李青洋
(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司,四川成都 610041)
如何實(shí)現(xiàn)公路梁式橋梁的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)
李青洋
(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司,四川成都 610041)
中國高鐵橋梁基本實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化,這個標(biāo)準(zhǔn)隨著國家一帶一路戰(zhàn)略發(fā)展,在不遠(yuǎn)的將來可能會推廣到全世界。我國公路梁式橋梁正向標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)邁進(jìn),文章指出要實(shí)現(xiàn)其標(biāo)準(zhǔn)化的前提條件:一是推行公路橋梁設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化;二是創(chuàng)新施工設(shè)備,使其達(dá)到標(biāo)件化和自動化;三是實(shí)行施工工藝程序化;四是強(qiáng)調(diào)場地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化。同時還包括場地環(huán)境、標(biāo)志標(biāo)識、操作規(guī)程等系統(tǒng)完全標(biāo)準(zhǔn)化,才能真正意義上實(shí)現(xiàn)公路梁式橋梁的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。
設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化; 設(shè)備模板標(biāo)件化; 場地規(guī)范化; 操作程序化
廣義的“標(biāo)準(zhǔn)化”是指在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)和管理等社會實(shí)踐中,對重復(fù)性的事物和概念,通過制訂、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到統(tǒng)一,以獲得最佳秩序和社會效益。狹義的“標(biāo)準(zhǔn)化”是工礦企業(yè)的廠房、生產(chǎn)車間按標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè),產(chǎn)品通過流水線生產(chǎn),達(dá)到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。建筑施工企業(yè)的公路梁式橋梁工程施工標(biāo)準(zhǔn)化[1],需要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化,設(shè)備及模板標(biāo)件化和自動化,才能實(shí)現(xiàn)橋梁產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化。
然而,目前的公路橋梁橋型眾多,連續(xù)梁的設(shè)計有多種型號,進(jìn)行連續(xù)梁懸臂施工的掛籃都分菱形和三角形[2]兩種,特別是傳統(tǒng)的菱形掛籃不僅本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜,使用鋼型材較多,而且安裝、拆卸、行走過程操作十分繁瑣,在使用過程中還將投入大量的勞動力,是急待淘汰的橋梁施工設(shè)備。
公路梁式橋梁的梁型、梁板及墩柱,設(shè)計的幾何尺寸太多太雜,這就造成預(yù)制模板千差萬別,傳統(tǒng)思路設(shè)計的梁板模板和墩柱模板急待創(chuàng)新。特別是傳統(tǒng)的小箱梁設(shè)計[3],20~35 m的小箱梁的高度1.2~1.5 m,梁板內(nèi)空高僅有0.6~0.8 m,還在梁板內(nèi)的橫隔板處增加加強(qiáng)筋,導(dǎo)致小箱梁箱體內(nèi)橫隔板處凸起很多隔斷,小箱梁內(nèi)部空間就很窄小,工人進(jìn)出操作很困難,在箱體內(nèi)拆卸螺栓更是困難。拆模板時,只能通過工人進(jìn)入內(nèi)模,一顆一顆卸掉螺栓,再將卸下的模板向外面?zhèn)鬟f,操作這項(xiàng)工作十分困難。有的施工單位對這種內(nèi)模做過改進(jìn),但效果不佳,有的施工單位采用充氣膠囊內(nèi)模,但使用充氣膠囊內(nèi)模有很多弊病[4],現(xiàn)在很多業(yè)主單位嚴(yán)禁使用膠囊內(nèi)模。
筆者發(fā)現(xiàn)河南、河北、山西等省設(shè)計的T梁、箱梁基本實(shí)現(xiàn)同一型號的梁板幾何尺寸統(tǒng)一,模板實(shí)行液壓推進(jìn),規(guī)格尺寸達(dá)到標(biāo)件化,關(guān)模與脫模實(shí)現(xiàn)自動化。特別是對25~40 m的箱梁內(nèi)模,都實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作、自動化脫模。對特殊地理位置設(shè)計橋梁小箱梁,內(nèi)模空間太小不便于安裝模板的,還采用更省事的設(shè)計方案,在空心板內(nèi)預(yù)埋一次性的聚苯乙烯內(nèi)模,直接進(jìn)行混凝土澆筑,里面的聚苯乙烯模板就不再取出,更能保證空心板質(zhì)量,還大大節(jié)約人工費(fèi)用。河南省某項(xiàng)目還將40 m箱梁把橫隔板處的連接筋設(shè)計在箱梁的梁體外面(圖1),保持箱梁梁體內(nèi)空順暢光滑(圖2),內(nèi)模設(shè)計為一體整體,通過液壓收縮后,采用卷揚(yáng)機(jī)及輔助設(shè)施,全機(jī)械化操作,啟動按鈕就可實(shí)現(xiàn)輕松脫模。
圖1 連接筋設(shè)計在箱梁的梁體外面
圖2 保持箱梁梁體內(nèi)空順暢光滑
筆者通過多年深入各項(xiàng)目梁板預(yù)制現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查、研究,與梁板預(yù)制場工程技術(shù)人員反復(fù)交流,收集多家梁板預(yù)制場的成功經(jīng)驗(yàn),并到河南、河北、山西等項(xiàng)目考查學(xué)習(xí),不斷探索總結(jié)出橋梁施工掛籃、梁板預(yù)制模板、墩柱模板的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),對連續(xù)梁施工掛籃、T梁、箱梁模板、橋墩圓柱模板作了較大的技術(shù)創(chuàng)新,開發(fā)了“無軌道式行走掛籃”并獲得國家發(fā)明專利(專利號ZL201410144028.2)、“具備液壓功能的裝配式梁板預(yù)制模板”(申請?zhí)?01710071115.3、201720119867.8)、“便于橋墩施工的裝配式圓柱模板”(申請?zhí)?01720133783.X)等專利技術(shù),以期待公路梁式橋梁的梁板及墩柱幾何尺寸設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化,施工掛籃、預(yù)制模板實(shí)現(xiàn)標(biāo)件化和自動化、強(qiáng)調(diào)場地建規(guī)范化,最終實(shí)現(xiàn)公路梁式橋梁的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。
目前,最值得驕傲的是中國高鐵橋梁基本實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化,筆者所見中國高鐵的大多數(shù)橋梁,其結(jié)構(gòu)大都采用梁式橋梁,橋墩及梁板的幾何尺寸、外觀、長度和高度幾乎是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這個標(biāo)準(zhǔn)化的模式,隨著國家一帶一路戰(zhàn)略發(fā)展,在不遠(yuǎn)的將來可能會推廣到全世界。
然而,我國公路梁式橋梁的設(shè)計與高鐵有些不同,需要根據(jù)不同地形、地質(zhì)條件、車流量大小、氣候條件、建設(shè)成本等諸多因素綜合考慮后確定設(shè)計方案,不像高鐵那樣規(guī)范,橋梁完全采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn);公路橋梁對同類型橋墩柱、梁板設(shè)計正逐步向標(biāo)準(zhǔn)化邁進(jìn)。
(1)梁式橋梁的墩柱分為圓柱、方柱、空心薄壁和雙肢薄壁等多種型號,特別是異形柱、使用頻率很低的空心薄壁和雙肢薄壁墩,無法實(shí)現(xiàn)一個規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。但是絕大多數(shù)橋梁都普遍使用的圓墩柱,在一定高度的范圍,是可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計,圓墩柱的柱徑與受力系梁也可統(tǒng)一規(guī)格,模板的高度更容易統(tǒng)一采用1.5~2.0 m的標(biāo)準(zhǔn)。
(2)梁式橋梁的梁板分為連續(xù)梁、T梁、箱梁、空心梁等型式,需高空作業(yè)的連續(xù)梁,施工過程復(fù)雜、工序繁多、安全風(fēng)險高、難度極大,如果能實(shí)現(xiàn)行走掛籃標(biāo)準(zhǔn)化、操作流程程序化、施工過程規(guī)范化,能極大地降低安全風(fēng)險,提高施工效率。
(3)在地面建場預(yù)制的T梁或箱梁,同一個規(guī)格的梁板,其梁高、梁寬、翼緣板、腹板、馬蹄、橫隔板的規(guī)格尺寸與受力點(diǎn)大體一致,40 m的T梁、30 m的T梁可以統(tǒng)一一個設(shè)計規(guī)格。以此類推,箱梁也是如此,25 m的箱梁、20 m的箱梁統(tǒng)一一個設(shè)計型號。只要實(shí)現(xiàn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、模板標(biāo)件化,模板的移動就可以采用液壓推動,關(guān)模與脫模完全實(shí)現(xiàn)自動化,系統(tǒng)運(yùn)行程序化,既減少人工操作,又提高生產(chǎn)效率。
“標(biāo)準(zhǔn)化”的重要意義是改進(jìn)產(chǎn)品、過程和服務(wù)的適用性,防止貿(mào)易壁壘,促進(jìn)技術(shù)合作。要實(shí)現(xiàn)橋梁工程標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的前提,必須是橋梁設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化。這就需要設(shè)計思路的跟進(jìn)、設(shè)計理念的創(chuàng)新、設(shè)計思想不受經(jīng)濟(jì)利益的干擾。以人為本,從人性化角度出發(fā),設(shè)計出外形美觀、結(jié)構(gòu)合理、成本可控、便于施工、更可復(fù)制的梁式橋梁,才是梁式橋梁標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的根本所在。
3.1.1 開發(fā)目的
開發(fā)獲得國家發(fā)明專利的“無軌道式行走掛籃”[5-6]的目的:是去掉了傳統(tǒng)軌行式掛籃的工字型行走軌道及軌道錨固,減少了構(gòu)件重量以及軌道錨固操作時間;采用滾動形式減小了行走阻力,大大縮短了節(jié)段施工周期;掛籃結(jié)構(gòu)重心靠近箱梁梁面,受力明確,掛籃的整體受力穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)節(jié)省大量軌道鋼材、降低制造成本、減少設(shè)備攤銷、節(jié)約人工成本、提高施工速度的目的。
3.1.2 技術(shù)特征
由三角形桁架承重系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、底籃吊帶系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、模板系統(tǒng)五部分組成[5],掛籃高5 m,前端懸臂長5 m,后端錨固長5 m。利用兩片三角桁片的底部主縱梁作為行走軌道,在主縱梁的底部前端分別對應(yīng)設(shè)有一個前支座,在主縱梁的底部后端分別對應(yīng)設(shè)有一個后支座反掛輪。行走時先用壓梁將后支座反掛輪組錨固于箱梁頂面,再將前支座移動至懸臂端,拆除后錨系統(tǒng),安裝掛籃行走牽引所需的精扎螺紋鋼,一端連接于三角主桁片主縱梁中間下弦底部,另一端連接于前支座,利用液壓千斤頂循環(huán)連續(xù)牽引2根Φ32 mm精扎螺紋鋼作為頂推動力,帶動掛籃三角主桁片、前上橫梁及內(nèi)、外滑梁移至下一節(jié)梁段位置。
3.1.3 操作流程
(1)在確保后錨壓梁牢固錨定前提下,首先松開后反掛輪支座與現(xiàn)澆梁的錨固桿,將其向前滾動至下一個節(jié)段需要錨固的位置,在立柱前端采用液壓千斤頂將掛籃的前端輕微頂起,前支座就能輕松向前推動到位(圖3),松開千斤頂將掛籃前端放下,將反掛輪上的錨固桿錨固在現(xiàn)澆梁的錨孔上,然后再松開后錨壓梁上的錨固桿。
(2)在前支座前端水平安裝穿芯式液壓千斤頂,通過牽引螺紋鋼與主縱梁底邊的推進(jìn)支撐點(diǎn)連接,啟動千斤頂使掛籃整體前移到一下節(jié)段(圖4),最后將后錨壓梁上的錨固桿錨固在現(xiàn)澆梁預(yù)留的孔上,就能完成整個掛籃一個節(jié)段的移動過程。
圖3 將前支座頂起就能輕松向前推動到位
圖4 啟動千斤頂使掛籃整體前移
3.2.1 開發(fā)目的
開發(fā)“具備液壓功能的裝配式預(yù)制模板”[7]的目的:一是實(shí)現(xiàn)模板支撐架在不同型號的模板上重復(fù)利用;二是支撐架與模板設(shè)計成拆卸模式,既解決一車裝運(yùn)多品模板,又便于模板的堆放;三是實(shí)行橫隔板與縱向模板分離,從根本上解決橫隔板脫模難的問題;四是關(guān)模與脫模實(shí)現(xiàn)液壓推動,既減少人工操作又提高生產(chǎn)效率;從整體實(shí)現(xiàn)關(guān)模與脫模自動化,系統(tǒng)運(yùn)行程序化。
3.2.2 技術(shù)特征
由槽鋼焊接成可調(diào)節(jié)尺寸的單片支撐架,通過縱向連接梁用螺栓將單片支撐架連接成一品支撐架,在支撐架一側(cè)和頂端分別設(shè)置連接螺栓;在模板背面焊接定形條,定形條上的連接螺孔分別與支撐架一側(cè)和頂端螺孔對應(yīng)(圖5),組合成一榀梁板縱向模板;在其端頭設(shè)置螺栓,在橫隔板模板一側(cè)設(shè)置開口式喇叭形螺孔,螺栓與喇叭形螺孔組合,可實(shí)現(xiàn)縱向模板與橫隔板輕松分離與組合的效果。
圖5 模板背面的螺孔與支撐架螺栓對應(yīng)
在支撐架的縱向梁下端設(shè)置垂直油缸,其下端設(shè)置水平移動底座,底座設(shè)置在帶有滑槽的托重梁上,托重梁一端安裝水平推進(jìn)油缸,兩端設(shè)計行走小車,在小車上設(shè)置動力電機(jī),行走小車下端設(shè)置軌道(圖6)。
圖6 標(biāo)件化的 T梁模板
3.2.3 操作流程
(1)關(guān)模操作:首先通過行走小車上設(shè)置的動力電機(jī),將模板縱向調(diào)整到臺座位置,再啟動水平推進(jìn)油缸將模板橫向移動到位,最后使用垂直油缸調(diào)整模板的精確位置。
(2)脫模操作:按照相反的順序,先收縮垂直油缸,再收縮水平油缸,最后縱向移動整體模板到臺座位置。
3.3.1 開發(fā)目的
開發(fā)“便于橋墩施工的裝配式圓柱模板”[8]的目的:減少操作工人用兩把扳手,一顆一顆安裝螺栓的繁瑣工序,實(shí)行錯位對接,螺桿穿過螺孔復(fù)位后,只需用一把扳手將螺桿扭緊或扭松,實(shí)現(xiàn)快速關(guān)模、快速脫模,方便施工,提高工效。
3.3.2 技術(shù)特征
將橋墩圓柱模板設(shè)計為公模板與母模板,在公模板兩側(cè)的螺孔上固定有螺帽,螺帽上帶有螺桿,螺桿頭伸出公模板2~4 cm;在其兩側(cè)設(shè)計有用于對位輔助裝置的公搭扣和輔助脫模用的頂模螺栓。
母模板上與公模板螺栓對應(yīng)的螺孔為葫蘆形狀的大小孔,大孔的直徑需大于螺桿頭直徑2~4 cm,小孔的直徑需要大于螺桿直徑小于螺桿頭直徑;在其兩側(cè)設(shè)計有用于對位輔助裝置母搭扣。
在公模板和母模板兩端,一端是帶有螺帽的螺桿,另一端是葫蘆形狀的大小孔。
3.3.3 操作流程
(1)上下對接:兩片公模板或兩片母模板上下對接時,在地面水平狀態(tài)下,使用便于橋墩圓柱模板拆裝的輔助床,將伸出公模板2~4 cm的每顆螺桿頭對準(zhǔn)葫蘆形狀的大孔處,整體將模板向小孔方向轉(zhuǎn)動2~4 cm,待螺桿頭就位后,每顆螺桿只需要一把扳手扭緊即完成拼接。
(2)豎立關(guān)模:待公模板和母模板在地面拼接到需要澆筑橋墩的高度后,用吊車先吊裝母模板豎立就位,再吊裝公模板與母模板錯位對接,由人工輔助吊起的公模板,使兩側(cè)的對位輔助裝置與母模板兩側(cè)的對位輔助裝置對位后,螺桿頭就能精確穿進(jìn)葫蘆孔(圖7),螺桿穿過螺孔復(fù)位后,只需要用一把扳手對每顆螺桿緊幾圈,就能實(shí)現(xiàn)關(guān)模。
(3)豎立脫模:首先松開所有螺栓,再轉(zhuǎn)動輔助脫模用的頂模螺栓(圖8),使模板與混凝土墩柱分離,然后再吊裝公模板,完成脫模工作。
圖7 螺桿頭精確穿進(jìn)葫蘆孔
圖8 松開螺栓再轉(zhuǎn)動頂模螺栓
對梁板預(yù)制場地要求,首先場地的縱坡要求不大于1 %,才能滿足液壓模板縱向推移到下一段臺座,其次是場地的寬度,由于液壓模板的液壓裝置和模板本身的寬度在80~100 cm,一側(cè)模板的寬度就需要200~220 cm,左右側(cè)加臺座的寬度要求在500~540 cm,按一般4車道高速的路基寬2 450 cm,最基本的場地寬都能設(shè)置3~4排液壓模板的臺座的建設(shè)。
在滿足場地縱坡和寬度后,就需要認(rèn)真規(guī)劃材料及梁板的進(jìn)出場道路、場地硬化,桁車軌道、電纜架設(shè)、水溝設(shè)置,特別要預(yù)先考慮預(yù)埋養(yǎng)護(hù)用水的水管及龍頭,合理布置地材、鋼筋、輔助材料的堆放場地,根據(jù)梁板安裝情況,還要充分考慮足夠的存梁場地。
搭建一個能滿足生產(chǎn)的、標(biāo)準(zhǔn)的鋼筋制作大棚(圖9),是橋梁標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)很重要的一個標(biāo)志,使用專業(yè)鋼筋制作設(shè)備,采用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的鋼筋制作模具和鋼筋安裝輔助工具,是保證工程質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)最有效的途徑(圖10)。
圖9 標(biāo)準(zhǔn)的鋼筋制作大棚
圖10 專業(yè)鋼筋制作設(shè)備
根據(jù)液壓模板的行經(jīng)規(guī)律,在液壓模板的液壓控制系統(tǒng)中設(shè)置運(yùn)行程序,實(shí)現(xiàn)關(guān)模與脫模操作步驟完全程序化;鋼筋制作時,在專業(yè)鋼筋制作設(shè)備上,設(shè)置好需要鋼筋的型號和數(shù)量,由操作人員控制操作程序,來完成各種型號鋼筋的制作;鋼筋安裝時,采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的安裝輔助工具,實(shí)現(xiàn)鋼筋綁扎達(dá)到設(shè)計規(guī)范。
要從橋梁設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化,到橋梁工程的預(yù)制模板標(biāo)件化和自動化、強(qiáng)調(diào)場地建設(shè)規(guī)范化、鋼筋制作標(biāo)準(zhǔn)化、鋼筋綁扎模塊化、操作步驟程序化;再到關(guān)模、脫模、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)輸、安裝標(biāo)準(zhǔn)化;場地環(huán)境、標(biāo)志標(biāo)識、管理制度等全過程的標(biāo)準(zhǔn)化,才能真正意義的實(shí)現(xiàn)梁式橋梁工程的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。
[1] JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].
[2] JTJ 025-86公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].
[3] JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].
[4] JTJ 076-95公路工程施工安全技術(shù)規(guī)程[S].
[5] 黃惠勇,馬江,楊瀚翔, 等. 青義涪江大橋無軌道三角掛籃設(shè)計與施工[J]. 城市建筑, 2015(11): 306-307.
[6] 四川川交路橋有限責(zé)任公司. 無軌道式行走掛籃: CN201410144028. 2[P]. 2014-06-18.
[7] 四川川交路橋有限責(zé)任公司. 具備液壓功能的裝配式梁板預(yù)制模板: CN201710071115. 3[P]. 2017-05-31.
[8] 四川川交路橋有限責(zé)任公司. 便于橋墩施工的裝配式圓柱模板.
[定稿日期]2017-07-24
李青洋(1967~), 男, 大專, 工程師。
U442.5+2
A