市政橋梁預制構件廠規(guī)劃設計研究

徐桂平

（上海公路橋梁（集團）有限公司，上海市 201906）

0 引言

市政橋梁作為重要的城市交通基礎設施對城市交通網絡的建立和社會經濟發(fā)展起到了極為重要的作用。采用傳統(tǒng)工藝施工的市政橋梁存在著工業(yè)化程度低、工程質量不穩(wěn)定、施工周期長、對城市交通干擾大等突出問題；發(fā)展預制裝配式橋梁，對推動城市基礎設施施工方式變革、提高勞動生產率具有重要意義。隨著橋梁預制結構類型及其預制工藝的發(fā)展，對預制廠（場）的規(guī)劃設計提出了更高的要求。但大多數預制構件場定位依然為橋梁工程的臨時配套設施，未能體現預制構件生產的專業(yè)化、工廠化和標準化，還存在著重復建設等問題，難以充分體現和發(fā)揮預制裝配式橋梁的產業(yè)優(yōu)勢。

目前西南交通大學、石家莊鐵道大學等高校及鐵路相關施工單位針對鐵路客運專線預制梁場的規(guī)劃設計進行了較為系統(tǒng)的研究[1-4]；在市政及公路領域，預制梁場的規(guī)劃設計重視程度相對較弱，大多數橋梁預制構件場主要依據現場施工人員業(yè)內經驗進行規(guī)劃設計，和工廠化、標準化還有著不小的差距。服務于城市區(qū)域的市政橋梁所對應的橋梁預制構件場具有工廠化和標準化更為迫切的需求。

為推進市政橋梁預制構件“場”向預制構件“廠”的轉變，本文以市政橋梁預制構件的結構特性和生產工藝為出發(fā)點，結合工程實踐，系統(tǒng)的從預制梁廠的選址、規(guī)劃布局等方面進行分析研究，為后續(xù)市政橋梁預制廠規(guī)劃設計及施工建設提供參考。

1 市政橋梁預制構件廠基本定位

預制構件產品的定位及相應的設備配置水平是構件廠規(guī)劃設計的基本條件。

1.1 預制構件的產品

市政橋梁的預制構件可分為上部結構構件和下部結構構件。在梁高受限、景觀及行車舒適度要求較高的市政橋梁中，上部結構通常選用跨越能力強、結構性能良好、便于施工的預制小箱梁[5]；下部結構預制構件主要包括預制蓋梁和立柱；隨著預制技術的發(fā)展，防撞墻也實現了和邊梁在廠內的一體化預制。

考慮預制構件運輸及安裝等因素，目前預制裝配式市政橋梁主要采用上、下行分幅結構形式。在產能規(guī)劃設計時，將橋梁對應的立柱、蓋梁及小箱梁的配比，即單跨橋梁立柱：蓋梁：小箱梁=2:1:3作為預制構件生產線產能配置的依據。如圖1所示結構形式。

1.2 主要生產設備配置

橋梁預制構件生產常用設備可分為起重、吊運設備，鋼筋加工設備，混凝土加工、運輸設備，生產臺座及其模板系統(tǒng)。

圖1 市政橋梁常用預制構件結構圖

（1）起重、吊運設備主要用于鋼筋籠、模板周轉、安裝以及預制構件移運等工作，宜選用門式起重機（行車），以確保實現各工藝間流水作業(yè)，提高生產效率。根據作業(yè)對象起重設備分為鋼筋籠運輸、模板安拆起重機（小行車）和預制構件移運起重機（大行車），其中小行車使用頻率較高應采用快速型行車。

（2）鋼筋加工設備應采用全自動數控加工設備，以保證鋼筋加工精度、提高生產效率。

（3）預制構件采用高性能混凝土，攪拌設備應采用雙系統(tǒng)強制式攪拌機，運輸設備采用攪拌車。

（4）小箱梁模板系統(tǒng)由內芯模、側模、底模和端模組成。近年來縱向滑模工藝逐步推廣運用，這對臺座的合理布局和工效的提升起到了積極的作用，為提高施工效率側模宜結合滑模工藝采用整體式大模板；內芯模應具有液壓收縮功能，內芯模采用“模板內力自平衡技術”抗??；蓋梁模板采用液壓整體式模板；立柱模板為節(jié)段組合模板以適應立柱高度變化。

2 市政橋梁預制構件廠規(guī)劃設計要點

預制梁廠的規(guī)劃設計需要結合市政橋梁預制構件的生產工藝，需要多專業(yè)有效整合，實現人員、設備、材料等資源的優(yōu)化配置，規(guī)劃和設計的成功與否，直接決定了梁廠建設期的投入和運營期的工作效率。

2.1 產能規(guī)劃及選址

考慮構件自重、運輸等因素，市政橋梁預制構件廠通常局限于所在城市的區(qū)域性市場，因此應依據本區(qū)域內未來若干年內規(guī)劃需求合理設置預制廠產能。根據目前常規(guī)的生產工藝，構件廠產能和占地面積有著線性關系，根據市政橋梁構件預制生產經驗，單位土地年產能約（1.125～1.5）萬m3/hm2，在此基礎上應有10%左右的土地富余量，以便于升級改造。

橋梁預制構件廠作為城市橋梁預制化生產的重要支撐，其選址不僅要符合城市的整體控制性規(guī)劃，還應將交通、土地、資源供應等作為重要影響因素，在滿足生產需求的前提下節(jié)約投資和運營成本。表1所述的各類因素中，場地內在條件應作為構件廠選址的首要因素[6]；市政橋梁預制構件通常采用“集中預制、現場拼裝”的裝配式施工，原材料及構件運輸量大，對運輸道路要求較高，交通便利是構件廠正常運轉的必要條件；便利的資源供應能夠很大程度上減少建設成本。

表1 市政橋梁預制構件廠選址因素

2.2 整體規(guī)劃設計

預制構件廠區(qū)主要包括預制生產線（鋼筋綁扎區(qū)、制作區(qū)、存放區(qū)）、輔助生產區(qū)（鋼筋加工中心、混凝土拌合站）、運輸通道及辦公生活區(qū)等，各功能區(qū)相互獨立又有機聯系，規(guī)劃設計時應在滿足各區(qū)域功能外，以工藝流程為主導充分考慮各區(qū)域間的協(xié)調。

2.2.1 各功能區(qū)總體布置

總體布置的關鍵是結合預制工藝流程，處理好預制生產線內部各功能區(qū)、預制生產線與其他功能區(qū)、運輸通道與其他功能區(qū)的空間位置關系，形成科學有序高效的流水式作業(yè)。

制作區(qū)是預制廠的生產核心區(qū)，主要施工工序均在該區(qū)域安排作業(yè)，應予優(yōu)先考慮；鋼筋綁扎區(qū)及存放區(qū)應布置在制作區(qū)兩端，以便形成鋼筋→模板→混凝土→堆放的流水作業(yè)；制作區(qū)和存梁區(qū)間應設置產、存轉換區(qū)，靈活調節(jié)產、存之間關系；為縮短運輸路線、減少作業(yè)交叉影響，存放區(qū)宜布置在靠近出口處，鋼筋加工中心與混凝土拌和站應分別靠近鋼筋綁扎區(qū)和制作區(qū)；倉庫、變電站等應充分利用邊角區(qū)域布置以提高土地利用率；運輸通道應采用環(huán)形布置，主要物資運輸路線應避免交叉，物資出入口設置應不少于2個；辦公、生活區(qū)應布置在臨近存放區(qū)的位置，以減少生產作業(yè)對生活的影響。

為實現預制構件生產的流水作業(yè)，根據門式起重機的作業(yè)跨徑將鋼筋綁扎區(qū)、制作區(qū)、存放區(qū)劃分為若干生產線，各生產線作為相對獨立的生產單元；當有多個生產線并存時，宜將相鄰的生產線分組，組內共用運輸通道，以提高土地利用率。

2.2.2 預制生產線規(guī)劃設計

根據當前市政橋梁預制構件類型劃分，預制廠生產品種主要包括小箱梁、立柱和蓋梁。小箱梁的結構及預制周轉特性決定了小箱梁預制生產臺座較大的占地規(guī)模，同時小箱梁產能也是蓋梁、立柱生產線布置的重要依據，因此小箱梁生產線布置對構件廠的總體布置具有決定作用。

2.2.2.1 小箱梁生產線規(guī)劃設計

小箱梁通常采用“后張法”生產，其工藝流程為：小箱梁底模安裝→底板、腹板鋼筋綁扎，預應力管道安裝→側模安裝→內模、端頭模板安裝→頂板鋼筋綁扎、預埋件安裝→模板加固→混凝土澆筑、拆模、常規(guī)養(yǎng)護→預應力張拉→孔道壓漿、封錨及養(yǎng)護→移梁。規(guī)劃時應根據該工藝流程進行生產區(qū)整體流水設計。

目前市政橋梁小箱梁結構已基本實現標準化，小箱梁主要跨徑分為25 m、30 m、35 m，為確保生產線的通用性，應按照35 m跨徑小箱梁進行生產線規(guī)劃布局[7]。

單片箱梁占用生產臺座時間約12 d，邊梁防撞墻一體化預制時，占用臺座時間約14 d；存梁宜采用雙層存梁，存梁時間通常為30 d；生產臺座和存放臺座數量之比約為7∶9[8-9]；鋼筋胎架及模板由生產線日產小箱梁榀數N確定；鋼筋胎架包括頂板胎架和底板、腹板胎架，根據生產實踐經驗頂板胎架和底板、腹板胎架數量應分別為 N/4、N+1；底模板及其基礎形成整體預制生產臺座，內芯模和側模數量為 N+1～2。

（1）綜合考慮產能、施工效率及各個工藝流程銜接的順暢性，小箱梁預制生產臺座宜采用縱向布置（按平行或垂直于門式起重機行走方向分為縱向布置和橫向布置），利用滑模形成臺座之間模板安拆的高效流水作業(yè)，同時臺座左右交錯布置以縮短臺座縱向間距；生產臺座的縱、橫向間距應分別考慮內芯模抽模和側模板操作的空間；相對生產臺座而言，存放臺座的縱、橫間距可適當縮小，以能滿足小箱梁起吊作業(yè)為宜；

（2）小箱梁生產線橫向距離一般為20～40 m，通常為生產臺座橫向中心距的整數倍；生產線的長度確定以地塊的長邊長度為基礎，取生產臺座縱向中心距的最大整數倍，并預留出生產線兩端通道空間；

（3）針對縱向布置的小箱梁生產線宜采用“雙機抬吊”移運方式，每條生產線分別配置2臺用于移運箱梁的大行車和2臺生產用小行車。

2.2.2.2 蓋梁生產線規(guī)劃設計

目前預制蓋梁主推上、下行分幅的市政橋梁，對應蓋梁長度約9～13 m；蓋梁生產工藝同小箱梁生產工藝基本相同，但在模板施工存在不同，蓋梁模板為整體式模板，且不涉及內芯模。

單個蓋梁占用生產臺座時間約12 d，蓋梁采用單層存梁方式；制梁臺座和存量臺座數量之比約為2∶3；蓋梁的產能與小箱梁產能配比應與單跨預制構件的數量配比相匹配。蓋梁鋼筋綁扎工作量大且精度要求高，單個鋼筋胎架日產能約0.5榀/d，因此蓋梁鋼筋籠配置數量應不小于蓋梁日產能的2倍；蓋梁模板通常采用和臺座一體的整體式模板。

（1）蓋梁預制生產臺座采用橫向布置，每條生產線縱向宜配置生產臺座1～2列；生產臺座的縱、橫向間距應分別考慮模板安拆和預應力施工空間；與生產臺座相比存放臺座的縱、橫間距可適當縮小，以滿足蓋梁起吊需求為宜；

（2）當生產臺座采用單列布置時生產線跨徑約為20～25 m，采用雙列布置時生產線跨徑約為35～40 m；生產線的長度確定以規(guī)劃區(qū)域（箱梁生產線布置完成后）的長邊長度為基礎，取生產臺座橫向中心距的整數倍，并預留出生產線兩端通道空間；

（3）綜合蓋梁結構及行車結構尺寸，蓋梁及其鋼筋籠宜采用“雙天車”行車單機移運，每條生產線宜配置大、小行車各1臺。

2.2.2.3 立柱生產線規(guī)劃設計

預制立柱通常采用矩形或圓形等截面，考慮起重、運輸設備等因素，13 m以上立柱應分節(jié)段制作；為保證立柱外觀質量，目前立柱通常采用“站立式”制作與存放方式。

單個立柱占用生產臺座時間約10 d；制梁臺座和存梁臺座數量之比約為1∶2；立柱的產能與小箱梁產能配比應與單跨預制構件的數量配比相匹配。

（1）立柱預制生產和存放臺座布置通常采用分組布置以提高土地利用率，分組時應確保在各臺座滿負荷狀態(tài)下每個臺座均在登高車作業(yè)范圍內；生產組內間距設置主要考慮模板拆除施工及立柱運輸，組間間距主要考慮登高車作業(yè)空間；存放組間距除應考慮登高車作業(yè)空間外，還應考慮立柱防傾覆措施的作業(yè)空間。

（2）采用“站立式”預制工藝使預制立柱占用較小的預制臺座區(qū)域，分組布置較為靈活，在滿足產能的基礎上根據剩余地塊尺寸靈活調整。

（3）立柱生產輔助區(qū)主要包括立柱模板拼裝、翻轉區(qū)，立柱翻轉區(qū)；立柱模板拼裝、翻轉區(qū)通常設置在鋼筋籠胎架附近區(qū)域；立柱翻轉區(qū)主要用于裝車時立柱翻轉，通常設置在立柱存放區(qū)端部。

（4）由于立柱采用“站立式”預制，因此該生產線大、小行車的有效起重高度均應大于預制立柱的最大高度；每條生產線宜配置單天車大、小行車各1臺。

2.2.3 輔助區(qū)生產規(guī)劃設計

輔助生產區(qū)主要包括鋼筋加工中心、混凝土拌和站，其規(guī)模主要依據各生產線的產能進行規(guī)劃和布局。

鋼筋加工中心的規(guī)劃設計應結合鋼筋加工設備的配置：根據預制日產能分類計算直筋、彎筋和箍筋加工量→根據加工設備效率計算設備數量→根據加工流程及各類設備數量、外形尺寸布置設備工位→根據鋼筋原材和半成品存儲需求計算存放區(qū)的占地，并按鋼筋加工流程布置在鋼筋加工設備周邊，鋼筋加工中心應采用標準化的鋼結構廠房。

預制構件廠通常采用高標號混凝土、供應需求量大并且供應集中，因此在規(guī)劃設置時應設置專用混凝土拌和站以保證生產需求。拌和站攪拌機宜采用強制式攪拌機，拌和設備配置宜堅持“用一備一”的原則，根據混凝土日需求量及原材供應便利程度確定原材存儲量及占地面積，原材場內運輸及上料應在密閉的空間，并配置必要的除塵設備。

3 結語

預制構件廠的建設成本較大，在規(guī)劃設計時應充分了解當地市政橋梁預制構件市場行情，因地制宜確定構件廠的產品類型及產能，避免重復建設。在規(guī)劃時應綜合兼顧各功能區(qū)塊及區(qū)塊內部各要素，以達到最優(yōu)組合；同時需要充分考慮通道寬度、臺座間距、工裝布置時充分顧及到選用設備的外形尺寸、性能和各項參數的影響；在規(guī)劃設計時應對運輸流線進行動態(tài)分析，盡量減少交叉施工。

本文根據當前成熟的生產工藝，針對市政橋梁綜合性預制構件廠從選址到各個功能區(qū)的規(guī)劃原則以及規(guī)劃設計思路和要點進行了簡要介紹，以期為市政橋梁預制構件廠的規(guī)劃設計提供參考。