时间：2013年11月23日 分类：推荐论文 次数：
摘 要：通过归纳不同条件下水塔工程的施工经验，总结出各种条件下倒锥型水箱水塔的施工方案，通过对安全、工期、成本等各种因素的综合分析，对不同条件下的水塔施工方案进行了对比分析与总结，为今后施工倒锥型水箱的水塔施工提供借鉴意义。
关键词：机械科技评职论文,核心期刊,水塔,倒锥形水箱,钢绞线,桁架
一、前言
随着城市供水系统与各种应急措施的不断完善，高位水塔在民用供水中的作用越来越少，但在一些工业生产中，为确保安全生产，应急各种事故，依然布置一些高位水塔。
在我国高位水塔的水箱外形主要成25°、30°、45°等各种不同倾斜角度的倒锥形水箱，整个水箱坐落在水塔直筒顶端，水箱外侧设计有各种不同的彩色图案，具有占地面积小，外形美观等特点，如图1所示。目前滑膜施工工艺在烟囱筒身等圆筒构筑物施工中的工艺已经很成熟，而水塔的高度一般在60M以下，筒身直径一般在4M以内的水塔居多，在水塔施工方案选择讨论过程中主要围绕的是水箱浇注、提升与落位方案的选择，而不是筒身施工方案的选择。
下面就水塔筒身施工做一简单的介绍，同时重点对各种不同施工环境条件下的水塔倒锥形水箱的施工方法作一归纳与总结。
二、现场条件分析
1、不同的设计特点
倒锥形水箱的水塔筒身一般呈直筒结构，水箱坐落在筒身上部的环板上，但为了增加结构稳定性与外观审美效果，有的水塔筒身呈下大上小的收分结构，不同筒身结构形式直接影响到水塔水箱的落位安装方法，简而言之，直筒式筒身结构的水箱既可以采取先在地面预制成型，然后再提升到位后安装，也可以直接在高空支模现浇成型，而对于一些筒身存在收分或异型结构的水塔水箱只能选择在高空支模现浇成型。
2、不同的现场施工平面条件
倒锥形水箱结构的水塔筒身直径一般在4m以内，占地面积小的特点，但水箱的投影面积较大，在选择水箱地面预制成型过程中，施工平面的大小、平面内的土质状况直接与水箱浇注时的支模方式密切相关。
3、不同的当地资源状况及成本因素
在当地钢管租赁市场不理想、劳动力不足的状况下，就不易选用搭设满堂脚手架的方式支设水箱模板，在同个项目中依次承建多座水塔时，需要选择方案用料能够多次周转且能快速安装于拆除的方案等。
三、水塔筒身段施工
水塔筒身一般采用滑膜工艺，以下是某一水箱300m³的水塔滑膜设备系统作一简单介绍：滑模系统一般由中心轴、操作平台、提升架、天架、液压系统、卷扬机上料系统等组成，其中操作平台采用刚性平台，中心为直径200×长2500中空钢管，与提升架用8榀辐射钢桁架连接，提升架外附三角架、下挂吊篮、内挂施工吊篮及液压操作系统平台。内外模板分别使用1.2×0.2m及1.0×0.2m定型模板，模板锥度0.3%，如图2所示，模板由8#槽钢内外围圈4道护着，上料由天架通过卷扬机绳吊料。按装具体是以中心支柱为中心，装上辐射钢桁架，盖上钢桁架主板踏板，装上内围圈、模板、外围圈、外环内环梁，再主装门架，用模梁与中心支柱螺丝连接装上外挑梁三角架和盖板，在上模梁组装天架主副撑和吊料天架、吊料主轴和六个滑轮，最后装上外围护栏。经荷载计算，均匀布置8个千斤顶(GYD-35)，液压控制箱放在操作平台下部，用高压胶管连接各个千斤顶，并使各组油管长度一致，每个千斤顶安一个针阀，见图3。
四、各种条件下的水箱施工方法
1、水箱地面成型，整体吊装落位方法
1.1水箱地面成型模板支设方法小结
根据施工平面条件，结合成本控制等综合情况，水箱的支模方法一般有以下两种方法：
方法一是搭设满堂架的方式：即先硬化水塔施工区域的地面，然后搭设满堂脚手架作为水箱施工过程中模板支设的支撑系统，见图4。该种施工工艺只需采用一般建筑钢管，对建筑辅材品种要求不高等优点，但存在以下弊端：施工前水箱投影所在地面须硬化，同时在一些关键支撑点需要浇注成混凝土墩子，钢管量大，钢管脚手架搭设过程钢管需要切割成不同长短的型号，钢管损耗大，脚手架搭设所需的劳动力多。
方法二采用桁架式支撑结构，主要是在水箱施工前，先根据倒锥型水箱下锥壳的倾斜角度制作一定数量的简易桁架、水箱承重支撑结构、可调试斜拉杆等构件，当水塔筒身施工完后，把已经制作好的桁架、支撑结构及拉杆与焊接在水塔直筒上的埋件进行连接固定，整体平稳后即可开始水箱下锥壳模板的铺设与加固工作，见图5。该方法具有以下优点：
(1)对施工平面要求低：该方法采用的悬挑支撑结构，对施工区域平面要求低，在工期紧张的时候，水箱施工与进入水塔的外管网施工可以同步进行，有利于总工期的安排;
(2)方法易于掌握：该方法中提到的桁架制作、承重支撑结构等构件结构上非常简单，选择合适的角钢即可下料制作，制作过程只需进行简单的切割与焊接;安装过程主要采用螺栓连接，操作简单;
(3)劳动强度低：整个模板支撑系统主要采用组合式结构，在施工前准备好即可，桁架数量不多，单片重量轻，主要采用螺栓连接，与满堂脚手架施工相比在劳动强度明显降低。
(4)经济效益：该方法施工模板支撑结构速度快，节省工期，同时支撑结构可以按水箱下锥壳角度不同，制作成标准系列化构件，易于周转使用。
(5)安全可靠：结合倒锥型水箱结构特点，水箱重量主要作用在下环梁上，通过在水箱下环梁底部布置支撑系统，同时桁架之间通过钢筋连接成一整体，整个水箱施工过程结构稳定，安全可靠。
1.2水箱提升安装过程小结
目前水箱提升方法大致有3种：千斤顶提升法、卷扬机提升法和倒置穿心千斤顶提升法，目前一般采用千斤顶提升法，该提升方法技术成熟，设备(包括钢绞线)周转率高。现把工作原理、系统组成、如下：
(1)原理：利用千斤顶连接油路后，将支架上钢圈顶升，带动钢绞线上升，使水箱提升。
(2)优缺点:优点：操作平稳、安全可靠，便于施工，吊杆应力及同步提升容易控制，水箱到达设计标高后上下调整方便容易，提升过程中可随时中断，不受影响，周转率高，缺点：提升较长，一次性投资成本高。
(3)提升系统组成：提升结构由上环梁、下环梁、千斤顶、提升支架等组成，其中上环梁可随千斤顶柱塞起落，下环梁是与支架连接的支架环梁，支架与水塔支筒相连。
(4)吊杆系统由钢绞线(直径18mm，长45m，共24根)、工具猫、工作锚。钢绞线布置与连接，见图7、8。
(5)千斤顶数量核算
倒锥壳水柜围着水塔筒省=身在地面预制好后，由电动油泵、分离式油压千斤顶和钢绞线机具提升水柜。千斤顶台数n按下式计算。
nP≥N+G
式中n——千斤顶最少数量(台)
N——水柜重量，t
G——吊杆及施工机具重量，t
P——千斤顶允许承载力，t
一般300m3水塔水柜重量约N=130T，钢绞线施工机具重量约5t，FQ50-Y千斤顶额定起重量为50t，安全系数取2，允许承载力为25t，由上式求的
n≥4.14，采用6台，整个水柜提升系统见图9
(6)提升系统介绍
提升液压系统：提升水柜所使用的“电动油泵站”和“分离式油压千斤顶”与滑膜施工使用“液压控制装置”和“爬杆式千斤顶”有所不同。
千斤顶座：千斤顶座安装在上平台与下平台之间，共设置六个千斤顶座。千斤顶座成“凹”字型，千斤顶放置在“凹”口内，千斤顶不工作时，上平台降落在千斤顶座上。当千斤顶发生故障时，能方便地撤换千斤顶。
(7)水柜提升工作原理
提升机具在安装时先将锚具锚着钢绞线，水柜重量传递如下：水柜重量、钢绞线、锚具、千斤顶座、下平台、水塔筒身。
第一次提升：将上锚具锚住钢绞线后，开启电动油泵站，当油泵站空载工作正常时，将三位四通换向阀的手柄转向“P1位置，千斤顶活塞开始起升，上平台被顶升，水柜亦上升。水柜重量、钢绞线、锚具、上平台、千斤顶、千斤顶座、下平台、水塔筒身。当千斤顶起升到最大高度时，将三位四通换向阀的手柄转向“O”位置。
落上平台：首先把已经被提起的锚具移至千斤顶座底部，并卡紧。将三位四通换向阀手柄打向“P2”位置，当千斤顶活塞开始下降，上平台也同时下降。由于下锚具的作用，钢绞线和水柜则不能下降，维持在这一高度，水柜重量传递与开始提升前相同。
但那个千斤顶活塞全部收缩完，上平台亦全部降落在千斤顶座上时将三位四通换向阀手柄转至“O”位置，这时第一次提升工作全部结束。
第二次提升时，便可直接将三位四通换向阀手柄打向“P1”位置，如此往复，将水柜提升到设计高度。
2、水箱高空现浇成型施工工艺介绍
水箱的高空浇注：在支筒施工完后，将挂架和支筒顶的预埋件连接固定，然后将悬架和挂架连接，挂架外悬端用拉素和内井架相连，利用挂架作径向龙骨，再加上环向拉杆和支撑，就构成了一个锥形的施工操作平台。这套水箱施工的模具设计原则，实际上是根据倒锥壳水箱的受力机理，即垂直荷载通过径向构件(这里是悬架和底模的径向龙骨)传向支筒，水平张力则通过一系列的环向构件自相平衡。水箱高空现浇成型施工方法中的模板支撑体系一般也采用桁架式结构，垂直上料系统才哟个外井架方式，见图10。
高空现浇水箱存在的优缺点归纳如下：优点：对施工平面要求较低，不需要配置专用的提升设备，一次性投入少，没有水箱提升前必须养护28天的条件，缩短了施工工期。缺点：全高空支模，安全隐患大，水箱水位以下必须连续施工，上料系统慢，增加水箱下锥壳浇注过程中的施工缝，增加渗水隐患。
四、结束语
在滑膜施工技术日趋完善的今天，水塔施工方案的选择主要是围绕水箱的成型方式与落位方式，本文对不同条件下水塔水箱施工方式进行了对比分析，介绍了不同条件下的施工方案，强调了各种施工方案中应注意的有关事项，并且各种方案均在不同环境条件下得到了应用，目前各水塔水箱蓄水运行均正常，为以后水塔施工方案的选择有一定借鉴作用。
参考文献：
[1]建筑施工手册(第四版)，中国建筑工业出版社.
[2]国家建筑标准设计图集《钢筋混凝土倒锥壳不保温水塔》(04S802-2)，中国建筑标准设计研究院.