预应力工艺提升钢筋砼倒锥形水塔水柜工法

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1、适用范围
    本工法适用于不同高度、不同类型倒锥形水塔水柜的就位安装。
    2、工艺原理
先对水塔筒身的原国标图集的基础上进行修改，即把筒身从水柜去承环梁向上部分改成和下部一样，并在筒顶上浇出一个突出筒身长度为200mm、厚度为150mm的一圈钢筋砼挑板（挑板中留孔穿钢绞线），以形成一个提升平台。在施工完毕的水塔筒身平台上安放一承压钢圈，钢圈上安放锚具及穿心式千斤顶，钢绞线穿过千斤顶及上下锚具并穿过水柜下环梁通过锚具固定，见后图示。千斤顶加压，活塞带动锚具1向上顶升，此时锚具1锁紧钢绞线，锚具3松开，带动水柜6向上提升。当千斤顶回油活塞向下时，锚具3锁紧钢绞线，锚具1松开，一同跟千斤顶活塞向下回落。这样千斤不断往复运动，使上下锚具交替打开、锁紧网绞线，钢绞线带支水柜不断上升直至完成全部提升工作。

    3、工艺流程
 安装平台上的承压钢圈，钢圈上安锚环   →

    穿钢绞线并随即用夹片锁紧钢绞线，拉紧钢绞线固定水柜下锚具  →

    安千斤顶，套千斤顶上锚具  →  安电动油泵与千斤顶接通油路

    接通电源并关闭油泵针形阀  →  液压油泵试工作，检查油泵是否正常

    油泵正式工作、千斤顶进油，千斤顶活塞顶升锚具带动水柜上升  →

    行程结束，油泵回油，千斤顶活塞下降，下锁具同时锁紧钢绞线

    千斤顶上锚具松开，并随之下降  →  重复提升过程直至水柜到设计标高

    在千斤顶上部切断钢绞线，卸下千斤顶及上锚具、油泵  →

    水柜下支承环梁浇筑混凝土并达设计强度  →

    水柜下环梁上部切断钢绞线，卸下承压钢圈及锚具

    4、材料性能及机具配套
4.1水柜提升材料设备表如下：

表1    水柜提升材料设备表
名   称 规格型号 数量 备    注
千斤顶 YC60A穿心液压式 10台 其中备用5台
电动油泵 ZB4-500S 10台 其中备用5台
锚    具 QM15-4 20只 其中搭顶平台10只，水柜下环梁处5只，其余备用5只
钢 绞 线 Φ15  根据下文中公式计算而得
卷 扬 机 0.5T 1台 主要用于提升和拆除作业时物件垂直运输
塔顶承压钢圈 自制 1套 采用10~12mm钢板焊成宽200mm、高250mm圆形工字钢架

    4.2钢绞线：所用钢绞线必须符合GB/T5224-95规范Φj15，其公称截面积为139mm2，，强度级别为1570N/mm2，1根钢绞线允许抗拉力为140KN，所需根数：
N = P/140×K，其中P = （P1+P2+P3）?β,式中提升均载系数,取P2为水柜内外粉刷层重,P3为施工荷载, β为提升均载系数,取值为1.15，a为提升动力系数，取值为1.3。K为安全系数，取值为8。一般200T以下的水柜采用4股Φj15钢绞线编成一个提升组。
    钢绞线下料长度L =L1+L2+L3+L4+L5，式中L1为筒身平台标高到水柜下环梁底标高，L2为水柜下环梁吊点处锚垫板厚+锚板厚，L3为水塔平台下钢环梁高+锚板厚，L4为千斤顶长度+千斤顶锚板厚，L5为端预留长度，每端计200mm。
    4.3水柜下环梁锚具：采用QM15 - 4型锚具。
    4.4水塔顶承压钢圈及锚具：水塔为保持平台均匀受力，在平台上设置一承压钢圈，钢圈采用钢板焊接制作而成，钢圈宽为200mm，高为250mm，采用10~12mm厚钢板焊成圆形工字钢架。水荷塔顶承压钢圈上的锚具采用QM15-4型锚具。
    4.5千斤顶：采用YC60A穿心工液压千斤顶，额定压力40MPa，张拉力600KN，张拉行程200mm，穿心孔直径为55mm。
    4.6电动油泵：每个千斤顶配一台ZB4-500S电动油泵，额定压力为50MPa，大于YC60A千斤顶的额定压力。
    5、施工要点
    5.1水柜提升前应完成的工作：
    5.1.1塔身、水柜混凝土强度等符合设计要求。
    5.1.2筒身平台上等距离预留5个Φ80孔洞，其位置与水柜下梁预埋Φ50钢管相对应，平台孔、预埋钢管和锚垫板3孔应在同一中心垂线上。
    5.1.3平台用1:2水泥砂浆抹平，四周安钢栏杆，筒身内设爬，平台中间满铺不小于30mm厚的木板。
    5.1.4塔身四周弹出4~6条标高线，并用红漆标出明显标高尺寸，以便提升时随时观察水柜的水平度。
    5.2构造要求
5.2.1提升吊点数确定
    该方法千斤顶用量少，为避免因某一提升设备发生故障而更换时，该吊占失去作用而造成水柜在空中失控，确定吊点数为5点。若吊点及使用设备过多，提升过程中很难保证同步上升。
5.2.2水柜下环梁吊点构造
    水柜下环梁受5个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。为使吊点外混凝土受力均匀，该处增加一块与下环梁中预埋Φ50钢管相焊接的承压钢板。
5.2.3水柜下环梁吊点锚垫板构造
吊点和钢绞线总根数确定后，即可确定每个吊点的钢绞线根数。选用QM15-4锚具，该锚具用于预应力结构时由锚垫板和锚板配套；但用于提升系统及水柜下环梁时无法埋设锚垫板，故制作一方形铁盒式锚垫板，以解决此矛盾。该锚垫板（即承压垫）可预先焊在水柜下环梁下的承压钢垫板上。
    5.2.4水塔筒顶平台的构造要求
    水塔筒身平台的标高一般比水柜上环梁标高低700mm左右，即提升过程中水柜的上环梁通过水塔筒身平台。在修改筒身平台设计时，应使平台外径和上环梁内径间保持100mm的空隙。
    5.3操作注意事项
    5.3.1承压钢圈时须注意接触面严密，高低不平处须用铁片垫平。
    5.3.2钢绞线切断处须用铁丝扎紧，穿线时应从塔身平台上缓慢下穿。
    5.3.3水柜下环梁的吊点锚具锁紧前，每根钢绞线应基本拉紧到同一程度，夹片完全夹紧。
    5.3.4平台上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。
    5.3.5提升时发现千斤顶不同步或钢绞线有松动时应及时调整进油量控制千斤顶升差。
    5.3.6第一次提升时，以水柜离支点50mm时停止12h，以观察此阶段是否有异常现象。
    5.3.7提升过程中，须随时察看水柜的水平度，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。并用木楔把水柜下环梁与筒身之间空隙楔紧，水柜上环梁用钢支撑固定。
    5.3.8为使5台油泵同步工作，每个千斤顶旁固定一根标尺，在千斤顶活塞顶上设一指针对准标尺。活塞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。活塞控制行程高度安装一限位开关，与高压油泵电源开关连接，当千斤顶活塞行至规定高度时，电源自动切断，停止供油，活塞停止工作，使5个千斤保持同步工作。
    6、质量标准
    要求水柜安装就位后水柜下环梁底标高与设计标高误差控制在20mm内，水柜中心线重合误差≤15mm，水柜无倾斜、无变形、无裂缝。
    7、劳动组织
    采用本工法进行水柜的提升，要求操作人员应熟悉预应力张拉工艺和施工方法，一个提升班组一般配备5人，其中3人在塔顶作业，1人在地面警戒指挥，还有1名电工配合进行。
    8、施工进度
    采用本工法进行水塔的提升，一般用时5d，其中提升设备组装1d，水柜提升2d，水柜就位固定、拆除提升设备1d。
    9、安全措施
    9.1穿、拆钢绞线时，钢绞线头必须固定在平台上，以防钢绞线下落伤人。
    9.2水柜四周10m范围内为安全区，提升时禁止入内。
    9.3提升结束后，支承环梁未达强度前不准触动锚具。
    9.4风力大于6级时停止提升工作。
    9.5提升前在塔顶用钢管搭设防护围栏，钢管通过焊接固定于塔顶承压钢圈上，围栏高度不小于2m，立面张设细眼安全网，安全网内彩条布封闭（留一300?00探望孔），以防风防雨；塔顶承压钢圈上就满铺厚度不小于30mm的木板（板上留400?00上人孔，上人孔在作业时盖板封闭）。
    9.6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，如有物需要传到地面，需用吊绳或卷扬机吊下。
    9.7垂直运输所用的塔顶挂葫芦支架不得支承于提升所用的承压钢圈上，该支架应通过在塔顶砼结构中预埋的短钢管单独搭设。
    9.8水柜提升就位后要尽快进行固定，托底钢牛腿事先拼制成型，待水柜达设计标高后将牛腿与水塔筒身内的预埋件固定，同时从地面向上搭设脚手架，以便水柜底环托梁的施工顺利开展。