超大型倒锥水箱液压提升工法

超大型倒锥水箱液压提升工法适用范围

《超大型倒锥水箱液压提升工法》一般用于倒锥壳水塔水箱的吊装。

超大型倒锥水箱液压提升工法工艺原理

《超大型倒锥水箱液压提升工法》的工艺原理叙述如下：

液压缓升群吊法提升水塔水箱。水箱地面预制，水塔筒体施工完成并达到要求的强度后，在水塔顶部设置提升架，根据水箱的重量，均匀布置液压千斤顶，通过提升杆连接顶部提升装置和底部水箱，采用液压油路控制，将水塔水箱缓升到指定高度，进行固定后进行环梁和防水的施工。

超大型倒锥水箱液压提升工法施工工艺

• 工艺流程

《超大型倒锥水箱液压提升工法》的工艺流程是：

现场条件勘察准备→承力架、提升点、千斤顶、防坠器等提升设施的布置及安全受力计算→安装承力架→吊杆安装、固定防坠器→安装千斤顶及供油系统→安装电动油泵、接通油路→接通电源并关闭油泵针形阀→液压油泵试工作→千斤顶及油管路进油→试提升→千斤顶进油带动水箱上升行程结束，油泵回油，千斤顶活塞下降→防坠器固定，切断上部拉杆，千斤顶回复→往复运行提升到设计标高→调整固定，浇筑支承环梁→拆除提升设施。

• 操作要点

《超大型倒锥水箱液压提升工法》的操作要点如下：

一、现场条件的勘察准备预制准备

一般水箱较重，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，15米范围进行夯实，将水塔中心半径3~4米范围内回填200毫米厚碎石，浇筑200毫米厚C25混凝土，4~15米范围内回填200毫米厚碎石，浇筑100毫米厚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500毫米、ф25@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，应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，增加一块环形钢板与预埋ф48×5.5毫米钢管相焊。

1.按照吊杆平面布置尺寸，预埋n（1000立方米水塔70）根，采用ф48×5.5毫米无缝钢管，每根无缝钢管打60°坡口与水箱下环梁埋件进行焊接，并在无缝管上焊接ф12@100长300毫米的锚固筋，使无缝管与混凝土更好的形成整体（图1）。

2.水箱下环梁内侧埋设4~6组埋件，用于安装导轮，防止提升过程中水箱偏移与筒体产生摩擦。

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。水箱在浇筑混凝土时预留5组混凝土试块，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，减小由于接触面真空而形成的大气压力。

4.水塔吊装采用顶部承力提升架放置液压千斤顶集控群升方法，利用提升吊杆进行吊装，使用防滑器进行锁固，提升时塔身四周弹出4~6条标高线，并用红漆明显标出标高尺寸，吊杆每5米用红漆作出标记，以便提升时随时观察水箱的水平度。吊装示意见图2。

二、千斤顶和吊杆数量的确定

1.总荷载的确定：Q=Q₁ Q₂

式中Q——总荷载；Q₁——水箱重量；Q₂——吊杆重量。

圣戈班高炉1000立方米安全水塔水箱重 Q₁=4000千牛，吊杆ф48×5.5毫米，总重Q₂=180千牛。

Q=Q₁ Q₂=4000 180=4180千牛。

2.千斤顶及吊杆数量的确定

1）千斤顶数量的确定：n=Q/F

式中n——千斤顶数量；Q——总载荷；F——每个千斤顶工作起重量。

采用QYD-60型千斤顶，每个千斤额定起重量为60千牛，工作起重量F=30千牛；

n=4180/30=140

每2个千斤顶串联成一组，共70组。相应吊杆数量为70根。

2）吊杆强度校核：σ=Q/A≤[σ]

式中Q——总载荷，Q=4180kN；A——吊杆的总截面积；[σ]——吊杆的许用应力。

采用ф48×5.5毫米无缝钢管作为吊杆，材质为20号钢。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，取吊杆的安全系数K=2.5，[σ]=σ_s/K=245÷2.5=88兆帕。

σ=Q/A=4180×10³÷（70×3.1416×42.5×5.5）=81.3兆帕≤[σ]=88兆帕

强度满足要求。

三、液压系统的布置

液压系统布置图3。

总控台根据水塔提升重量选用，从总控制台给千斤顶供油，分主油路和支路控制，一般每个主油路控制的分油路为5~10路，从总控制台使用液压软管进行连接，使用电磁阀和针型阀进行控制。以1000立方米水塔为例，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。每根吊杆安装两台千斤顶，串联供油，在最下一台千斤顶安装3/8‘’针形阀控制油路。共设置75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图4。

四、吊杆的对焊及焊口检验

每根吊杆的长度不要过长，一般长度L：

L=水塔高度 提升架高度 千斤顶高度 （0.2~0.25）米

该次1000立方米水塔吊杆焊接成42米长。

因吊杆受非对称循环变应力，接头对焊接的质量要求严格，关系到水箱提升的成败。接头用45°坡口焊，内穿ф35、L=400毫米圆钢，在距离对接处150毫米加ф16圆钢销钉并进行塞焊，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J426焊条焊接。焊接及连接方式见图5。

五、水箱提升支架构造设计及安装

以该次施工的圣戈班高炉1000立方米安全水塔为例，同类的水箱吊装支架的分析及计算方法类同。

1.水箱提升支架见图6、图7。

2.提升架的受力计算

提升架主要是由下钢圈梁、斜支撑、下部和上部钢环梁组成的锥台形钢结构，下钢圈梁采用12毫米钢板，斜支撑采用24根H形250毫米×250毫米×9毫米×14毫米，钢环梁用16毫米厚的钢板焊接成180×180毫米的方管，提升架是一个锥台形钢结构，下部与焊接固定，上层钢环梁上设置70组千斤顶，下层钢环梁上设置防坠器70个。

提升架下部无筒身立柱部位，采用12根H形250毫米×250毫米×9毫米×14毫米钢支撑，支撑提升架斜支撑位置。提升架剖面图见图8，提升架受力分析见图9。

1）提升架载荷：Q=K（Q₁ Q₂ Q₃）

式中Q——总荷载；Q₁——水箱重量， Q₁=4000千牛；Q₂——吊杆重量； Q₂=180千牛；Q₃——千斤顶重量；Q₃=35千牛；K——荷载系数，取k=2。

Q=K（Q₁ Q₂ Q₃）=（4000 180 35）×2=8430千牛

每根斜支撑受力W=Q/n=8430/24=351.25千牛

2）斜支撑受力

（1）斜撑强度计算

每根斜撑强度应满足：σ=N/A_n≤f

式中N——每根斜撑受轴向力，N=W/COSα=351.25/0.9896=355千牛；A_n——每根斜撑净截面面积，A_n=9218立方毫米；f——斜撑抗压强度设计值，f=215兆帕。

σ=N/A_n=355000/9218=38.5兆帕

（2）斜撑稳定性计算

每根斜撑稳定性应满足：N/（ψA）≤f

式中N——每根斜撑受轴向力，N=355千牛；A——每根斜撑毛截面面积，A=9218立方毫米；ψ——斜撑的稳定系数，由《钢结构设计规范》GB 50017附录C查得。

斜撑长细比：λ=l/i=2021/62.9=32.1，由表c-2查得ψ=0.791

N/（ψA）=355000/（0.791×9218）=48.7兆帕

3）下圈梁受力计算

（1）每根斜撑对上圈梁的水平力：T=Wxtgα=351.25×0.145=50.9千牛

下圈梁的水平均布力q

q=50900×24/（3.1416×5600）=69.4牛/毫米。

（2）下圈梁的强度计算

下圈梁的强度应满足：σ=（πDq/4）/（bh）

σ=（3.1416×5600×69.4/4）/（12×250）=101.7兆帕

根据提升架的重量、提升高度及吊车最有利的占车位置，确定提升重量、提升高度及吊车的回转半径，根据吊车的吊装性能表确定选用的吊车。圣戈班高炉水塔提升支架总重为8.6吨，用100吨汽车吊接副杆将提升架安装到40米高的水塔筒体上，如图10。

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。提升架的顶面水平度偏差不大于5毫米。千斤顶安装位置的偏差不大于5毫米。

七、提升方法

1.水箱提升前要认真做好各项检查清点工作，主要包括：

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。

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。

将液压控制台溢流阀压力调整到1.5兆帕后收紧吊杆。用水平仪在每根吊杆上抄好水平标记线，在水箱栏杆上分8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米向上翻一次。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，筒体的垂直度变化。

提升装置安装完成后水塔顶部、水塔底部如图11、图12。

3.试提升

液压倒置提升系统组装经检验合格后，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。将水箱提升到离开底模10厘米，静止24小时，观察测量水箱的水平度和水塔沉降情况，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。

4.水箱初升

关闭针形阀，将液压控制台溢流阀调到6兆帕。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4~5毫米，千斤顶有效行程约为15毫米左右。每个行程的时间为1分钟左右。水箱提升到离开地面25厘米暂停4小时，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。

5.水箱提升

初升检查合格后，开动液控系统（液压控制方法同初升），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。同时每提升4米静止检查水箱的塔体与水箱间距均匀、拉杆均匀受力情况等，测算提升速度。

当水箱提升到离地面2米高度后，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。

水平偏差过大纠偏方法：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，滑升时其他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隙处，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。

6.钢支架安装及水箱就位

钢支架制作：钢支架应在提前预制，制作质量应符合设计和国家规范要求。水箱吊装到设计标高后进行水箱支撑钢支架的安装。

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、环托梁施工

当水箱的底标提升到40米，水箱提升完毕，安装完成钢支架后，水箱就位，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强度后，拆除吊杆、设备机具和支承架，提升工艺结束。

安装完成的水塔如图13。

九、操作注意事项

1.提升架应与筒体结合面结合紧密，高低不平处须用垫片垫平

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12兆帕，每次持压5分钟，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25毫米时停止4小时，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。

《超大型倒锥水箱液压提升工法》采用的机具设备见表1（以1000立方米水塔为例，其他型号的水塔根据选用增减）。

参考资料：

《超大型倒锥水箱液压提升工法》利用自制圆形钢结构提升架、采用串联液压千斤顶群吊施工方法，通过合理布置油路控制系统，实现了地面预制水箱，整体吊装，解决了同步提升施工难题。

该工法提升安全，施工便捷，能较好的保证水塔的施工安全、质量和施工工期，提高施工效率。

倒锥壳水塔以占地面积小、贮水量大、造型美观而得到广泛应用。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，施工组织难度大，使其成为施工中的难点。公司采用液压群吊提升方法施工，成功完成了3座倒锥壳水塔的施工，经过逐步总结完善，形成《超大型倒锥水箱液压提升工法》。

《超大型倒锥水箱液压提升工法》的质量控制要求如下：

一、吊装前质量控制

1.施工人员认真按照技术交底进行水箱施工。

2.检查筒体和水箱下环梁等符合要求，尤其要检查铆固点符合要求，铆固牢固。

3.水箱直径误差不得超过1/500，厚度误差不得超过1/20。

4.钢管预埋管位置应均匀准确。

5.施工人员要进行质量方面的教育，施工中要统一指挥。

6.调整水塔水箱的水平度符合要求。

二、吊装过程的质量控制

1.正式起吊前应进行试吊，试吊应停留足够的时间对各结合部位进行检查，应无问题，满足吊装要求。

2.过程起吊应随时对起吊水箱的水平度进行检查，高低差超过10毫米，应进行调整。

《超大型倒锥水箱液压提升工法》的效益分析是：

安全水塔的施工创经济效益100多万元。

减少高空作业，提高了效率，保证了安装的工程质量和施工安全。

充分利用机械施工，节约了人工和大型台班费用。

与传统的采用钢丝绳配合锁具的提升方法相比，具有同步提升效果好，成本低，便于操作等优点。

注：施工费用以2009-2010年施工材料价格计算

采用《超大型倒锥水箱液压提升工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

一、总体要求

1.按安全管理标准组织管理，由安全工程师负责监督。

2.施工现场应划出距筒身周围20米的安全警界区，严禁非施工人员入内。场区不能满足此要求时，要做好防护措施。

3.施工时，必须制定安全操作规程，安全工程师做好安全技术交底，认真的进行安全活动，并做好记录。尤其是重点部位应按要求进行检查。各工种的施工人员，必须遵守各自的安全技术操作规程。

二、水箱施工及吊装安全技术措施

1.水箱正式提升前，应先将水箱提升至离地面0.1米处，经检查合格后，方可正式提升。

2.凡参加高空作业的人员，必须经过体检合格，凡不适应高空作业的人员严禁高空作业。

3.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100毫米。

4.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，线路应用绝缘电缆，并装有触电保护器。

5.施工当中遇有五级以上大风或雷、雨天气时，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。

6.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。

7.充分做好“三宝”的利用，高空作业需带安全带的必须佩戴安全带，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。

8.提升结束后，支承环梁未达强度前不准触动锚具。

9.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。

10.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。

11.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。

12.液压及润滑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。

《超大型倒锥水箱液压提升工法》的应用实例如下：

在河北前进钢铁公司580立方米高炉工程、圣戈班（徐州）管道有限公司新建高炉工程、河北前进钢铁公司2×1080立方米高炉工程安全水塔的施工中应用此方法施工，仅用了12天时间便完成了水箱的安装，质量合格、安全高效，收到良好的效果。

《超大型倒锥水箱液压提升工法》的环保措施如下：

1.施工区域与道路间采用架子管和建设布进行隔离，现场的施工废料应及时进行清理，运载到指定的废料存放场地。

2.施工期间，应设专人监护，夜晚有警示灯标志。

3.施工工人配备工具袋，过程中需要带的小型工、机具等材料采用袋装，禁止随意放置在现场平台。

4.场内机具、材料按平面规划摆放整齐。

5.液压及润滑油应采取措施防止泄漏，随时检查滴漏情况，使用后应及时回收，禁止随意排放。

6.调试投运期间的环境保护。

7.完成施工后应及时拆除清理干净，除配合作业的人员禁止进入现场。

2009年，《超大型倒锥水箱液压提升工法》被确定为河北省省级工法。

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《超大型倒锥水箱液压提升工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。 2100433B

《超大型耐热钢焦炭塔制造组焊工法》有如下特点：

1、中国石化集团宁波工程有限公司和中国石化集团第五建设公司使用该工法制造的青岛大炼油焦炭塔（Dg9400x39440）、中海油惠州大炼油焦炭塔（Dg9800x36600）、新疆塔河焦炭塔（Dg9000x38626），属于巨大直径的焦炭塔，而1.25Cr-0.5Mo-Si 410S/1.25Cr-0.5Mo-Si材料又在中国国内首次应用于焦炭塔。1.25Cr-0.5Mo-Si相比15CrMoR强度降低而韧性提高，从而提高设备的疲劳寿命，同时釆用复合板提高了设备的耐腐蚀性能，但焊接时更容易产生延迟裂纹，同时如果坡口加工和焊接不当容易形成马氏体组织而产生裂纹。

2、该工法在工厂组焊时采用将塔体采用立式组装成大段（10米左右）、卧式组装成整体的组装工艺；环缝焊接釆用自行新开发的立式横向埋弧焊工艺和卧式埋弧自动焊工艺相结合；热处理采用了分段整体炉内热处理及环缝局部电加热热处理工艺。

3、该工法锻焊过渡段分4段（与原工法相比，直径增大分段减少）进行炉外精炼、锻压、热处理及压弯（冷弯），坡口加工后进行组对焊接和热处理，再进行机械加工和无损检测。

4、该工法对于大直径筒体进行卧式埋弧自动焊并进行良好的预后热困难，加之1.25Cr-0.5Mo-Si 410S/1.25Cr-0.5Mo-Si焊接时若工艺操作不当易产生冷裂纹或延迟裂纹和马氏体组织。该工法在原工法的基础上，釆用刚性外加固圈取代原来的内圈工字钢加米字形加固，减少了对设备本身的损伤。并对加热器进行改造，适合壳体转动时的预热，解决了壳体刚度不足、避免了转动时的冷作硬化及埋孤焊接时的预后热难题。

5、该工法在现场分片组焊时，为防止筒节变形釆用立式组对，组对在水平刚性平台上进行，并采取合理加固措施，控制了筒节和筒体的椭圆度、端面不平度、棱角等，保证了组焊质量。

6、该工法分段立式组焊在预制场内形成流水作业，充分提高了机具的周转率、人员的劳动效率，大幅降低施工成本；而且分段吊装可使用吊装能力较低的起重设备，降低机械使用成本。

7、该工法舍弃了以往在装置焦池内进行组对吊装的组焊方法，改在装置外单独设置立式分段组对的预制场地，并在焦炭塔框架与焦化炉中间站位吊车进行分段吊装，减少了由于焦炭塔组焊对其他部位施工带来的工期、安全等不利影响 。

《筒中筒结构“内滑外倒”施工工法》的工法特点是：

1、通过对原有液压滑模和倒模机具进行改进、创新，合二为一，设计一套内滑外倒施工机具，实现了内筒和外筒的同步施工。

2、利用内滑外倒施工机具，解决了因结构截面变化大常规液压滑模难以解决的施工难题。

3、利用内滑外倒施工机具，较好地解决了常规爬升模板施工时因筒体结构设置中间隔板等特殊部位难以解决的施工难题。

4、通过内滑外倒施工机具的应用及滑模和倒模两种施工工艺的组合，便于内外筒的尺寸控制。中心复测方便，能保证预埋铁件、预留孔洞的安放准确，能保证混凝土外观质量，使外表光洁平整。实现了内筒、外筒的一次性测量控制，确保了工程的质量。

5、“内滑外倒施工工艺”兼有滑模和倒模的优点，克服了各自的缺点，能更好的保证工程施工质量。