張亦弛

上海市政建設有限公司 上海 200438

水處理廠內設備安裝工程時常會面臨多變、復雜的工況，其施工內容充滿多樣性，本文探討并介紹一種借助已有的混凝土板結構對斜下方進行吊裝作業(yè)，常用于池體內設備吊裝，無需螺栓固定，同類吊裝施工可反復使用。

1 應用工程概況

深圳市福田區(qū)污水處理廠一期工程建設污水處理規(guī)模達40萬 m3/d。污水處理部分共計13個單體，包括細格柵及沉砂池、初次沉淀池、生物池、二沉池等。其中初沉池建設32條、二沉池建設40條，二沉池池體體積為70.6 m×7.1 m×4.4 m，池體內配合安裝管式撇渣器（圖1）。

圖1 管式撇渣器位置

2 創(chuàng)新發(fā)明背景

在沉淀池內安裝管式撇渣器時，發(fā)現(xiàn)除撇渣器斜上方檢修通道外無其他安裝利用面（圖2），同時考慮到在安裝期間應避免利用池底面，不對池體內其他設備安裝、運行造成影響。

圖2 管式撇渣器二沉池安裝位置

2.1 常用的施工方法1：自制龍門架吊裝

自制龍門架常用于池內設備吊裝（圖3），但對于吊裝環(huán)境有一定的要求。若該池為開放式池體，且池體較寬，架設龍門架跨度會過大，必須增大龍門架拼裝材料尺寸，同時增加架子斜撐，導致工具笨重，可靠性差，施工可行性較低[1]。

圖3 初沉池采用龍門架吊裝現(xiàn)場示意

2.2 常用施工方法2：手拉葫蘆＋卷揚機吊裝

在屋頂梁上制作吊點，利用手拉葫蘆縱向的升降及卷揚機橫向牽引安裝（圖4）[2]。

圖4 手拉葫蘆配合卷揚機安裝示意

若設備安裝數(shù)量較多，大批量在橫梁處架設手拉葫蘆吊點并在池底布置卷揚機，會影響施工工期，同時需要利用池底，且檢修通道混凝走道板較窄，設置并拆除吊點危險性較大。

3 設備創(chuàng)新發(fā)明

根據(jù)以上工況分析，我們設計出第3套方案：利用管式撇渣器安裝輔助設備進行吊裝。

3.1 創(chuàng)新思路

由于傳統(tǒng)工藝費時費力并且存在一定的安全隱患，我們需制作一個適合現(xiàn)場特殊環(huán)境的吊裝設備，借助此設備對管式撇渣器進行安裝，在保證安全性的情況下減少施工工期，降低施工成本。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，可以利用的安裝受力面除池壁外，只剩下一處離池體尾端22.5 m處的檢修通道，該通道剛好位于管式撇渣器安裝位置斜上方（檢修通道與安裝軸線橫向距離差500 mm，高度差700 mm）。考慮到工具及材料的重復利用性（二沉池共計40臺管式撇渣器），我們需要利用通道的混凝土走道板量身定做一個可以方便移動拆卸的吊裝設備。我們利用杠桿原理設計了一種反扣式的安裝輔助設備（圖5、圖6），將1根斜梁和2根支腿架設在混凝土走道板上方，并在尾端焊接一扣件，反扣于操作通道側面，即吊裝反方向，在斜梁頭部制作一吊耳，吊耳中心離扣件尾端1 700 mm，即當尾端扣件卡入樓板內時，吊耳位置恰好位于安裝位置正上方。我們命名該設備為“反扣式吊裝機”[3]。

圖5 初步構想

圖6 吊裝輔助工具成品照

根據(jù)如上設計，反扣式吊裝機具有如下優(yōu)勢：靠自重扣于樓板上，無需固定；設備本身自重較輕，便于搬運；吊裝利用空間小，只需在樓道板上便可操作；吊裝方法簡單，架一臺手拉葫蘆即可安裝；省時、省材、省力。

3.2 深化設計

管式撇渣器設備參數(shù)為直徑310 mm，長7.1 m，使用的316 L材料密度7.98 g/cm3，同時，測量撇渣口面積及鋼管壁厚后，經計算得管式撇渣器自重小于200 kg。根據(jù)管式撇渣器（即被吊物）質量進行受力分析，如圖7所示。

圖7 吊裝輔助工具受力分析

根據(jù)杠桿原理：動力×動力臂=阻力×阻力臂，即：FL1cos 45°=F1Lcos 45°。F為樓板的最大承載，F(xiàn)1處施加最大拉力為200 kg× 10=2.0×103N。設計L1∶L≈7∶12，即F=3.47×103N。

考慮到在支腿處的受力較大，將支腿垂直焊接于鋼管兩側可能存在隱患，根據(jù)迫擊炮炮腿的支撐原理，利用三角形支撐結構，可以增加結構可靠性，借鑒此結構對反扣式吊裝機進行了優(yōu)化。

經修改后，將3塊鋼板拼接制成1個混凝土走道板扣件，在扣件上端焊接1根1 000 mm×1 000 mm×4.5 mm的方鋼，與通道上平面和扣件呈45°，方鋼遠離通道端略長于設備安裝縱向基準線，在方鋼離樓板尾端水平方向980 mm處焊接2根100 mm×45 mm×5.3 mm槽鋼作為支腿，水平于縱向基準線，與走道板呈60°，在支腿中間焊接1個槽鋼作為橫向支撐。在支撐腿下方鋪設1塊800 mm×1 200 mm鋼板分散輔助工具受力，在鋼管頂端焊接1個吊點，吊點位于設備安裝橫向基準線上方（離遠處樓板側端面1 700 mm），用于懸掛手拉葫蘆吊裝設備（圖8）。

圖8 管式撇渣器安裝輔助工具設計示意

3.3 可靠性計算分析

根據(jù)設計尺寸，我們采用Solidworks三維軟件進行建模，并賦予模型材料屬性和應力，通過軟件進行有限元分析，得到靜應力分析結果。經過軟件分析得到管式撇渣器最大應力值為92.3 MPa，小于Q235材料屈服強度248 MPa。在對輔助工具進行分析后，我們對樓板的載荷進行了分析。根據(jù)走道板高度、寬度、跨度及配筋圖，計算得到走道板支座處的彎矩、剪力、扭矩、樓板最大裂縫寬度均滿足規(guī)范要求。

3.4 設備實施運用

根據(jù)如上設計，我們定制了吊裝工具，并實際對管式撇渣器進行安裝。在安裝前將輔助工具就位于二沉池操作通道中間位置。將工具反扣于樓板后，把撇渣器移至輔助工具前端準備吊裝，吊點上架設1個1 t的手拉葫蘆，并通過綁帶綁于管式撇渣器中部。當拉動手拉鏈條將撇渣管抬升后，由于慣性，設備自然而然朝斜上方遠離操作通道，迅速達到設備安裝位置正上方位置，然后通過手拉葫蘆將撇渣器緩慢降至安裝高度。管式撇渣器兩端通過移動操作平臺上的工人配合輔助安裝設備（操作平臺用于安裝刮泥機，無需再單獨配備），最終固定安裝該設備（圖9）。

圖9 設備吊裝操作示意

同時，利用反扣式吊裝機安裝管式撇渣器時見縫插針，避免對刮泥機的安裝造成時間及空間上的影響。

3.5 對比分析

由于自制龍門架吊裝的方案不可行，我們對手拉葫蘆＋卷揚機吊裝的方案和反扣式吊裝機吊裝的方案做了經濟效益分析，如表1所示。

表1 傳統(tǒng)施工方法與新型定制工具對比

反扣式吊裝機除了節(jié)省施工本身的成本外，最重要的是節(jié)省了工期，取得了很好的技術效果，并創(chuàng)造經濟效益達95.6萬元。

4 結語

綜上所述，反扣式吊裝機相對于傳統(tǒng)工藝在工程進度上有較大的提高，同時減少了人工成本的支出，并且節(jié)約了材料及機具的使用費用。除了在成本和工期上有較大的差距外，傳統(tǒng)施工方法還存在較大的安全隱患，采用反扣式吊裝機吊裝避免了這一危險操作，降低了施工的危險性，保證工人在安全環(huán)境下施工。