规的支模现浇法施工)、支筒施工(可采用已有的无井架液压滑模施工方法进行施工)、水箱施工及工程收尾四部分组成。水塔的基础为钢筋混凝土圆形杯口基础,落于6-1残积砂质粘土层上,基础砼强度等级为C20。如图3所示,水塔的支筒1为钢筋混凝土筒体结构,支筒1的砼强度等级为C30;水塔的水箱2作为贮水构件,主要由气窗顶盖及保温层、水箱上环梁21、水箱上壳22(正锥壳)、水箱中环梁23(无粘结预应力)、水箱下壳24(倒锥壳)及水箱下环梁25组合而成。水箱下壳24的壳体为弧线形。水箱2的砼强度等级为C35,抗渗等级为S8。
上述水塔的水箱采用如图3所示的本发明的吊装方法进行施工,具体步骤如下:
(1)水箱预制:当水塔支筒1的施工完成后,在围绕支筒1的地面上先预制一水箱2;具体施工方法为:先搭设水箱制作外架及水箱下环梁25的模板,绑扎水箱下环梁25中的钢筋,埋设预埋件;然后搭设满堂红操作架,立水箱下壳24的外模及支撑,绑扎水箱下壳24的钢筋,安装内桁架,再进行水箱内模的安装,浇筑水箱下壳24的混凝土;然后再安装水箱上壳22桁架,立水箱上壳22的模板,绑扎水箱上壳22的钢筋,浇筑水箱上壳22的混凝土,拆模、混凝土养护;最后进行水箱2的外表装饰。水箱下壳24的内、外模板采用木模,水箱下壳24的外模根据水箱2的外形分为四十八块标准模板,内模相应分成二十四块,模板均采用钢桁架支撑。
(2)吊装装置的安装:水箱预制施工完成后在水箱2上搭设一接料平台26,在水箱2外缘架设一垂直运输扒杆27,在已施工的支筒1顶部搭建筒首井架28和回旋扒杆29,并利用这些搭设的临时吊装设备来进行物料的垂直运输和后续提升部件4的安装。搭设完成后将环梁底座5固接在支筒1顶部施工预留的钢筋混凝土筒首立柱3上,在环梁底座5上安装环形支撑架51,在环形支撑架51上固接一静钢环梁42,在静钢环梁42上方沿周向均匀固定十四个液压提升装置41(本实施例采用液压千斤顶,其工作原理如图5所示),动钢环梁43放置在液压提升装置41上方,动钢环梁43底面上焊接的U型槽套住液压提升装置41的顶头。然后开始安装吊具组件6,吊具组件6包括多根钢绞线61,每根钢绞线61穿过动、静钢环梁上开设的预留孔,动钢环梁43上方的钢绞线61上设有上锁紧锚具62以适时卡住动钢环梁43,以将吊具组件6的受力传递到动钢环梁43上;动钢环梁43和静钢环梁42之间的钢绞线61上设有下锁紧锚具63以适时卡住静钢环梁42,以将吊具组件6的受力传递到静钢环梁42上;钢绞线61的底部穿过水箱2底部的预留圆孔,并用底锁紧锚具64固定住水箱2。最后安装液压及油路系统等液压辅助设施,本实施例的液压系统采用最大工作压力为600 kg/cm2的高压油泵作动力,用φ11×2无缝钢管作高压输油管,高压输油管接至操作台上的分配器,分配器上设有高压油表,并分别与各个液压千斤顶连通,使其控制液压提升装置41的顶升。
(3)水箱提升:在吊装装置安装完成后,先利用液压提升装置41对钢绞线61进行预紧,使钢绞线61均匀受力;然后启动液压提升装置41将水箱2吊装至100mm~200mm的高度,进行24小时的实荷试压试验及油路超压试验,对试提效果进行观察,检查筒首立柱3的外观质量,焊接柱间剪刀撑,以加强筒首立柱3的整体性;经检查合格后开始正式进行水箱2的提升。一次提升循环的工作原理如图4所示,图4(a)为一次提升循环的初始状态,此时上、下锁紧锚具分别卡在动、静钢环梁上,开始提升时先使液压提升装置41通油加压顶升动钢环梁43,动钢环梁43利用上锁紧锚具62与钢绞线61间的摩擦力实现动钢环梁43带动上锁紧锚具62、上锁紧锚具62带动钢绞线61、钢绞线61带动下锁紧锚具63及水箱2的联动上升,如图4(b)所示;待液压提升装置41完成一个行程S后向下回调下锁紧锚具63至静钢环梁42处,此时吊具组件6受液压提升装置41和动钢环梁43的支撑停留在上升后的高度,如图4(c)所示;然后让液压提升装置41回油,动钢环梁43随之回落,但此时吊具组件6通过下锁紧锚具63卡在静钢环梁42上,因而吊具组件6并不随动钢环梁43的回落而下降,静钢环梁42成为受力部件,如图4(d)所示;然后再将上锁紧锚具62向下回调至动钢环梁43处以同时卡住动钢环梁43,从而完成一次顶升循环,如图4(e)所示。随着液压提升装置41持续不断的来回顶升,钢绞线61则不断向上延伸,由于钢绞线61为柔性连接件,钢绞线61能时刻保持正常均匀受力,因此无需向吊杆一样进行拼接和拆卸,整个提升过程全部完成后,直接卸下钢绞线61即可(在提升过程中可采用电阻应变仪等检测手段检测钢绞线内力情况)。重复本步骤,直至将水箱2提升到设计高度。
(4)水箱就位施工及液压提升装置拆除:当水箱2提升到设计高度后应放慢提升速度,当确定水箱2所有临时固定钢牛腿都能就位安装时,停止水箱2的提升,并及时安装临时固定钢牛腿。临时固定钢牛腿下部与支筒1顶部的预留铁件焊接牢固,临时固定钢牛腿上部之间用不少于Ф20钢筋相互拉结牢固。然后按照水箱提升的反操作缓慢将水箱2下放就位,检测水箱中心与支筒筒身中心是否重合,检测水箱水平度,检测无误后将水箱底部已安装的预埋件与临时固定钢牛腿焊接牢固。最后施工支承环板以支撑水箱2,支承环板施工完后根据先安后拆、先连接部件后承重部件拆除的原则拆除整个吊装装置即可。
在上述水箱2的吊装施工中用到一套本发明的吊装装置(可参见图3~图6),该吊装装置包括提升部件4、支撑部件和吊具组件6三部分。支撑部件包括环梁底座5(钢质)和环形支撑架51,环梁底座5固接在水塔支筒1顶部的筒首立柱3上,环形支撑架51固接于环梁底座5上方,提升部件4固接于环形支撑架51上方,提升部件4由支撑部件支承。提升部件4包括动钢环梁43、静钢环梁42(动、静钢环梁直径、形状相同)和设于动、静钢环梁中间的液压提升装置41(本实施例选用的是液压千斤顶),静钢环梁42固接于环形支撑架51上方,并通过环形支撑架51与环梁底座5连接,静钢环梁42直径大于环梁底座5的直径;液压千斤顶的底座嵌在静钢环梁42顶面设置的U形槽内,在动钢环梁43底面也焊接有与液压千斤顶顶头相配合的U形槽,以从上部进一步稳固液压千斤顶。如图6所示,本实施例的提升部件4中共设有十四个液压千斤顶,且十四个液压千斤顶在动、静钢环梁之间沿周向均匀分布;在相邻两个液压千斤顶之间设有六组吊具组件6(每个液压千斤顶两侧各对称布置三组),整个动、静钢环梁上均匀分布有八十四组吊具组件6,每组吊具组件6穿过提升部件4的动、静钢环梁并通过锁紧锚具卡在动、静钢环梁上,吊具组件6的底部与拟吊装的水塔水箱2固接。为了便于更清晰明了的显示吊装装置的结构和工作方式,在图3中省略了中间均布的吊具组件6,只给出了视图两侧的两组吊具组件6的结构及连接方式。上述的液压千斤顶是用最大工作压力为600kg/cm2的高压油泵作动力,用Ф11×2的无缝钢管作液压输油管道。
在上述本实施例的吊装装置中,所用的锁紧锚具分为上锁紧锚具62、下锁紧锚具63和底锁紧锚具64,每个锁紧锚具的结构相同(锁紧锚具的结构如图7~图9所示),均包括锚座65和近似环筒状的垫片组件66,锚座65中部开设有倒锥形通孔,垫片组件66的壁厚由上至下逐渐收窄,垫片组件66的外壁663为一与倒锥形通孔基本配合的倒锥面,垫片组件66的内腔662刚好容钢绞线61穿过,且垫片组件66的内壁661为粗糙的螺纹面。本实施例中的环筒状的垫片组件66是由三片相同的圆弧状垫片664(参见图9)拼接而成,且靠近垫片组件66顶部的位置开设有一环形箍槽665。
本实施例的锁紧锚具的工作原理如图10所示,首先,将锚座65套在钢绞线61上,并将三片圆弧状垫片664围在锚座65上方的钢绞线61上,用一环形箍666箍在环形箍槽665中,使三片圆弧状垫片664拼接成垫片组件66(参见图10中的a图);在拉紧钢绞线61且需要锁紧锚具进行锁紧动作时,放下垫片组件66,使其卡设在锚座65和钢绞线61之间的空隙中,钢绞线61越向上拉拔,锁紧锚具则相对向下位移(因为锁紧锚具下方有钢环梁限制,图10中未画出钢环梁,结合图4即可),由于锁紧锚具内部的倒锥形设计,这使得锁紧锚具的锚固力愈强,进而实现锁紧动作(参见图10中的b图);锁紧动作完成后,只要通过液压提升装置41顶升动钢环梁即可实现钢绞线61的向上提升(参见图10中的c图);当顶升完成一个行程后,下锁紧锚具63则进行锁紧,动钢环梁回落,只需轻敲锚座即可实现上锁紧锚具的复位,开始下一个行程(参见图10中的d图)。

Claims (4)

1.一种双曲线水塔水箱的吊装方法,所述吊装方法包括以下步骤:
(1)水箱预制:当水塔支筒施工完毕后,在围绕支筒的地面上先预制一水箱;
(2)吊装装置的安装:水箱预制完成后,将一环梁底座固定在支筒顶部预留的筒首立柱上,在环梁底座上安装环形支撑架,在环形支撑架上固接一静钢梁,在静钢梁上沿周向均匀固定若干个液压提升装置,在液压提升装置上放置一动钢梁;然后在动、静钢梁上穿设一圈钢绞线,使钢绞线穿过动、静钢梁并与预制的水箱吊接,钢绞线上装设好上锁紧锚具和下锁紧锚具,完成整个吊装装置的安装;
(3)水箱提升:所述吊装装置安装完成后,先利用液压提升装置对钢绞线进行预紧,使钢绞线均匀受力;然后启动液压提升装置将水箱吊装至100mm~200mm高,并进行实荷试压试验及油路超压试验,经检查合格后开始进行水箱的提升;开始提升时先使液压提升装置顶升所述的动钢梁,并带动卡在动钢梁上的钢绞线上升,待液压提升装置完成一个行程后,利用下锁紧锚具使钢绞线同时卡在静钢梁处,然后让液压提升装置回油,动钢梁回落,再利用上锁紧锚具使钢绞线同时卡在回落后的动钢梁上,完成一次提升循环;一次提升循环的具体操作方法为:首先通过套在钢绞线上的上锁紧锚具使钢绞线卡在动钢梁上,然后使所述液压提升装置通油加压顶升动钢梁,动钢梁通过顶升上锁紧锚具带动钢绞线向上提升,钢绞线随之带动其底部吊接的水箱上升;待所述液压提升装置完成一个行程后,通过套在钢绞线上的下锁紧锚具使钢绞线同时卡在静钢梁上,然后让液压提升装置回油,上方的动钢梁随液压提升装置回落;最后通过回调所述的上锁紧锚具使钢绞线同时卡在回落后的动钢梁上,完成一次提升循环;重复本步骤持续进行提升,直至将水箱提升到设计高度;
(4)水箱就位施工及吊装装置拆除:当水箱提升到设计高度后,将水箱固定于水塔支筒顶部,最后拆除吊装装置即可;
所述的上锁紧锚具和下锁紧锚具包括锚座和近似环筒状的垫片组件,所述锚座中部开设有倒锥形通孔,所述垫片组件的壁厚由上至下逐渐收窄,所述垫片组件的外壁为一与所述倒锥形通孔相配合的倒锥面,所述垫片组件的内腔刚好容所述钢绞线穿过,且垫片组件的内壁为粗糙面。
2.一种应用于权利要求1所述吊装方法中的双曲线水塔水箱的吊装装置,其特征在于:所述吊装装置包括提升部件、支撑部件和吊具组件,所述提升部件由其下方的支撑部件支承,所述支撑部件架设于已施工的水塔支筒顶部并由支筒支承;所述提升部件包括动钢梁、静钢梁和设于动、静钢梁中间的液压提升装置;所述吊具组件包括钢绞线,钢绞线的顶部穿过提升部件的动、静钢梁并分别通过上、下锁紧锚具卡在动、静钢梁上,钢绞线的底部与拟吊装的水塔水箱连接。
3.根据权利要求2所述的双曲线水塔水箱的吊装装置,其特征在于,所述环筒状的垫片组件至少由两片圆弧状垫片拼接而成。
4.根据权利要求3所述的双曲线水塔水箱的吊装装置,其特征在于,靠近所述垫片组件顶部的位置开设有一环形箍槽。
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