边柱倒装法在混凝土成品骨料罐施工中的运用分析.pdf

水利水 电施工 2 0 1 1第 4期 总第 1 2 7期 边柱倒装法在混凝土成品骨料罐施工中的运用分析 露陈临泉 王建华 ( 中国水利水电第三工程局有限公司) 【 摘要】 本文结合笔者多年在混凝土生产系统安装运行中从事钢结构施工的实践，对 国内水电工程 中混凝土 生产系 统成品骨料罐的施工工艺和方法的工艺优化进行了分析，重点介绍了采用边柱倒装法来进行钢制骨料储 罐安装施工的具体操作以及其中所采用的新工艺、新设备情况，以期在同类施工中提供借鉴和参考。 【 关键词】 混凝土生产系统边柱倒装法钢制骨料罐技术优势 1 混凝土成 品骨料储罐储料工艺演变过程 在传统 的水 电工 地 ，混凝 土生产 附属 系统 的成 品骨 料基本用料堆 自由堆存 ，成 品骨 料堆场 占地 大，料 仓有 效容积低 ，对 于单廊道的料堆场，其有效活容积不足 5 O ，在高峰强度混凝 土浇 筑期 间 ，往往 需专 门配备 装 载机 以满足生产需 要 。另外 ，由于施 工场地 和平 面布置 的限制 ，不允许将 成品 骨料 自由堆 存 ，因此 ，因地制 宜 便 出现了采用混凝 土骨料罐装 的储 料工艺 。该 工艺 可 以 达到 8 5 以上的有效活容积，从而满足高峰强度用量， 保证系统骨料 供应 。该工艺 曾成功 运用在 国 内多个大 型 水电施工项 目的混凝 土生产 系统等设 计及施 工 中。如 云 南景洪水电站左 岸混凝 土生产 系统和长 江三峡右 岸高 程 1 5 0 m混凝土生产系统 均采用此种储料工艺。 从储料改进实施 实例可见，混凝土骨料罐虽然解决 了 死料以及布局要求的问题 ，但 由于多数采取的是钢筋混凝 土结构 ，成本投入大 ，施工周期长 ，既不经济也不便于施 工。另外完成生产任 务后无法拆 除至其他工 地重复使用 ， 只能在地貌恢复过程中毁掉 ，从而再次加大投入 ，产生诸 多成本问题 。因此 ，近年来部分工地又通过工艺改进 ，采 用 了钢制成品骨料存储罐 ，并得到广泛运用 。如大 岗山水 电站高线混凝土 系统 、向家坝水 电站高程 3 3 0 m混凝土生 产 系统成品料的储存均采用钢结构骨料罐 。 采取钢储料 罐工艺 的优 点是在 系统使 用完 毕后 ，罐 壁可拆 除再次 利用或作 为他用 。但 由于具 体安 装施工 工 艺 的不同 ，施工工期和成本优 势差异较大 。 2 钢制骨料存储罐常规施工安装工艺情况 目前在大部分工 地上 ，储 罐施工 过程 中均采 取正装 4 6 法施工，即多层罐壁一层一层叠加安装至顶部。其安装 施工有如 下缺点 ： ( 1 )对起 重设备要求较高 ，要求有较大 的起重量 。 ( 2 )机械设备投入大 ，一带板 一带板 吊装就位 ，使用 台班过多，设备占用率过高，导致设备利用率极低。 ( 3 )需要大量脚手架或三角形马道板支撑架，安装或 者焊接完毕后还需将其拆 除 ，辅助施工成本投入较大 。 ( 4 )随着罐体的逐层升高，高空作业增多，安全施工 难度加大 。 3 钢 制骨料储罐倒装法施工安装 工艺介绍 和分析 根据上述常规施 工安装 工艺 的缺点 ，为减 少设备 及 资源投人 、节约成 本 ，提高 施工进 度 和效 率，通 过钢 储 料罐安装的工程实 践 ，又产生 了边柱 倒装 施工方法 。笔 者根据多年从 事钢 结构施 工 的经验 总结 ，认为 ：对 于大 型钢制骨料储 罐采 用倒装 施工 工艺 ，具有 工艺 简单 、占 地少、安全、施工成本低、施工进度快和效率高等诸多 优点，是一种用小型吊装机具实现大型储罐安装的施工 技术 ，也是水 电项 目混凝土 生产系 统骨料 储罐 因受限 于 场地制约 而最适宜采取的最佳施工工艺 。 现以某水电站混凝土生产系统成品骨料存储罐施工 为例 ，对边柱倒装 法安装 工艺 、施工 工序及 所用 机具简 要阐述如下 。 3 1 工 艺概述 该水电站混凝土生产系统 由于地势原因 ，以及整体布 局 的局限性，采取 了用 钢制储罐 进行 成 品骨料 的存储工 艺，该工艺可以达到8 5 以上的有效活容积，从而满足高 峰强度用量 ，保证系统 骨料供应 。成 品骨 料储罐共 6座 ， 单个罐体设计本体高 1 8 m，直径 1 2 m，由1 O层环板拼装而 成 ；储 罐承压底环板 ，环宽 0 3 m，钢板厚 度 2 0 ram，罐 壁 外部设 有加 固肋圈 ；单个储罐重 约 0 0 t ，总重量达 6 0 0 t 左 右 。为了保证工期 ，储罐安装采用边柱倒装 法施 工 ，即罐 体壁板采用群拔杆提升倒装的施工方法 ，施工 中在罐 身底 部按圆周均布 1 2个高 3 5 m 的 工2 5 a 工字钢作为提升罐 体 拔杆 ( 见图 1 ) ，每个拔杆顶部配备一 台 1 5 t 手拉 葫芦 ，用 拔杆提升罐体 ，逐层倒装直至罐体最后完成。 图 1 倒装 法环板及拔杆 预埋钢 板平面布置示意图 3 2 施工工艺参数计算 在进行倒装之前，需结合设计图纸进行罐体单体计 算 重量 、手拉葫芦数量 、拔杆强度及稳定性等参数计算 。 ( 1 ) 计 算钢制储罐 的单体计算 重量 G G G K1 K2 K3 式中G 一骨料罐单体理论重量 ； K 起升 过 程 中产 生 的起 升惯 性 ，称 动 载 荷 系 数 ，一般取值 1 1 ； Kz 不 均衡 载 荷 系数 ，由多 分 支 ( 多 台起 重设 备 、多套滑轮组 )共 同抬吊一个重 物时 ，由 于不 同 步所 产 生 的 载荷 ，一 般 取 值 1 1 1 2 ，本案例取 值 1 1 5 ； K。 风 载 荷 系 数 ，取 值 范 围 1 1 5 ，本 案 例 取 1 2 5 。 根据上述参数确定本案例混凝土生产系统钢骨料储 罐单个 罐体计算 重量为 G一1 5 8 1 2 5 t 。 ( 2 )根据 G 确定罐 内壁侧手拉葫芦数 量 N 并进 行圆 整 ，同步确定拔 杆和预埋 钢板 数量 、位 置 N G Q 式中( 卜手拉葫芦的额定起重量 ( 考虑提升 的对 角调 整 ，一般采用偶数) 。 本案例中 Q一1 5 t ，计算可得 N一1 0 5 4 1 2( 个) 。 ( 3 )拔杆型号和 高度 H 确 定 。一般 采取 试算法 并校 验强度 、刚 度 。拔 杆高 度 在满 足 偏心 压 杆稳 定 情 况 下 ， 一 般建议设置高度为 2 倍 的板高 。 本 案 例 中，初 设 定 拔 杆 为 工 字 钢 工 2 5 a ， H 一 3 5 0 0 mm，偏 心距 L一3 0 0 m m，界 面无 削弱 。经查 “ 热轧 普通工字钢截面特性表”得 ： 截面积 A一5 3 5 0 m m 混凝土工程 抵抗矩 W 一4 2 2 7 1 0 mY I 。 回转半径 r y 一2 4 m m 材质为 Q 2 3 5 A， 经查 “ 型钢强度值表”得 ：2 3 5 MP a 偏心弯矩 一4 5 1 0 N - m l ff l ( 4 )强度验算 ： 因为 Q A一2 8 N ram O 1 d 一2 3 5 N I 1 1 I 1 1 所 以 一 ( Q A)+ o 9( w ) 一 1 2 3 8 5 N mm 2 3 5 N ram2 ，强度满足要求 。 ( 5 )刚度验算 ： 对于工字钢长轴腹板方 向，H-3 5 0 0 r n m，r y 一2 4 mm； 经查 “ 实腹式偏心受压杆件稳定系数表”得 一1 5 0 。 A 一H r 一1 4 5 8 一 - 1 5 0 ，所 选截 面及工 字钢 高 度均安全 。 3 3 罐底环板安装、灌浆 承压底 环板预埋 施工 过 程 中，将 提升拔 杆 的基础 预 埋板与承压底环 板永 久焊 接在 一起 ，一 并找平 ，经检 验 合格方进行二次 混凝土 浇筑 施工 。待 养护满 足强 度后 即 可进行拔杆安装施工 。 3 4 安装拔杆及拔杆支撑网架和胀圈 在围板前 ，先将 1 2 根提升拔杆 沿壁板 内弧均匀 布置 并确保垂直 ，并在相 邻 拔杆 顶部 间用型 钢焊 起来 。为 了 安全起见和避免 拔杆失 稳 ，可在 每根 立柱 中 间高度位 置 加角钢斜撑 。随后 在提 升拔 杆顶 端 吊耳 处挂 好倒链 。再 由测量工配合 ，沿 承压环板 上 的参考 罐壁 内径 圆弧线 上 每隔 l m远点焊一个定位角铁 。 胀圈的制 作 采用 槽 钢 E 2 0 a制 作成 四段 圆弧 ( R一 6 m) ；胀圈安装 时 ，距壁 板下 端 的距离 为 4 0 0 3 0 0 m m， 胀圈与 吊耳节点 图、胀圈与门形板节点见图 2 。门形板应 焊在壁板上 ，数量 与拔 杆一 致 。相邻 两 段胀 圈 间，用 千 斤顶顶 紧后 ，再用传力龙 门板 固定 。 3 5 第一层 ( N)壁板安装 壁板制作安装 施工 程序 ：倒 装第 一层 壁板安 装一 焊 缝检查一按顺序倒装其他壁板( 含加强圈制作 安装 ) 一罐 底环板与底圈壁板焊接。 在 围第一层 壁板前 ，根据 施工 图将 预制板 按 编号顺 序从 O 。 顺 时针 布置 围板 ，并使 其 紧靠 底板 上 的参 考 圆 。 围板 时应放 出焊 接的收缩量 ，每道焊 缝约 留出 2 3 mm， 围好后 ，先将竖焊 缝点 焊 固定 ，留有一 道 活 口，最 后用 倒链拉 紧至紧贴在定 位胀 圈或 定位 三角铁 上 ，待 检查椭 圆度、垂直度 、周长 符合要 求 后 ，切 去最 后一 道 活 口多 余 部分 ，对 口、点焊 、焊接 ，第一层罐壁施工见图 2 。 罐壁板纵向对接 口用 内样 板 或外样 板检 查 ( 见 图 3 、 图 4 ) 。每 块样 板 宽度 不 应 小 于 2 5 0 m m，长 度 不 应 小 于 4 0 0 mm。罐壁板层与层间纵 向焊缝宜 向同方 向错 开板 长的 三分之一 ，且不 应小 于 5 0 0 m m。焊接 时 为 了减少 钢板 变 形，应采取分段 退焊法 ，每层焊缝 的接头处应错开 5 0 mm 以上，焊缝上端应 留有预留外 部加强圈 的焊缝位置 ，待加 强圈安装好后再焊接 ，焊完后测量罐体 的几何尺寸 。 4 7 誉 水 利 水电 施 工 2 0 1 1 第4 期 总 第1 2 7 期 自制吊耳 图 2 钢制储罐边柱倒装 法第一层施 工示意 图 图 3 内外样板尺施工细部 大样 图 图 4 楔铁 、卡具施工示意图 3 6 第一层形位 尺寸检 测及检 测基 准的设 置 第一壁板组装完 焊好 后 ，将进 行加强 圈 的安 装 ，加 强圈安装之前应复查 圆弧度、水平度，如有变形应予以 校正后方可组装。焊接时应由数名焊工保持对称并同一 方 向施焊，先焊加 强圈对 接缝 ，后 焊环 缝。组装 每层壁 板时在前一壁板吊起之前，把预置好的胀圈拼装在其内 部壁板上 ，用千斤顶将胀圈 紧 紧 地 贴在 壁板上后再进行 48 壁板起 吊。吊起约 5 0 0 m m后将提前 准备 的钢支墩放置 在 基准 圆位置上与基础 点焊牢 固 ，并 将环板 基准 圆投影 在 支墩顶部 ，作为其 他各层 的基 准。随后落 下 已吊起 的第 一 层壁板 ，并在 0 。 、9 0 。 、1 8 0 。 、2 7 0 。 四个 方 位点位 置悬 挂垂球并投影至基础上 ，作 为以后 各层提升前 的基准点 ， 其 目的是为了准 确判断 同步提升过 程 中存 在 的偏 斜和 中 心点的漂移。钢制支墩的作用：为了各层壁板对 口、 焊接 、调整 、倒拔等施工 时人 员 出入 便利 ； 便 于电缆 线、钳顺利穿入，以及其他施工物资的出入。 3 7 第二层( 、 r +1 )壁板安装 第二层壁板 围在 第一层 壁板 的外 面，同样将竖 焊缝 点焊固定 ，留一道 收 口的活 口，然后 在第一 层壁板 的适 当位置焊上 吊耳 ，提 升拔杆上倒 链 吊挂在 吊耳上用倒 链 将第一层壁板提起 ( 1 2 个手动倒链应 同时同步起 吊) ，起 到稍高于第二层壁 板 的高度为止 ，收第二 层壁板 ，切 去 多余部分 ，对 口、点焊 、焊接 。详见图 5 。 3 8 第三层 ( N+2 )及其他各层壁板安装 焊完第二层后 即可围第三圈壁板 ，将第一层壁板起 ， 自制吊耳 l 一 槽钢胀圈 手拉葫芦 耄 第层壁板 一 门形板 _ 、 lf 环焊缝或链接角目 8 I I 楔铁卡 环 焊 缝 或 链 接 角 钢 第 +1 层 壁板 定 位 角 铁 及 楔 铁 - 壁堡 童堕 l E j 毫 孥 擎 萼 囔 最 4 。 ? 蛩 图 5 钢制储罐边柱倒装 法第 N+1层施工示意图 图 6 钢制储罐 边柱倒装法第 N+2层施工示意图 吊耳移 到第二层壁板 的高度 ，再用 倒链提 吊第二层 壁板 ， 将第二层壁板起 吊高 于第 三圈壁 板 的高度 ，收 紧第三 圈 壁板 ，切去 多 余部 分 。对 口点 焊 即焊 接其 他 带板 安 装 ， 可按 同样方法进行 ，具体详见 图 6 。另外各层壁板检测 形 位尺寸无误 ，即 可将壁 板外 层加 强 圈安装 焊接 好 ，并 在 倒拔之前完成罐 壁外 部 的除锈刷 漆 ，以免壁 板倒 拔上 去 后不方便上述施工 。 另外倒装法安装最后一壁板时 留一 活板 ，作 为安 装底 板及附件等 的通道 ，活板两端 的环缝应 留 3 0 0 5 0 0 ra m 暂 不焊 ，当内部工作全部结束清 扫完 毕后 ，堵 上封 门板 ，并 将余下 的焊缝 焊完 。焊 接焊 缝 时，先 外侧 ，然 后 内侧 清 根 、焊接 。环焊缝应采取对称焊 ，焊工应均匀分 布 ，沿同 一 方向施焊。焊接底板与罐壁的角形焊缝时，边缘板与罐 壁之间应用角钢钢性 固定 ，以防止翘 曲变形 。在各层施 工 前 ，事先将各板 除锈 刷漆工 作做 好 ，待 焊接 完 毕后 进行 补漆和面漆涂刷 工作 。随后 在所 有工作 全 部结束 后 ，将 倒拔 吊装工具 、卡具拆除并进行相应的工艺修正 。 3 9 承 载试 验 ( 1 )罐 体 在安 装结 束 后 需 要 进 行 承 载 测 试 ，保 持 4 8 h ，壁板所 有焊缝无 开裂 ，无异 常变形 为合 格。 ( 2 )自承载试验开始到保持最高料位 4 8 h 期间，严密 监测基础沉降的变化，如实填写观测记录。 ( 3 )一般 在 0 、1 2设计 最 高料位 、3 4设 计 最高 料 位 、设计最高料位 4 8 h后 ，分 阶段对 罐基础沉降进行 观测 并记录。所有测点 的沉降量必须得到设计 的评估 ，并符合 设计要求 。基础沉降基本稳定后 ，方可进行长期使用。 3 1 0 储 罐 的拆 除及 优 点 成品骨料罐 的拆 除其 实 就是倒 装法 的逆 操作 ，先将 罐 内清空 ，找到拔杆 预埋 钢板 ，将拔 杆 立起 ，将 胀 圈安 装在第二层的 4 0 0 ram位置 ，随后提升 。等各手拉 葫芦承 载后 ，割开地板 与 壁 板 的 焊缝 ，逐 层 拆 除 ，逐 层 下 落 ， 该拆除方法也同样有边柱倒装法安装的各优点 。 3 1 1 施 工安 全措 施 考虑到风载荷 的影 响，储罐 在施 工时将 采 用缆 风绳 混凝 土工程 进行加 固，以预 防在 罐体起 吊及 围板 时 由于大 风发生 的 危险 。随着罐体的升 高 ，缆 风绳 随之 加 长 ，保证 施工 安 全 。如风力超过 6级 ，安装工作将停止施工 。 4 边柱倒装法施工工艺推广的技术优势 综上所述 ，钢制 圆形骨 料储 罐边 柱倒装 法施 工工 艺 及技术 的优势如下 ： ( 1 ) 工效高，管理方便。作业面高度始终为每带板的 高度 ，因此可减少大 型 吊装 机械 使用 量 。而且 ，利用 罐 底基圆与胀圈容易保证罐体垂直度与椭圆度指标的控制， 工效提高了3 O 。 ( 2 )投人人员量少 ，易于管理 。由于倒装罐和正装 罐 的施工理念不 同，地 面作业 取消 了正 装罐外 部搭 设脚 手 架及安装高空作 业安全 设施 的工 作 ，从而减 少 了辅助 工 作所需的劳动力 。 ( 3 )安全系数高 。由于选用高承载量 、多支拔杆组 成 的提升装置 ，避免 了高 空作业 ，员工 的作业 难度 及施 工 风险大为降低，削减 了大量的风险冈素。同时高空吊装 量大为减少 ，确保职工和施工的安全。 ( 4 )施工速度快 ，工序衔 接紧凑 ，工 期短，质量 易于 保证 。 ( 5 )地面作业质量容易保证 ，焊接质量高。通过控 制 罐体焊接 ，确保 了焊缝内部质量及 外部 的成 型美观 。 5 结束语 近年来 随着 液 压 同步 顶 升设 备及 提 升机 构 的 出现 ， 储罐倒装法工艺也 更加 成 熟 、安 全、可靠 ，其 技术 是 采 用先进的液压缸 取代 了传统 的手拉 葫芦 在罐 内均 布 ，从 而使得每个 液压 缸提 升重量 平稳 、均匀 ，整 个提 升系 统 可调节 提升力 ，即提 升 、下 降均 通过 溢流 调压 。该 施 工 方法和工艺的应用 ，将有 效地 提高骨料 储罐 的安 装进度 、 缩短工期 ，减少设备 投入 ，节 约成本 。 4 9