水塔上部结构支筒.docx
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水塔上部结构支筒
铜陵有色铜冶炼工艺技术升级改造
项目闪速炉水塔上部结构支筒
施工方案
中国十五冶铜陵有色铜冶炼
工艺技术升级改造工程项目经理部
2011年3月13日
审批栏
批准
审核
编制
会签
目录
1工程概况1
2编制依据1
3施工部署1
3.1施工组织机构1
3.2作业队人员与机械设备2
3.3施工工艺3
3.4施工工期3
3.5施工现场平面布置4
4施工方法4
5关键部位的施工工艺5
5.1支筒井架提升5
1、井架基础5
2、井架安装5
5.2滑模施工6
1、滑模组装6
2、滑模提升6
3、模板拆除9
6质量保证体系9
7安全保证体系10
7文明施工措施11
附一格构式井架计算书12
1工程概况
本工程为共2座一样的钢筋混凝土倒锥壳水塔。
其容量为1000m3，有效高度为50米（内存最低水位）。
整座水塔采用现浇施工工艺，倒锥壳水塔主要由钢筋混凝土基础，筒身和水柜三大部分组成。
基础方案已审批，本方案为筒体施工方案。
筒身为等截面筒体现浇钢筋混凝土结构，直径为5060mm，壁厚为350mm、筒身纵向两侧每隔5米设有园形窗1个，内设有平台、爬梯等。
砼标号C35，砼用量251m³。
筒体采用提升式滑模施工。
2编制依据
施工图纸
《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2002）
《建筑安全检查标准》（JGJ59-99）
《烟囱工程施工及验收规范》（GB50078-2008）
《钢结构工程施工及验收规范》GB50205—2001；
《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002
《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80—91
3施工部署
3.1施工组织机构
项目部施工组织机构与作业队组织机构见图3.1.1,3.1.2。
图3.1.1项目部施工组织机构图
图3.1.2作业队施工组织机构
3.2作业队人员与机械设备
1、作业队人员表3.2.1
表3.2.1作业队人员表
序号
工程名称
单位
数量
1
木工
人
4
2
钢筋工
人
6
3
砼工
人
7
4
油漆、涂料工
人
2
5
架子工
人
3
6
电焊工
人
3
7
机械工
人
2
8
维护电工
人
1
9
普工
人
5
10
合计
人
33
2、机械设备表3.2.2
按照机具使用计划组织设备进场，所有进场机械必须经检验合格方可投入使用。
实行人机固定、机械使用、保养责任制，要求操作人员必须遵守安全操作规程，爱护机械设备，执行保养规程；认真执行交接班制度，填好运转记录。
实行操作证制度。
对操作人员进行培训、考试，确认合格者发给操作证。
施工机械操作人员及特种作业人员必须持证上岗，机械设备见表3.2.2
表3.2.2机械设备表
序号
机械设备名称
型号规格
数量
额定功率（KW）
1
滑模机具
4#系列
1套
2
井字架
1212
1座
3
卷扬机
3T
1台
7.5
4
卷扬机
2T
1台
7.5
5
钢筋切断机
GJ5-40
1台
2.2
6
钢筋弯曲机
GJ7-40
1台
4
7
插入式振动器
HX50、20
4台
2.2
8
磅秤
500KG
2台
9
光学经纬仪
JDJ6
1部
10
台钻
1台
11
水准仪
DS3
1台
12
交流电焊机
BX3-500
4台
13
对中定线锤
25KG
2个
14
蛙式打夯机
HW-28
2台
15
氧割设备
1套
16
砂轮切割机
1辆
17
斗车
4台
3.3施工工艺
水塔上部结构筒体施工流程如下表
3.4施工工期
上部结构筒体施工工期共50天，施工进度计划见下表。
序号
项目名称
进度计划
3月
4月
5月
25
30
5
10
15
20
25
30
5
10
1
井架、模板安装
2
支筒滑升
15
3
模板拆除
3.5施工现场平面布置
上部结构筒体施工平面布置与基础施工平面布置一致，包含施工用水、施工用电、施工临时道路、生产临建设施等内容。
施工用电从场地北边的一级配电箱接出，接至水塔相应区域。
初定电缆BX-150mm2，采用架空埋设，布线为三相五线制，执行一机一闸一漏电制度和首级与末级开关箱保护接零制度。
施工用水从6#东边接入，初拟定DN40管。
施工临时道路，利用6#、9#路作为临时施工道路。
其中混凝土浇筑时，泵车和混凝土灌车停在9#路上，进行混凝土浇筑。
维护措施，因为上部结构筒体施工为高空作业，因此施工时采用全封闭式施工。
关于安全维护等相关措施请见《水塔安全维护方案》。
钢筋、木工棚：
钢筋、木材进行集中加工，钢筋堆放时采用架空堆放，分类堆码整齐。
以上部位均进行硬化处理，做法为：
200厚毛石铺垫、碾压；100厚级配碎石面层。
施工平面布置图见图3.4。
图3.4施工平面布置图
4施工方法
本工程筒体采用提升式滑模施工：
在水塔支筒内设置一座型钢井架，作为滑升模板时滑升的支承结构及砼运输，配合使用时设吊重3T的卷扬机1台。
在操作平台系统上设置扒杆一座，供钢筋垂直运输。
1、定位测量：
建立本工程轴线、标高控制点，标高和坐标控制点用砼保护好，并做好测量成果标识和记录。
2、钢筋工程：
所有进场钢筋必须提供质保书或产品质量证明书，同时现场按规范规定取样送检试验合格后，方可下料加工。
钢筋采用电渣压力对焊，
3、模板工程：
采用滑模施工，模板及其支架均通过计算确定，使其具有足够的强度刚度和稳定性。
4、砼工程：
必须严格按配合比设计通知书配料拌制，砼浇灌前必须用水湿润模板，砼施工过程中，按要求进行振捣，防止漏振和欠振现象。
支筒外用1：
2水泥砂浆随浇压光，各工序严格按操作程序进行。
5、定点放线：
用钢绳吊50KG铅垂对中，放线工作要认真复核、检查，严格防止轴线偏移，尺寸错误。
6、支筒外装饰采用随砼浇筑外抹1:
2水泥砂浆的方式。
水箱完成后与水箱一起刷涂料。
7、以300mm为单位设立水平标志，作为平台滑升控制标高的依据，每隔5米拉总尺一次，以消除累计误差。
8、沉降观测：
在500mm高，沿筒壁均匀设置4处沉降观测点。
每隔10m进行沉降观察一次。
5关键部位的施工工艺
本工程关键施工工艺为筒体井架提升和滑模施工。
5.1支筒井架提升
在水塔支筒内设置一座型钢井架，，井架是支筒滑升模板时滑升的支承结构和物料垂直运输的承重结构，故内井架中心和水塔支筒中心对齐。
井架设吊重3T的卷扬机1台、2T的卷扬机1台，附设有吊篮、拔杆吊等设施。
附型钢井架计算书。
1、井架基础
井架安装在基础杯口内，其中心与基础中心对齐，支座与水塔主体通过8根Φ24预埋螺栓固定，井架荷载直接作用于水塔基础上。
2、井架安装
井架每节长3米，采用用Φ16高强螺栓连接，井架第一节安装在基础杯口内，井架底部保持水平且其中心与基础中心对齐。
在水平线±0.00m高处附近通过4根Φ25钢筋与主体钢筋焊接固定。
在离井架15-20米处安置一绞车，井架底部距离地面约20cm高处安装一滑轮，通过钢丝绳（直径为10mm）与井架顶部固定的立杆用于井架构件的上下运输。
运输时用钢丝绳与U型钩将井架构件扣紧，吊装至已安装的井架顶部，并用螺栓固定。
在井架每隔18米设一道缆风绳，它们与地面的夹角为45°～60°。
每组缆风绳均由4根Φ6.5钢绳组成，分4个方向拉出。
拉好井架顶部的缆风绳后，安装滑轮钢梁，试验起吊重量1.0T，经调试，自检合格后，井架可投入使用，将自检记录报监理备案。
5.2滑模施工
1、滑模组装
滑模采用80槽钢，钢圈用80槽钢弯弧组成，模板高1.0m，操作平台采用16榀放射梁和16H形钢架组成。
本工程支筒外径为5060mm模数与国家标准图模数不同，需要一次性添置内、外钢圈，H形夹架，支承操作平台，（操作平台和模板等设备重量为3.15吨，8个施工人员重约0.55吨，作业时材料等重约0.5吨，模板与砼的摩擦力重约0.85吨，合计总重约为5.1吨）。
模板平面布置和立面布置见图5.2。
2、滑模提升
提升模板时采用8个5T的手拉葫芦，八个人将模板慢慢上拉，在提升过程中每人看
好自己面前的水平尺，使模板均匀上升，以防扭曲。
每次提升的高度为30cm，每提升一次都由专人查看一下中心线偏移情况，严格控制筒身垂直度，符合规范要求，若有超过要求，马上调整。
混凝土混凝土出模强度为0.2-0.3Mpa（气温在28℃左右需40分钟，20℃左右需60分钟，12℃左右需80分钟才能达到此强度），滑升成型的支筒砼，每小时洒水不少于1次，以保持混凝上表面湿润为宜，加强养护不得少于7昼夜。
操作平台见下图5.2。
图5.2操作平台示意图
3、模板拆除
在支筒混凝土浇筑完毕三天后，拆除模板
1、先将滑模模板槽钢固定在筒壁上，再松开箍模板钢圈螺栓，拆下内外钢圈。
2、按顺序拆除筒壁滑模。
3、拆除模板放在操作平台上，用物料提升机放到地面。
6质量保证体系
本项目我们将采用ISO9001：
2002国际质量体系和全面质量管理，严格控制施工质量，百分之百满足业主的要求。
1、成立以项目经理部项目经理为组长，项目总工为副组长，质量员、技术员为组员的全面质量管理领导小组,形成行政上支持，技术上把关的良性循环,负责工程总体质量控制。
2、由施工队项目经理、施工技术负责人并配备相应的技术人员及质检员，形成成立质量保证体系。
质量保证体系见下表6.1。
表6.1质量保证体系
3、施工技术员要有责任心，重要岗位安排专人持证上岗，并保证人员相对稳定。
4、采用性能稳定可靠的设备进行本项目施工，配备修理人员跟班作业，出现故障及时抢修，使工程设备处于最佳运行状态。
5、在施工现场配备高精度的测量仪器，所有计量测试仪器定期检查、校正，避免由于仪器的误差影响工程质量。
6、筒身中心垂直度不得超过规范要求。
在模板组装前和施工中认真做好垂直度检测工作（即重垂法）。
7、施工前认真组织有关施工人员熟悉审查施工图纸，研究施工组织设计，明确施工方案和施工工艺，作好技术交底工作。
施工队中认真做好隐检，预检和结构验收工作，施工作业班组要实行自检、互检、交接检和产品挂牌检。
施工现场严格执行计量管理制度。
8、原材料、成品、半成品、构件都应当按规定取样试验，并取得出厂证明，严禁在工程中使用不合格材料，混凝土、砂浆配合比要求准确并按规定和施工要求留置试块。
7安全保证体系
除建立以工程项目经理为首，项目经理部为主的安全文明保证体系外，也建立施工队为主的安全文明保证体系，落实各级安全岗位责任制，采取严密的安全防护措施，切实把好安全关，确保本工程施工安全。
安全保证体系见图7.1。
图7.1安全保证体系
1、水塔施工是多工种组合的立体交叉作业，劳动组合十分严密，分工必须十分明确，在做好安全教育、安全技术交底。
对所有的施工人员均定期进行安全教育。
2、内外操作平台吊盘均用安全网兜实，混凝土运输道上设置安全防护棚及栏杆。
水箱模板下面满铺防护网，设置防护栏杆。
3、进入现场的人员必须做好二穿一戴：
筒壁施工时必须系好安全带，戴好安全帽。
4、模架及吊笼制作后在使用前要进行安全试压试验随时对物件实际工作性能进行观测。
如有损坏，应立即予以更换。
5、使用吊笼的原则是人货不能混载，一次载人不得超过2人，随时检查安全闸门的可靠性能和工作时滑动性能。
6、夜间施工照明必须满足施工需要，平台上照明采用低压灯具，所有电器线路，设置在安全稳妥处以防碰坏伤人，且随时检查，严防漏电或失灵造成事故，所有用电器械均接地接零，做到一机一闸一漏一箱。
7、注意气象预报，随时掌握气象情况，当遇大风大雨（大风五级以上）时停止工作，做好安全预防措施，搞好加固保护器具设备工作。
8、调试好机械、电器控制系统之间的连锁运转。
做好内外挂架、吊架及滑模在施工吊运前的试用检查，随时观察其活动部位的润滑情况，并做好及时加油清理。
9、所有机械必须指定专人操作。
卷扬机司机是通过培训具有操作证的熟练人员操作。
每天检查卷扬机、配套滑轮的工作状态，发现问题应及时解决。
10、井架在使用期间，将注意每天检查井架垂直度。
当发现井架有倾斜情况出现时，要及时调整校正缆风绳松紧度。
防止因倾斜过大影响井架的施工安全。
经常查看井架连接固定部位，如有松动应立即停止使用，经加强固定并通过调试才可继续工作
11、卷扬机的地锚及地轮架基础是保证施工安全的重要环节，也是滑模施工不可缺少的机械，地锚、地轮架及缆风绳等具有防备措施。
7文明施工措施
1、建立现场卫生管理制度，遵守国家和地方有关环境保护的规定，采取切实措施控制施工噪音、烟尘、污水、垃圾等对周围环境的污染和危害，保持工地现场整洁，合理处理施工用水和排水。
施工时产生的废弃物和各类垃圾，应堆入在规定地点，并定期清运出
2、由安全员兼管文明施工和场荣，杜绝工程施工现场人员违法、违规、违例和违纪行为；工程施工现场人员文明施工教育、培训率达到100%
3、建立现场卫生管理制度，遵守国家和地方有关环境保护的规定，采取切实措施控制施工噪音、烟尘、污水、垃圾等对周围环境的污染和危害，保持工地现场整洁，合理处理施工用水和排水。
施工时产生的废弃物和各类垃圾，应堆入在规定地点，并定期清运出
4、进入现场的设备、成品、半成品、材料均应堆放在指定的地方，码放整齐，保证道路的畅通。
5、施工现场实行全封闭管理，非现场人员不得进入工作区，安全维护按照《水塔安全维护施工方案》施工。
现场悬挂和书写“五牌一图”
6、操作平台上的工具、杂物要均匀堆放，及时清理平台，把杂物及时卸到地面，以免坠物伤人。
7、工作期间，严禁工程施工现场人员喝酒、吸烟和嬉戏、打闹。
视情节严重，作出相应处罚。
附一格构式井架计算书
一、荷载计算
（一）摇臂杆荷载
1、吊重及索具重G1
摇臂杆吊重（包括索具等）Q1=6.5kN；
G1=KQ1=1.2×6.5=7.8kN；
2、摇臂杆自重G2
摇臂杆自重为q1=0.25kN/m；
G2=0.25×6=1.5kN；
3、起重滑轮组引出索拉力
引出绳拉力计算系数，f0=1.02；
S1=f0G1=1.02×7.8=7.956kN；
4、摇臂杆变幅滑轮组钢丝绳的张力T1
变幅滑轮组钢丝绳与水平面的夹角β＝30o；
摇臂杆与水平面的夹角α＝45o；
起重滑轮组引出索与摇臂杆轴线间的距离e1取10cm，对O点取矩，ΣMO＝0得：
T1=［G1×6×cosα＋G2×0.5×6×cosα+S1×e1］/（6×sin（45＋30）o）=［7.8×6×cos45o＋1.5×0.5×6×cos45o+7.956×0.1］/（6×sin（45＋30）o）=6.396kN；
5、求摇臂杆轴力
顶部截面：
N顶=G1×sinα＋T1×cos（α＋β）＋S1=7.8×sin45o＋6.396×cos（45＋30）o＋7.956=15.127kN；
中部截面：
N中=N顶＋0.5×G2×sinα=15.127＋0.5×1.5×sin45o=15.657kN；
底部截面：
N底=N顶+G2×sinα=15.127+1.5×sin45o=16.188kN；
（二）井架荷载
1.起吊物和吊盘重力（包括索具等）G
G=K（Q+q）
其中K──动力系数，K=1.20；
Q──起吊物体重力，Q=10.000kN；
q──吊盘（包括索具等）自重力，q=2.000kN；
经过计算得到G=K×（Q+q）=1.20×（10.000+2.000）=14.400kN。
2.提升重物的滑轮组引起的缆风绳拉力S
S=f0[K（Q+q）]
其中f0──引出绳拉力计算系数，取1.02；
经过计算得到S=f0×[K×（Q+q）]=1.020×[1.20×（10.000+2.000）]=14.688kN；
3.井架自重力
井架自重力6kN/m；
井架的总自重Nq=6×50=300kN；
缆风绳以上部分自重：
Nq1=6×（50-10）=240kN；
Nq2=6×（50-20）=180kN；
Nq3=6×（50-30）=120kN；
Nq4=6×（50-40）=60kN；
Nq5=6×（50-50）=0kN；
摇臂杆支座处以上部分自重Nq0=6×10=60kN；
4.风荷载为q=0.719kN/m；
风荷载标准值应按照以下公式计算：
Wk=ω0×μz×μs×βz=0.45×1.42×0.48×0.70=0.215kN/m2；
其中ω0──基本风压（kN/m2），按照《建筑结构荷载规范》（GB5009－2001）的规定，采用：
ω0=0.45kN/m2；
μz──风压高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》（GB5009－2001）的规定，采用：
μz=1.42；
μs──风荷载体型系数：
μs=0.48；
βz──高度Z处的风振系数，βz=0.70；
风荷载的水平作用力:
q=Wk×B=0.215×3.35=0.719kN/m；
其中Wk──风荷载水平压力，Wk=0.215kN/m2；
B──风荷载作用宽度，架截面的对角线长度，B=3.35m；
经计算得到风荷载的水平作用力q=0.719kN/m；
5.缆风绳的自重力
T=nql2/（8ω）
其中T──每根缆风绳自重力产生的张力（kN）；
n──缆风绳的根数，取4根；
q──缆风绳单位长度自重力，取0.008kN/m；
l──每根缆风绳长度，由H（i）/cosθ确定（m）；
H──缆风绳所在位置的相对地面高度（m）；
θ──缆风绳与井架的夹角；
w──缆风绳自重产生的挠度（m），取w=l/300。
经过计算得到由下到上各缆风绳的自重力分别为：
H
（1）=10.00,T
（1）=16.97kN；
H
（2）=20.00,T
（2）=33.94kN；
H（3）=30.00,T（3）=50.91kN；
H（4）=40.00,T（4）=67.88kN；
H（5）=50.00,T（5）=84.85kN；
6、变幅滑轮组张力T1及其产生的垂直和水平分力
前面已算出T1=6.396kN；
垂直分力：
T1v=T1sinβ=6.396×sin30o=3.198kN；
水平分力：
T1H=T1cosβ=6.396×cos30o=5.539kN；
7、摇臂杆轴力N底及起重滑轮组引出索拉力S1对井架引起的垂直分力和水平分力
水平分力NH1=（N底－S1）cosα=（16.188－7.956）×cos45o=5.821kN；
垂直分力Nv1=（N底－S1）sinα=（16.188－7.956）×sin45o=5.821kN；
8、起重滑轮组引出索拉力S1经导向滑轮后对井架的垂直压力
NV2=S1=7.956kN；
9、起重时缆风绳的张力T2及其产生的垂直分力和水平分力
起重时只考虑最上道缆风绳起作用，在起重时缆风绳的张力：
T2=[（G1×6×cosα）＋G2×0.5×6×cosα]/[（H×tanθ+a）×cosθ]=[（7.8×6×cos45o）＋1.5×0.5×6×cos45o]/[（50×tan45o+1.2）×cos45o]=1.002kN；
垂直分力T2V=T2cosθ=1.002×cos45o=0.708kN；
水平分力T2H=T2sinθ=1.002×sin45o=0.708kN；
二、摇臂杆计算
摇臂杆的受力情况，与结构型式、节点构造、支承情况等有关，通常按静定体系计算。
为简化计算，根据上述因素作如下一些基本假定：
（1）摇臂杆的节点，近似地看作铰接；
（2）摇臂杆是空间结构，分解为平面结构进行计算。
1、摇臂杆内力
（1）轴力
顶部截面：
N顶=15.127kN；
中部截面：
N中=15.657kN；
底部截面：
N底=16.188kN；
（2）弯矩
顶部截面：
起重滑轮组引出索与摇臂杆轴线间的距离e1取10cm，吊重滑轮中心与摇臂杆轴线间的距离e2取25cm；
M顶=G1×sinα×e2+S1×e1=7.8×sin45o×0.25+7.956×0.1=2.174kN·m；
中部截面：
M中=0.125×（q1cosα）×62－M顶/2=0.125×（0.25×cos45）×62－2.174/2=-0.292kN·m；
底部截面：
M底=0；
2、验算
（1）顶部截面：
N顶/An＋M顶/（γWn）≤f
15.127×103/1771.858+2.174×106/（1.15×39299.816）=56.65N/mm2；
An--钢管摇臂杆顶端的净截面面积，An=π/4×[1002-（100－2×6）2]=1771.858mm2；
γ--截面发展系数，因直接承受动力荷载，故γ=1.15；
Wn--钢管摇臂杆顶端的净截面抵抗矩；
Wn=π×[1004－（100-2×6）4]/（32×100）=39299.816mm3；
摇臂杆顶部截面计算强度σ=56.65N/mm2≤允许强度215N/mm2,满足要求!
（2）中部截面：
φχ--弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数，根据长细比λχ确定；
λχ=l/i，l=6000mm；
I=π/64×[1004－（100-2×6）4]=1964990.807mm4；
i=（I/An）1/2=33.302mm；
λχ=l/i=6000/33.302=180；
据《钢结构设计规范》附录C得，取φχ=0.225。
βmχ--等效弯矩系数，βmχ=1.0；
γχ--截面塑性发展系数，γχ=1.15；
N'Eχ--欧拉临界力，N'Eχ=π2EAn/（1.1λχ2）；
N'Eχ=π2×2.06×105×1771.858/（1.1×1802）=101078.374N；
N中/（φχ×An）＋（βmχ×M中）/[γχ×Wn×（1－0.8×N中/N'EX）]=15.657×103/（0.225×1771.858）＋（1.0×0.292×106）/[1.15×39299.816×（1－0.8×15.657×103/101078.374）]=46.642N/mm2.
摇臂杆顶部截面计算强度σ=46.642N/mm2允许强度≤215N/mm2,满足要求!
三、井架计算
1、基本假定：
为简化井架的计算，作如下一些基本假定：
（1）井架的节点近似地看作铰接；
（2）吊装时，与起吊重物同一侧的缆风绳都看作不受力；
（3）井架空间结构分解为平面结构进行计算。
2、风荷载作用下井架的约束力计算
缆风绳或附墙架
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