CN107313591A - 千吨级水塔施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种千吨级水塔施工方法，包括如下步骤，制作水塔基础，施工混凝土筒身，混凝土水箱模板系统搭设，水箱钢筋安装，安装水箱上层模板，制作提升承重钢架，安装提升承重钢架，水箱拆模，安装提升平台和吊杆，液压提升施工，水箱就位，拆除吊杆、丝杆设备和提升承重钢架，本发明经过计算配置和实验，既达到提升就位目的，解决了吊杆在提升及换杆时出现零杆或严重超荷杆的问题，又保证了安全，是体积容积庞大，自身特重的倒锥壳水塔水箱提升的首选。

Description

千吨级水塔施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程领域，更具体的说涉及一种千吨级水塔施工方法。

背景技术

申请号为2013101204389的中国专利公开了一种钢筋砼水塔倒锥形水箱液压提升防坠落装置及方法，在水箱的底部沿水箱周向均布有多个楔形支撑块，哥哥楔形支撑块的顶部通过吊线与水箱的的顶部相连，楔形支撑块的数量与提升杆的数量相同且楔形支撑块与提成干一一对应，楔形支撑块包括用于支撑水箱底部的支撑斜面以及朝向支撑桶的外壁的阻力面，阻力面上设置有阻力件，阻力件与支筒的外壁之间设置有间隙，还可在千斤顶上方的提升杆上设置防滑纤维卡，达到双控效果，有效解决水箱上升过程中坠落的问题。

申请号为2009100632104的中国专利公开了一种倒锥壳水塔水箱提升的新型方法。具体操作步骤：设计水塔支筒滑模系统；支筒滑模结束后，将滑模系统改装成水箱提升系统，其立柱固定于支筒顶部肩梁处预埋铁件上；提升杆就位、安设千斤顶，随即按程序进行水箱提升，到位后安放水箱支撑钢牛腿并可靠固定，拆除水箱提升系统。本发明在水塔支筒顶部将支筒滑模系统改装成水箱提升系统，改变了传统水塔施工支筒滑模完后拆除整个滑模系统，再在支筒顶部按设计浇注钢筋砼支柱，重新制作一套水箱提升系统的现状。

申请号为2008201057420的中国专利公开了倒锥壳水箱提升装置。解决了现有技术中存在的建造大型水塔时水箱提升的问题。结构包括固定在筒身上部的下钢环梁，下钢环梁上部设有上钢环梁，上钢环梁和下钢环梁周径上穿有若干条提升吊杆，上钢环梁上设有套住吊杆且只能沿吊杆单下向移动的上卡头体，下钢环梁上设有套住吊杆且只能沿吊杆单下向移动的下卡头体，上钢环梁和下钢环梁之间设有若干手动千斤顶。

上述专利文件均能够将水箱进行提升，但未提及如何制作前期准备工作，前期准备工作（制作基础设备）将极大影响后续具体吊装过程，包括经济型及安全性等。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于倒锥壳水塔预制水箱提升，容量越大、体积越重越能发挥效果，换杆时吊杆内应力变化小，解决吊杆在提升及换杆时出现零杆或严重超荷杆的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种千吨级水塔施工方法，其特征在于包括如下步骤：

1）制作水塔基础；

2）施工混凝土筒身：先进行千斤顶布置设计，而后对支撑杆进行加工，而后组装滑模平台，再进行砼的养护系统，最后进行筒身的滑升，并且在筒身顶部预埋钢板；

3）混凝土水箱模板系统搭设：水箱下环梁的底模采用砖砌墩支撑，环梁外侧模采用木模板，水箱下环梁与筒身外壁之间留100mm空隙，采用厚钢板围成内模，空隙中填砂捣实，上表面抹一道水泥砂浆，下锥壳分内外两面支模，外模一次支成，内模随浇随支，水箱下环梁连接吊杆；

4）水箱钢筋安装；

5）安装水箱上层模板：只支设内模板，不支设外模板；

6）制作提升承重钢架：支架由动环梁、静环梁和提升承重钢架组成；

7）安装提升承重钢架：提升承重钢架为倒装带有倾角的锥台钢结构，下端用电焊与筒身预埋的钢板焊接，上部支撑焊接着静环梁， 承重钢梁在地面分为两半，吊车分半吊至筒身顶焊接牢固后成为倒立状态；

8）水箱拆模；

9）安装提升平台和吊杆：在动静环梁之间设置偶数个千斤顶，每个千斤顶左右两侧对称布置若干丝杆，在竖直方向上每条线上设置若干吊杆，最上一个吊杆和丝杆连接，吊杆连接点在竖直方向上错位，吊杆依次穿过静环梁和动环梁，在静环梁和动环梁上方位置的丝杆设置螺母，吊杆安装完毕后，用千斤顶逐根拉紧，再扭紧静环梁上的螺母；

10） 液压提升施工：先进行试吊，将水箱提升离地面100-200mm，静荷12-24小时，进行全面检查后，开始正式提升，提升过程中，在水箱顶面用手摇动吊杆，检查各吊杆松紧是否一样，保证各吊杆受力均匀；

11） 水箱就位：拧紧全部丝杆上螺母，拧紧全部丝杆上螺母，千斤顶驱动动环梁带动丝杆、吊杆和水箱上升，同时将静环梁上的螺母向下旋动病锁紧在静环梁上，随后开始回油，动环梁复位，向下旋转动环梁上的螺母并旋紧，重复上述动作；水箱提升完毕后，吊杆完全和水箱连接在一起，使水箱悬挂在空中，做水箱的圈梁工作，将钢筋放置好后，浇筑混凝土，采用人工与机械振捣相结合的方法，硂浇筑后初凝钱，用水泥砂浆以人工方法，边敲打镶入硂的空隙中；

12） 拆除吊杆、丝杆设备和提升承重钢架。

进一步的所述水塔基础为圆台形基础，半径R=6600mm，埋深H=-4.1m，垫层为100mm厚C15,基础混凝土强度为C30，采用商品混凝土汽车泵浇筑，混凝土浇筑后保养期不少于14d；钢筋为Ⅰ、Ⅲ级钢，基础钢筋保护层为40mm，钢筋搭接长度42d，环壁的厚度偏差不大于20mm。

进一步的筒身硂的养护，靠高压水泵压水到硂高度处进行养护，高压水管在平台滑升到5m高时，安装高压水管，该水管安装在外吊装的地步，上水接头三通出用钢丝绑在提升架上，在环形水管内侧钻φ6mm孔，排列用喷水。

进一步的筒身滑升过程首先进行试滑，① 试滑 试滑前需对油路、千斤顶进行检查排气，然后送油起步一个行程，此时对所有系统进行全面检查、校正，同时运用短筋ф10mm L=420mm 短筋@300mm 与主筋横焊在模板底内部，以确定截面厚度。在内外模两侧使用 M7.5 水泥砂浆、MU15 砖沿圆筒砌筑，同时外模还采用ф12mm 钢丝绳锁紧，然后浇捣800mm 高砼，停歇 40 分钟以后开始提升 1～2个行程，最后视砼强度情况提升。②正常滑升 试滑完毕后即进行正式滑升，正式滑升每层高度 250mm～300mm。上层提升距下层提升时间不得超过1.5h，正常滑升的速度应根据砼的强度确定，其出模强度应达到 0.05～0.25N/㎡ 。

进一步的所述水箱钢筋安装中，先绑下环梁，再绑中环梁，避雷接地引线的两组钢筋采用通常钢筋，钢筋接头采用搭接焊，焊缝长度不小于10d，同一截面钢筋搭接头数量不超过总数的25%，绑扎接头长度不小于42d。

进一步的所述水箱混凝土采用042.5Mpa普通硅酸盐水泥商品混凝土，连续浇筑不间断，混凝土浇筑终凝后浇水养护14天，下锥壳混凝土强度大1.2MPa，强度达到设计强度等级100%才拆除底模。

进一步的所述动环梁和静环梁之间设置18个提升用的千斤顶，每个千斤顶承载100T，每个千斤顶左右两侧对称各布置4根丝杆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：适用于倒锥壳水塔预制水箱提升，容量、质量和体积越大越能发挥作用，“密布”吊杆，换杆时吊杆内应力变化小，解决了吊杆在提升及换杆时出现零杆或严重超荷杆的问题，提升系统刚度大，能够保证大吨位预制水箱安全平稳提升就位。

具体实施方式

一种千吨级水塔施工方法，制作水塔基础，水塔基础为圆台形基础，半径R=6600mm，埋深H=-4.10m，垫层为 100mm 厚 C15，基础混凝土强度为 C30，采用商品混凝土汽车泵浇筑，混凝土浇筑后保养期不少于 14d；钢筋为 I、III 级钢，基础钢筋保护层为40mm，钢筋搭接长度 42d，环壁的厚度偏差不大于 20mm。

施工混凝土筒身，本水塔筒身高43300mm，载荷组合计算，合计204KN，千斤顶选用GYD-35G型滚珠式液压千斤顶，安全系数取2，承载力35÷2=17.5KN，相应φ25mm支撑杆（3号钢）其承载力取15KN计算。根据荷载组合情况分析，取最大荷载计算千斤顶及支承杆的数量为： 204÷15=14 台，为方便等弧布置千斤顶及门架，选用 16 台千斤顶。千斤顶采用 3.5T滚珠穿心式千斤顶。支撑杆加工：支撑杆采用φ25圆钢。

滑模平台组装，依次为外围圈-辐射梁-内围圈-千斤顶、提升架览-外模板、平台木铺板、液压系统-起重系统-各种丝杆、电器信号系统-栏杆、内外吊架-安全网、吊装铺板。

硂的养护系统，筒身硂的养护，靠高压水泵压水到砼高度处进行养护。高压水管在平台滑升到 5m 高时，安装高压水管，该水管安装在外吊装的底部，上水接头三通处用钢丝绑在提升架上，在环形水管内侧钻ф6mm孔，排列用喷水。

筒身滑升：① 试滑 试滑前需对油路、千斤顶进行检查排气，然

后送油起步一个行程，此时对所有系统进行全面检查、校正。同时运用短筋ф10mm L=420mm 短筋@300mm 与主筋横焊在模板底内部，以确定截面厚度。在内外模两侧使用 M7.5水泥砂浆、MU15 砖沿圆筒砌筑，同时外模还采用ф12mm 钢丝绳锁紧，然后浇捣 800mm 高砼，停歇 40 分钟以后开始提升 1～2个行程，最后视砼强度情况提升。②正常滑升 试滑完毕后即进行正式滑升，正式滑升每层高度 250mm～300mm。上层提升距下层提升时间不得超过1.5h。正常滑升的速度应根据砼的强度确定，其出模强度应达到 0.05～0.25N/㎡。

混凝土水箱模板系统搭设：下环梁的底模是关键点，采用砖砌

墩支承（h=500mm）。环梁外侧模采用木模板。水箱下环梁与支筒外壁之间留 100mm 空隙，采用 2mm 厚钢板围成内模，空隙中填砂捣实，上表面抹一道水泥砂浆。下锥壳使用优质的 40mm 厚专用模板分内外两面支模。外模一次支成，内模随浇随支。模板根据下锥壳内外尺寸和弧度，分割成梯形板块，相互拼接组成内外模板。

水箱钢筋安装：先绑下环梁，再绑中环梁。避雷接地引线的两组

钢筋采用通长钢筋，如需接头应采用搭接焊，焊缝长度不小于 10d。同一截面钢筋搭接头数量不得超过总数的 25%，绑扎接头长度不小于 42d。

安装水箱上层模板：上锥壳使用优质的 40mm 厚专用模板，只支

设里模板，不支设外模。

制作提升承重钢架：支架主要由动、静环梁及支承架组成。斜支

柱工字钢 100 多米，提升选用 18 台 100T 千斤顶，均匀布置在静环梁上，垂直压在斜支柱上，根据临界力大小公式 P=3.14*3.14*EI/(L*L)算出I=169cm4 ，查型钢规格得20b工字钢可满足要求，安全起见选用 22a。

安装提升承重钢架：承力架为水箱提升必备工具。承力架是一个

倒装带有倾角的锥台钢结构，下端用电焊与筒身预埋的钢板焊接起来，上部支承着静环梁，与支架焊接固定。承力架上半径为2.80m，下半径为2.40m。承力架由立柱、系杆、动静环梁组成。立柱为 22a 工字钢，动、静环梁为-25mm 厚钢板焊接成方钢形状。承力架在地面分为两半，吊车分半吊至支筒顶焊接牢固后成为倒立的圆台。

水箱拆模：水箱混凝土采用 P.O42.5Mpa 普通硅酸盐水泥，商品

混凝土，连续浇筑不间断。混凝土浇筑终凝后浇水养护 14 天。下锥壳混凝土强度达1.2MPa，才在其上进行其他作业。强度达到设计强度等级 100%才拆除底模。

安装提升平台和提升杆：

1、机具组装顺序：筒身顶部井架、承力架及支柱下静环梁、千斤顶、

动环梁、丝杆、吊杆 加固及丝杆处理液压系统。组装后应对联结件、焊缝进行检查，对油路整体进行液压，满足技术要求才能正常工作。

2、提升吊杆安装：动、静环梁之间设置 18 只（每只承载 100T）提升用的千斤顶，每只千斤顶左右两侧对称各布置 4 根丝杆，串接连着吊杆及丝杆。水箱提升吊杆要保证受力均匀，吊杆安装完毕后，用千斤顶逐根拉紧，再扭紧静环梁上的螺帽。

吊杆荷载计算：水箱自重+吊杆自重+施工荷载，总重量合计：约 1000吨（合10000KN）。水箱在支筒完工后在地面预制，施工时在水箱下环梁预埋 72 根提升螺丝，用来连接提升吊杆，提升螺丝沿环梁四周均匀分布。提升荷载设计值取 10000KN，吊杆采用 72根φ50mm 圆钢，吊杆要经过冷拉后才使用。吊杆两头要加工螺丝，丝长 L=50mm 。

吊杆能承受力大小根据以下公式代入计算：

P max =PK 1 K 2

式中 P max ——计算荷载（N）

P——累计荷载；

K 1 K 2 ——为超载和使用条件系数，取 1.962；

σ= P max /Dπr2

式中 D——换杆时受力吊杆的数量；

r——吊杆半径（mm）。

查表得Φ50 钢筋的σ为 120 Mpa，满足要求。

吊杆荷载计算：材料分改系数取 2 ，经计算对比，能满足要求。

液压提升设备设计：

液压提升最大工作压力：P max =N÷18F+7.2×v÷d2 -L+ΔP

式中 P max ——提升最大工作压力（Mpa）;N——水箱（提升）重力(N);F——千斤顶活塞面积（mm2 ），本工程采用 7850 mm 2 ；V——管中液压速度（m/s），本工程采用 0.95；

D——油管内径（mm），本工程采用 140mm；L——直油管长度（m）ΔP——千斤顶磨擦损失值一般取 2Mpa。

根据本工程水箱提升过程中水箱上面的其他重量，提升机具等有关数

据代入上式得：

P max =51.60MPa＜63Mpa 采用 TDYG—100—160 型千斤顶，最大工作压力为 63Mpa，故可用。

提升时，分配器上压力表为 48.48~9.52 Mpa,油泵处压力 51.12~55.24Mpa。按照丝杆一个行程内的操作时间为 3min 计算，要求流量：Q=6FH/t

式中 Q——最小流量（mL/min）F——千斤顶活塞面积（mm2 ），本工程采用7850 mm2 ；H——千斤顶活塞行程（cm），本工程采用 16cm；t——时间（min）。把有关数据代入，可得：Q=7536 mL/min＜9500 mL/min。

液压提升施工：

1、凡参加施工人员，必须进行技术培训和安全教育，使其了解本工程施工特点，本岗位的安全操作规程，并通过考核后，方能上岗工作。特别是起重工及指挥人员，必须严格遵守操作规程，服从技术员的指挥，合理、安全地进行施工工作。主要施工人员应相对稳定。

2、使用前必须对液压机、千斤顶进行检查，检查包括：电路、油路等，杜绝设备带病作业。

3、水箱正式提升要进行试吊，将水箱提离地面 100~200mm，静荷 12~24小时，进行全面检查后，正常才正式提升。

4、提升过程中，在水箱顶面用手摇动吊杆，检查各吊杆松紧是否一样，如不一样，要马上扭紧要松的吊杆，保证各杆受力是否均匀，水箱平稳提升。吊杆连接点必须错位，保证换杆时换杆数量不多于规定要求，换杆要对称进行。

水箱就位：

1、提升支架的动环梁是提升圈，静环梁是固定圈。拧紧全部丝杆上螺母，千斤顶驱动动环梁，带动丝杆吊杆，水箱上升。同时将静环梁上的螺母向下旋动，并锁紧在静环梁上，使丝杆、下螺母及水箱等固定在新的位置，这时上螺母仍承受所有荷载。随后即开始回油，动环梁复位，所有荷载已由静环梁的螺母承受。这时向下旋转上螺母，使它同动环梁旋紧。这样提升一个冲程，水柜上升约 160mm。按照上述操作程序重复动作，水箱不断上升。当冲程达到额定高度和活塞复位到零时，均通过限位器发出信号，通知油泵操作平台上司泵人员。调平工作按每提升 1m 检查一次，以最高一只为准，其他相应提高。当出现的偏差过大时，要分几次找平，使水箱在相对同步的情况下徐徐上升。

2、当水箱的底标高提升到 43.3m 时，水箱提升完毕，开始做承重水箱的圈梁工作。提升结束时，72 根吊杆完全和水箱联结在一起，使水箱悬挂在空中。按照设计图纸加工的钢筋放置好后，再支模浇筑混凝土。由于圈梁混凝土入口较小，断面复杂，浇筑难度大，同时考虑到混凝土的收缩，故宜采用人工与机械振捣相结合的方法。砼浇筑后初凝前，用水泥砂浆以人工方法，边敲打镶入砼的空隙中，以使砼干缩缝达到最小程度，并防止出现漏浇现象。砼浇注完毕，浇水养护达到设计强度要求后，拆除模板。用气割丝杆，使水箱支承在圈梁上。然后拆除吊杆、丝杆、设备机具和支承架，提升工作结束。

Claims (7)

1.一种千吨级水塔施工方法，其特征在于包括如下步骤：

1）制作水塔基础；

2）施工混凝土筒身：先进行千斤顶布置设计，而后对支撑杆进行加工，而后组装滑模平台，再进行砼的养护系统，最后进行筒身的滑升，并且在筒身顶部预埋钢板；

3）混凝土水箱模板系统搭设：水箱下环梁的底模采用砖砌墩支撑，环梁外侧模采用木模板，水箱下环梁与筒身外壁之间留100mm空隙，采用厚钢板围成内模，空隙中填砂捣实，上表面抹一道水泥砂浆，下锥壳分内外两面支模，外模一次支成，内模随浇随支，水箱下环梁连接吊杆；

4）水箱钢筋安装；

5）安装水箱上层模板：只支设内模板，不支设外模板；

6）制作提升承重钢架：支架由动环梁、静环梁和提升承重钢架组成；

7）安装提升承重钢架：提升承重钢架为倒装带有倾角的锥台钢结构，下端用电焊与筒身预埋的钢板焊接，上部支撑焊接着静环梁， 提升承重钢梁在地面分为两半，吊车分半吊至筒身顶焊接牢固后成为倒立状态；

8）水箱拆模；

9）安装提升平台和吊杆：在动静环梁之间设置偶数个千斤顶，每个千斤顶左右两侧对称布置若干丝杆，在竖直方向上每条线上设置若干吊杆，最上一个吊杆和丝杆连接，吊杆连接点在竖直方向上错位，吊杆依次穿过静环梁和动环梁，在静环梁和动环梁上方位置的丝杆设置螺母，吊杆安装完毕后，用千斤顶逐根拉紧，再扭紧静环梁上的螺母；

10）液压提升施工：先进行试吊，将水箱提升离地面100-200mm，静荷12-24小时，进行全面检查后，开始正式提升，提升过程中，在水箱顶面用手摇动吊杆，检查各吊杆松紧是否一样，保证各吊杆受力均匀；

11）水箱就位：拧紧全部丝杆上螺母，拧紧全部丝杆上螺母，千斤顶驱动动环梁带动丝杆、吊杆和水箱上升，同时将静环梁上的螺母向下旋动病锁紧在静环梁上，随后开始回油，动环梁复位，向下旋转动环梁上的螺母并旋紧，重复上述动作；水箱提升完毕后，吊杆完全和水箱连接在一起，使水箱悬挂在空中，做水箱的圈梁工作，将钢筋放置好后，浇筑混凝土，采用人工与机械振捣相结合的方法，硂浇筑后初凝钱，用水泥砂浆以人工方法，边敲打镶入硂的空隙中；

12）拆除吊杆、丝杆设备和提升承重钢架。

2.根据权利要求1所述的千吨级水塔施工方法，其特征在于：所述水塔基础为圆台形基础，半径R=6600mm，埋深H=-4.1m，垫层为100mm厚C15,基础混凝土强度为C30，采用商品混凝土汽车泵浇筑，混凝土浇筑后保养期不少于14d；钢筋为Ⅰ、Ⅲ级钢，基础钢筋保护层为40mm，钢筋搭接长度42d，环壁的厚度偏差不大于20mm。

3.根据权利要求2所述的千吨级水塔施工方法，其特征在于： 筒身硂的养护，靠高压水泵压水到硂高度处进行养护，高压水管在平台滑升到5m高时，安装高压水管，该水管安装在外吊装的地步，上水接头三通出用钢丝绑在提升架上，在环形水管内侧钻φ6mm孔，排列用喷水。

4.根据权利要求3所述的千吨级水塔施工方法，其特征在于：筒身滑升过程首先进行试滑， 1）试滑 试滑前需对油路、千斤顶进行检查排气，然后送油起步一个行程，此时对所有系统进行全面检查、校正，同时运用短筋ф10mm L=420mm 短筋@300mm 与主筋横焊在模板底内部，以确定截面厚度，在内外模两侧使用 M7.5 水泥砂浆、MU15 砖沿圆筒砌筑，同时外模还采用ф12mm 钢丝绳锁紧，然后浇捣 800mm 高砼，停歇 40 分钟以后开始提升 1～2个行程，最后视砼强度情况提升；

2）正常滑升 试滑完毕后即进行正式滑升，正式滑升每层高度 250mm～300mm，上层提升距下层提升时间不得超过1.5h，正常滑升的速度应根据砼的强度确定，其出模强度应达到 0.05～0.25N/㎡ 。

5.根据权利要求4所述的千吨级水塔施工方法，其特征在于：所述水箱钢筋安装中，先绑下环梁，再绑中环梁，避雷接地引线的两组钢筋采用通常钢筋，钢筋接头采用搭接焊，焊缝长度不小于10d，同一截面钢筋搭接头数量不超过总数的25%，绑扎接头长度不小于42d。

6.根据权利要求5所述的千吨级水塔施工方法，其特征在于：所述水箱混凝土采用042.5Mpa普通硅酸盐水泥商品混凝土，连续浇筑不间断，混凝土浇筑终凝后浇水养护14天，下锥壳混凝土强度大1.2MPa，强度达到设计强度等级100%才拆除底模。

7.根据权利要求6所述的千吨级水塔施工方法，其特征在于：所述动环梁和静环梁之间设置18个提升用的千斤顶，每个千斤顶承载100T，每个千斤顶左右两侧对称各布置4根丝杆。