Методы монтажа башенных и мачтовых сооружений

Многолетняя практика возведения башенных сооружений показала, что наибольшее распространение получили методы наращивания конструкций в проектном положении, предварительной сборки на земле с последующим поворотом вокруг шарнира в проектное положение и подращивания. Каждый метод монтажа включает несколько способов. При этом почти во всех случаях монтаж нижней пирамидальной части башни осуществляют пространственными блоками до отметки, определеямой техническими возможностями гусеничных (реже башенных) кранов

Метод наращивания
Монтаж вытяжных башен наращиванием конструкций в проектном положении производят при помощи различных монтажных механизмов. При монтаже с помощью универсально-подвесного крана типа УПК (рис.1, а) его устанавливают в проеме башни в месте прохода газоотводящего ствола, который монтируют позже.
Передвижение крана после монтажа очередного яруса башни осуществляется при помощи подъемных полиспастов, устанавливаемых в нижней опорной части крана. Устойчивость в процессе выдвижки обеспечивается специальной обоймой и рамкой, устанавливаемой в верхней части монтируемого сооружения. Монтаж конструкций башенных сооружений осуществляется поэлементно, грузоподъемность крана 4,5 т.
Удачно используя конструктивные особенности вытяжных башен, их монтаж осуществляют с помощью оголовка самоподъемного (ползучего) крана типа СПК (ГЩТ), устанавливаемого на верхние секции металлического газоотводящего ствола (рис.1, б).
Такое использование оголовка самоподъемного крана устраняет необходимость усиления конструкций верхней части башни при установке крана по одной из граней.
Процесс монтажа заключается в периодическом выталкивании газоотводящего ствола с помощью полиспастов и поэтапном наращивании секций башни с помощью оголовка самоподъемного крана. Монтаж призматической части башни осуществляется поэлементно или с частичным укрупнением плоскостей в пределах грузоподъемности крана (5-12 т).
Крупноблочный монтаж конструкций осуществляют с помощью ползучих портальных подъемников.
Принцип работы подъемника (рис.1, в) заключается в том, что его устанавливают на частично смонтированную конструкцию на специально предусмотренные опорные столики. Изменение наклона производят с помощью подъемного (переднего) и тормозного (заднего) полиспастов. Перестановку на очередную стоянку осуществляют с помощью подъемной балки и полиспастов перестановки, закрепляемых вдоль стоек подъемника. Во всех случаях подъем укрупненных секций массой до 40 т производят с помощью оттяжек.
При подходе подъемника с грузом к вертикальному положению натяжение рабочих и тормозных полиспастов должно быть примерно одинаковым. Переход через зенит является наиболее ответственной операцией, требующей синхронности и слаженности в работе всех участников подъема.
Применение крупноблочного монтажа при помощи самоподъемных портальных подъемников резко сокращает объем верхолазных работ по сравнению с монтажом отдельными элементами. Однако их применение вызывает ряд трудностей особенно в условиях реконструкции предприятий из-за расположения якорей и лебедок на значительном расстоянии от оси башни, равном примерно 1,5 высоты монтируемого сооружения. При монтаже вытяжных башен с помощью приставных (прислонных) кранов (рис.1, г) устойчивость крана обеспечивается специальными опорными рамками, которые крепятся приставными консолями к смонтированной части башни. Выдвижение ствола крана вверх по мере монтажа башни производят с помощью полиспастов, расположенных в опорном устройстве. Ствол крана скользит по направляющим, находящимся в опорных рамках и в верхней части опорного устройства.
Монтаж вытяжных башен прислонным краном обеспечивает высокую скорость монтажных работ благодаря крупноблочному монтажу конструкций несущего каркаса башни, однако отрицательным в этой схеме является большой объем работ по монтажу и демонтажу прислонного крана.
При необходимости для выполнения работ по наращиванию конструкций, установке дополнительного оборудования или демонтажу верхней части сооружения используют вертолеты (рис.1, д).

 

Рис.1. Монтаж вытяжных башен с помощью
а - универсально-подвесного крана; б - оголовка самоподъемного крана на газоотводящем стволе; в - самоподъемного качающегося портального подъемника; г - прислонного крана; д - вертолета; 1 - электролебедка с якорем; 2 - тяговый полиспаст; 3 - обойма; 4 - рамка; 5 - газоотводящий ствол; 6 - задняя тяга; 7 - передняя тяга; 8 - опорный столик; 9 - опорные рамки; 10 - ловители.

Метод поворота

Монтаж башенных сооружений методом предварительной сборки на земле с последующим поворотом вокруг шарнира производят с использованием специальной оснастки. Предварительно собранную на земле в горизонтальном положении вытяжную башню поднимают в проектное положение в течение одной смены.
Чаще всего применяют оборудование, состоящее из тяговых полиспастов и "падающей" стрелы, шевра или портала (рис.2 а). Различают несколько схем этого метода в зависимости от расположения в плане опорного узла: узел располагают впереди поворотного шарнира поднимаемой конструкции, их оси параллельны; ось угла совпадает с осью поворотных шарниров; узел располагают сзади поворотного шарнира Выбор той или иной схемы в каждом конкретном случае зависит от наличия такелажных средств и технических характеристик поднимаемой вытяжной башни Учитывая, что в процессе подъема конструкции возникают значительные сдвигающие горизонтальные усилия, фундаменты, закладные детали, анкерные устройства необходимо рассчитывать с учетом этих воздействий.
Однако подъем башен поворотом вокруг шарниров наряду со значительным упрощением процесса сборки конструкций требует тщательной инженерной подготовки. В каждом случае необходимо рассчитать конструкции башни на монтажное состояние, установить наиболее невыгодный момент для работы конструкций и на основании полученных данных дать рекомендации для усиления конструкций; определить оптимальные характеристики монтажных устройств; найти наиболее удачное расположение монтажных устройств относительно поднимаемой конструкции. Из-за больших монтажных нагрузок не во всех случаях удается оснастить вытяжную башню газоотводящим стволом. К недостаткам этого метода относится также большая свободная территория, необходимая для укрупнения башни и расположения расчалок, подъемных и тормозных тяг.
Совершенствование метода поворота вокруг шарнира привело к безъякорному способу. Особенность безъякорного способа монтажа (рис.2, б) заключается в том, что силы, действующие в элементах оснастки и в поднимаемой конструкции при монтаже, вызывают реакцию только в опорных шарнирах шевра (портала) и башни. Отсутствие мощных якорей, боковых расчалок и лебедок большой грузоподъемности упрощает монтаж и уменьшает трудозатраты.
При подъеме башенных сооружений из горизонтального положения в вертикальное способом выжимания поворот производят вокруг опорного шарнира такелажной системой с порталом, нижняя опорная часть которого перемещается вдоль оси поднимаемого сооружения к фундаменту, а верхняя - выжимает башню (рис.2, в). Этот способ применяют в условиях стесненных площадок при невозможности использования кранов и необходимости снижения горизонтальных усилий на фундаменты. При монтаже вытяжных башен на нефте- и газоперерабатывающих предприятиях, где используются монтажные мачты большой грузоподъемности, предназначенные в основном для монтажа поворотом технологических аппаратов колонного типа, получил распространение подъем поворотом целиком собранных на земле башен с подтаскиванием на "поддоне" или скольжением с отрывом низа башни от земли.

Рис.2. Монтаж вытяжных башен поворотом вокруг шарнира
а - падающей стрелой; б - безъякорным способом; в - способом выжимания; 1 - электролебедка; 2 - тяговый полиспаст; 3 - башня в процессе подъема; 4 - "падающая" стрела; 5 - тормозной полиспаст; 6 - портал; 7 - тяги; 8 - мачта выжимания.

Монтаж башен поворотом вокруг шарнира из-за значительных монтажных усилий, возникающих в момент отрыва конструкций от земли, получил распространение только для сооружений высотой не более 100-120 м.

Метод подращивания

Монтаж вытяжных башен подращиванием получил широкое распространение в последние годы. В связи с резким увеличением строительства вытяжных башен возникла острая необходимость в переходе на принципиально новые методы монтажа, обеспечивающие значительное повышение производительности труда и сокращение продолжительности монтажных работ в условиях стесненной площадки реконструируемых предприятий. Последовательность монтажных работ при возведении вытяжных башен подращиванием приведена на рис.3.

Рис.3. Монтаж подращиванием каркаса вытяжной башни
а - план; б - первоначальный этап (крановый монтаж); в - первая выдвижка; г - закрепление укрупненного блока с ранее выдвинутыми конструкциями призматической части башни; д - очередная выдвижка при помощи тяговых полиспастов; е - очередность укрупнительной сборки и монтажа вытяжной башни; 1 - электролебедка с якорями; 2 - канат тягового полиспаста; 3 - рельсовые пути надвижки; 4 - стенд; 5 - площадка складирования; 6 - кран; 7 - пирамидальная часть башни; 5 - призматическая часть башни с зонтом газоотводящего ствола; 9 - электролебедка подачи возврата стенда; 10 - уравнительное устройство сблокированных попарно тяговых полиспастов; 11 - тяговый полиспаст.

10. Устройство подземных частей зданий и сооружений методом "стена в грунте"

Подземные сооружения в зависимости от гидрогеологических условий и глубины заложения осуществляют разными способами, основные из которых — открытый, «стена в грунте» и способ опускного колодца.

Сущность технологии «стена в грунте» заключается в том, что в грунте устраивают выемки и траншеи различной конфигурации в плане, в которых возводят ограждающие конструкции подземного сооружения из монолитного или сборного железобетона, затем под защитой этих конструкций разрабатывают внутреннее грунтовое ядро, устраивают днище и воздвигают внутренние конструкции.

В отечественной практике применяют несколько разновидностей метода «стена в грунте»:

• свайный, когда ограждающая конструкция образуется из сплошного ряда вертикальных буронабивных свай;

• траншейный, выполняемый сплошной стеной из монолитного бетона или сборных железобетонных элементов.

Технология перспективна при возведении подземных сооружений в условиях городской застройки вблизи существующих зданий, при реконструкции предприятий, в гидротехническом строительстве.

С использованием технологии «стена в грунте» можно сооружать:

• противофильтрационные завесы;

• туннели мелкого заложения для метро;

• подземные гаражи, переходы и развязки на автомобильных дорогах;

• емкости для хранения жидкости и отстойники;

• фундаменты жилых и промышленных зданий.

В зависимости от свойств грунта и его влажности применяют два вида возведения стен — сухой и мокрый.

Сухой способ, при котором не требуется глинистый раствор, применяется при возведении стен в маловлажных устойчивых грунтах.

Свайные стены могут возводиться как сухим, так и мокрым способом, при этом последовательно бурят скважины и бетонируют в них сваи.

Мокрым способом возводят стены подземных сооружений в водонасыщенных неустойчивых грунтах, обычно требующих закрепления стенок траншей от обрушения грунта в процессе его разработки и при укладке бетонной смеси. При этом способе в процессе работы землеройных машин устойчивости стенок выемок и траншей достигают заполнением их глинистыми растворами (суспензиями) с тиксотропными свойствами. Тиксотропность — важное технологическое свойство дисперсной системы восстанавливать исходную структуру, разрушенную механическим воздействием. Для глинистого раствора это способность загустевать в состоянии покоя и предохранять стенки траншей от обрушения, но и разжижаться от колебательных воздействий.

В выемках, отрытых до необходимых глубины и ширины под глинистым раствором, этот раствор постепенно замешают, используя в качестве несущих или ограждающих конструкций монолитный бетон, сборные элементы, различного рода смеси глины с цементом или другими материалами.

Наилучшими тиксотропными свойствами обладают бентонитовые глины. Сущность действия глинистого раствора заключается в том, что создается гидростатическое давление на стенки траншеи, препятствующее их обрушению, кроме этого на стенках образуется практически водонепроницаемая пленка из глины толщиной 2...5 мм. Глинизация стенок выемок позволяет отказаться от таких вспомогательных и трудоемких работ, как забивка шпунта, водопонижение и замораживание грунта.

При отрывке траншей используют оборудование циклического и непрерывного действия; обычно ширина траншей составляет 500... 1000 мм, но может доходить до 1500...2000 мм.

Для разработки траншей под защитой глинистого раствора применяют землеройные машины общего назначения — грейферы, драглайны и обратные лопаты, буровые установки вращательного и ударного бурения и специальные ковшовые, фрезерные и струговые установки.

Буровое оборудование позволяет устраивать «стену в грунте» в любых грунтовых условиях при заглублении до 100 м.

Нецелесообразно применять метод «стена в грунте» в следующих случаях:

• в грунтах с пустотами и кавернами, на рыхлых свалочных грунтах;

• на участках с бывшей каменной кладкой, обломками бетонных и железобетонных элементов, металлических конструкций и т. д.;

• при наличии напорных подземных вод или зон большой местной фильтрации грунтов.

Наиболее проста технология работ при устройстве противофильтрационных завес, которые обычно выполняют из монолитного бетона, тяжелых, ломовых и твердых глин. Назначение завес — предохранение плотин от проникновения воды за тело плотины.

Противофильтрационная завеса может быть применена при отрывке котлованов для предохранения их от затопления подземными водами. Отпадает потребность в замораживании грунта или понижении уровня грунтовых вод иглофильтровы-ми понизительными установками. Завеса действует постоянно, в то время как остальные методы используются только на период производства работ, хотя грунтовые воды могут быть очень агрессивными.

Работы по отрывке траншей, как и производство последующих работ, в случае близкого расположения фундаментов существующих зданий выполняют отдельными захватками, обычно через одну, т. е. первая, третья, вторая, пятая, четвертая и т. д.

Длину захватки бетонирования назначают от 3 до 6 м и определяют по следующим критериям:

• условиям обеспечения устойчивости траншеи;

• принятой интенсивности бетонирования;

• типу машин, разрабатывающих траншею;

• конструкции и назначению «стены в грунте».

Последовательность работ при устройстве монолитных кон

струкций по способу «стена в грунте»:

1) забуривание торцевых скважин на захватке;

2) разработка траншеи участками или последовательно на всю длину при постоянном заполнении открытой полости бентонитовым раствором, с ограничителями, разделяющими траншею на отдельные захватки;

3) монтаж на полностью отрытой захватке арматурных каркасов и опускание на дно траншеи бетонолитных труб;

4) укладка бетонной смеси методом вертикально перемещаемой трубы с вытеснением глинистого раствора в запасную емкость или на соседний, разрабатываемый участок траншеи.

Арматура «стены в грунте» представляет собой пространственный каркас из стали периодического профиля, который должен быть уже траншеи на 10... 12 см. Перед опусканием арматурных каркасов в траншею стержни целесообразно смачивать водой для уменьшения толщины налипаемой глинистой пленки и увеличения сцепления арматуры с бетоном.

Бетонирование осуществляют методом вертикально перемещаемой трубы с непрерывной укладкой бетонной смеси и равномерным заполнением ею всей захватки снизу вверх.

При длине захватки более 3 м бетонирование обычно осуществляют через две бетонолитные трубы одновременно. Для повышения пластичности бетона и его удобоукладываемости применяют пластифицирующие добавки — спиртовую барду, суперпластификаторы.

Перерывы в бетонировании — до 1,5 ч летом и до 30 мин — зимой.

Недостатки технологии «стена в грунте»: ухудшается сцепление арматуры с бетоном, так как на поверхность арматуры налипают частицы глинистого раствора; много сложностей возникает при ведении работ в зимнее время, поэтому, когда позволяют условия, используют сборный и сборно-монолитные варианты. Применение сборного железобетона позволяет:

• повысить индустриальность производства работ;

• применять конструкции рациональной формы: пустотные, тавровые и двутавровые;

• иметь гарантии качества возведенного сооружения.

Недостатки сборного железобетона: требуется специальная

технологическая оснастка для изготовления изделий, каждый раз индивидуального сечения и длины; сложность транспортирования изделий на строительную площадку; требуются мощные монтажные краны; стоимость сборного железобетона значительно выше, чем монолитного.