1 工程概况
屯兰矿井消防水站设计采用高37.847 m的300 m3钢筋混凝土倒锥壳水塔新建,选用全国通用给
水排水标准图集s844(4),分筒身与水箱两部分,下部筒身外径2.4 m、内径2.04 m、高29.4 m,上部水箱外径13.1 m,高8.447 m,重100 t(见图1)。
图1 水塔剖面简图(单位mm)
2 工艺原理
原计划水箱施工采用液压提升工艺:将水箱围绕筒身就地预制,按吊重1150 kN,选择80台HQ-35型千斤顶,采用倒置穿心千斤顶提升法提升就位或8台YQ-50型千斤顶,周边设24根Φ25 mm吊杆在筒顶安装钢作业平台及提升支架,将水箱提至筒身顶面标高29.4 m处,经抄平找正捍接固定于钢支架上,接着浇灌中间悬挑钢筋砼环板,将水塔上下连成整体。虽然此工艺先进,但需解决提升设备,制作钢平台、支架及液压系统等。水塔只有一个,施工完后,平台、支架等周转材料全部废弃,一次性费用过高,经过考察论证,设想在高空吊模,先施工水箱中的人孔井,利用人孔井作支承,向四周分四层呈辐射状,引吊索,提吊水箱外模结构,改预制水箱为高空现浇水箱(见图2)。
图2 水箱支模示意图
3 强度验算
3.1 采用人孔井作支承应复核作用在人孔井横截面的拉应力
1)依据:
人孔井砼强度: C 28;
弯曲拉压强度: RW= 1.65kN/cm2;
人孔井外径: d= 1040mm;
壁厚: d= 120mm;
井筒平均半径: r= 460mm;
水平计算截面面积:
Ah= 0.3468m2;
人孔井四周配筋: 16Φ12;
钢筋总面积: Ag= 18.09cm2;
井中心至外层环状钢筋半径:
rg= 0.49m;
当作用在横截面的最大拉力取水箱1/4范围
荷载时,砼采压区半角: Ψ=π/4 ;
受压区砼: A′h= 0.3468/4m2;
受压钢筋面积:
A′g= 18.09/4 = 4.52cm2;
受拉区钢筋面积:
Ag1= 3×18.06/4 = 13.57cm2;
受压砼面积重心离人孔井纵向中心轴的距
离: Y1=r×sinπ/4π/4= 0.414m;
受压区钢筋重心至人孔井纵向中心轴的距
离: Y2=rg×sinπ/4π/4= 0.441m;
受拉钢筋面积重心至人孔井纵向中心轴的距
离: Y3=rg×sinπ/4π-π/4= 0.147m。
人孔井尺寸(见图3)。
图3 人孔井尺寸(单位mm)
2)计算
复核人孔井支承强度大于人孔井底部横截面的弯矩值:
AgRgY2=Ag1×RgY3+A′hRwY1≥Mk。
截取水箱下壳施工最后1天最大工作量,水箱下壳高2.3 m,1/4范围内砼、模板及操作人员
荷载值。
S=3.14×3.252×(6.65-2.3-0.52)
=104.97;
砼重量:Q1=s/4×δ×r= 78.73kN;
模 板:
Q2= 12.86kN;
操作人员:Q3= 2.94kN;
ΣQ= 94.53kN。
荷载对人孔井顶部作用的最大水平拉应力
为:Nmax= 47.27kN(见图4)。
图4 人孔井受力简图
作用于人孔井底部横截面的弯矩值(强度设
计安全系数K=1.6):Mk= 350.18kN•m;人孔井支承强度:
AgRgY2+Ag1×RgY3+A′hRwY1
= 680.16kN•m。
3.2 计算拉杆与吊索的拉应力
1)吊索:
荷载对人孔井顶部最大水平拉应力:Nmax= 47.27kN;吊索4根Φ8可承受拉应力:F= 47.28kN> 47.27kN,满足要求;
2)拉杆为Φ28可承受拉应力:F= 144.6kN> 27.27kN,满足要求。
3.3 2条安全措施
1)对人孔井纵向钢筋由Ⅰ级钢Φ12改为Ⅱ级钢Φ16,用来抵抗1/4范围内全部模板、结构、施工荷载的拉应力;
2)为保持水箱施工的稳定性,抵抗风荷载和不对称作业所产生的倾覆力矩,由人孔井连接水箱外边缘向四周引拽绳(6根15 mm钢丝绳,分上下两层)。施工检查中,拽绳与吊索均处于松弛状态,模板纵向直杆,无任何弯曲变形,证明混凝土施工荷载对模板的侧压力,吊索对人孔井拉应力均符合计算值。
4 施工方法
先施工水箱人孔井,按图中标高分四层交叉预埋4根Φ28 mm环向钢筋,在其外侧焊直径200 mm吊环,每个吊环拴4根Φ8 mm吊索,计128根。吊索点使用3字形扣件加垫铁、套双帽,分别
吊往承托水箱下壳倒伞形外模结构的32架2-Φ50×3.5 mm纵向钢管,上下各吊4道。沿钢管等设级8道Φ25 mm同心定位水平环筋,当环筋中心通过吊索上花蓝螺栓调整到与水平塔中心保持一致的同心圆时,便与钢管焊接固定。环筋上铺38根60 mm×900 mm立椤上钉25 mm厚木模板。为防止日后水箱内贮水顺吊索向外渗水,在砼壁的中间吊索上均焊止水板一块(穿心焊接)。水箱下壳倾角45°斜长6.97 m,分3天施工,防止一次浇灌过高,造成下坠。混凝土C 30应使用R525高强水泥,塌落度<50 mm,搅拌时间≥3 min。经检测1天混凝土平均强度可达10.5MPa,能支承自身结构重量。施工中采用对称分层均匀环向浇灌,每层高度不大于300 mm,分两次下灰捣固。不支内模,浇灌后用插入式振捣器振实,然后由抹灰工上下拉线,将表面搓平压实。水柜所采用Ⅰ级钢筋按施工规范要求绑扎搭接够长度,末端均须带弯钩。为了减少高空作业将模板事先在地面放大样(见图5),加工成装配式大模板,垂直起吊后直接装配铺放,减少了高空作业量。
图5 节点大样图
5 结 语
高空吊模现浇钢筋混凝土水箱与地面预制钢筋混凝土水箱液压提升工艺相比,虽然不太先进,但施工工期相差不多,且高空吊模只需加工4×4=16根Φ28拉杆和一部分铁件,较液压提升工艺要经济得多,且吊模质量也较容易控制,只要定位环位置安装正确,水箱便不会产生偏移和变形。施工后实测,中心偏差最大不超过15 mm,符合设计要求。同时,水箱底部环板改为整体浇后,提高了箱底板防水能力。
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