成套式模塊棧橋技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

郭慶華，張 利，倪時(shí)華

(中煤建筑安裝工程集團(tuán)有限公司，河北 邯鄲 056002)

1 概 述

隨著建筑工業(yè)化的發(fā)展，我國的裝配式結(jié)構(gòu)取得跨越式的發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件工廠化生產(chǎn)越來越普及，而建筑工業(yè)化發(fā)展并不均衡。目前建筑工業(yè)化主要集中于房屋建筑領(lǐng)域，在工業(yè)建筑領(lǐng)域工業(yè)化生產(chǎn)水平相對(duì)落后。棧橋是一種重要的工業(yè)建筑，它承擔(dān)散料的運(yùn)輸功能。目前，國內(nèi)棧橋多為砌體結(jié)構(gòu)棧橋、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)棧橋以及桁架式鋼棧橋。裝配式棧橋在澳大利亞、美國等現(xiàn)代化礦井均有大量應(yīng)用，國內(nèi)研發(fā)的成套式模塊棧橋是在引進(jìn)、消化、吸收國外裝配式棧橋的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國散裝物料儲(chǔ)裝運(yùn)配一體化工程需求進(jìn)行研發(fā)。對(duì)成套式模塊棧橋模塊尺寸、保溫、棧橋底板、外觀等多方面進(jìn)行了改進(jìn)。從設(shè)計(jì)、加工制造、運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場裝配、調(diào)試全過程、全流程工藝再造，實(shí)現(xiàn)了棧橋工業(yè)化生產(chǎn)、裝配式施工。

2012年通過對(duì)澳大利亞鋼結(jié)構(gòu)棧橋的考察，對(duì)國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)棧橋設(shè)計(jì)、制作和拼裝、吊裝技術(shù)進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，于2014年開展成套式模塊棧橋設(shè)計(jì)、制作及拼裝、吊裝技術(shù)研究，于2015年研制成功，并于2015年底首次應(yīng)用于內(nèi)蒙古伊金霍洛旗圖克大化肥輸煤工程，該工程棧橋共計(jì)2936m。

成套式模塊棧橋由六個(gè)部分組成，分別是側(cè)板、頂板、橫梁、底板、吊掛式帶式輸送機(jī)和附屬結(jié)構(gòu)，如圖1所示。側(cè)板分為保溫式和非保溫式，側(cè)板有下縱梁、上縱梁、勁肋和波形板組焊成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)板，保溫式在側(cè)板內(nèi)側(cè)加設(shè)保溫層。頂板亦分為保溫式和非保溫式。底板有三種形式：第一種是在底橫梁上鋪輕質(zhì)預(yù)制板；第二種是在底橫梁上架設(shè)壓型鋼板，在壓型鋼板上現(xiàn)澆鋼筋混凝土；第三種是將預(yù)制鋼骨架混凝土組合結(jié)構(gòu)板直接固定于底縱橫梁上。帶式輸送機(jī)可以懸掛設(shè)置，亦可落地設(shè)置。采光和通風(fēng)設(shè)施設(shè)于頂板處，頂板由通光板和彩鋼板組成，各種附屬設(shè)施和各種管道、電纜橋架等可布置于上橫梁上部。

圖1 成套式模塊棧橋組成

棧橋采用模塊式設(shè)計(jì)、制作，分成標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)為9.0m和12.0m，可組成各種尺寸，節(jié)與節(jié)之間采用高強(qiáng)螺栓連接。棧架寬度范圍從3.5m到10.5m，可設(shè)單輸送帶、雙輸送帶和三輸送帶，輸送帶角度0°～15°。棧橋支架亦采用模塊化設(shè)計(jì)，分為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，支架采用鋼管制作，立桿和橫桿及斜桿之間俱采用螺栓連接，節(jié)和節(jié)之間亦采用螺栓連接，支架亦可采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

棧橋的側(cè)板、上橫梁、頂板、底板、懸掛式帶式輸送機(jī)部件、各種附屬結(jié)構(gòu)在工廠加工，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，在現(xiàn)場用螺栓進(jìn)行組裝。模塊支架以桿件形式運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，以螺栓進(jìn)行組裝。支架和棧橋在地面上組裝，組裝完畢后，再進(jìn)行整體吊裝。在施工現(xiàn)場的組裝過程中，無焊接作業(yè)，無噴涂作業(yè)。

2 技術(shù)特點(diǎn)

成套式模塊棧橋相對(duì)于傳統(tǒng)棧橋的桁架式棧橋具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

1)結(jié)構(gòu)形式。成套式模塊棧橋采用箱體薄殼結(jié)構(gòu)，側(cè)板既作受力構(gòu)件，同時(shí)又代替了圍護(hù)結(jié)構(gòu)。成套式模塊棧橋?qū)⑤斔蛶еЪ軕覓煊谏蠙M梁，使上橫梁承受帶式輸送機(jī)及散料的荷載，底橫梁承受底板自重及維修后荷載。連續(xù)多跨棧橋工程中，桁架式棧橋跨與跨之間無聯(lián)結(jié)，每跨棧橋作為一個(gè)獨(dú)立單元，以簡支梁形式進(jìn)行受力，而成套式模塊棧橋跨與跨之間亦采用高強(qiáng)螺栓聯(lián)結(jié)，其多跨棧橋可以連續(xù)梁作受力分析，有效降低彎矩和撓度。

2)工廠化加工。成套式模塊棧橋的側(cè)板、頂板、上橫梁、底板(下橫梁)俱在工廠中機(jī)械制作。所有下料均采用數(shù)控機(jī)床，所有螺栓孔均采用數(shù)控鉆床，焊縫由機(jī)械焊接形成，側(cè)板由上梁、下縱梁、勁肋和波形鋼板在專用模具中機(jī)械焊接而成，專用模板有效的制約了焊接引起的變形，保證了側(cè)板的整體尺寸精度和勁肋表面的平整度。側(cè)板出模后整體進(jìn)行拋丸處理后，進(jìn)行自動(dòng)噴漆烘干，頂板、底板(底模梁)、上橫梁等部件俱在專用模具內(nèi)制作，尺寸精度高，所有鋼部件俱進(jìn)行拋丸處理后進(jìn)行自動(dòng)噴漆烘干。而傳統(tǒng)的桁架式棧橋，大部分采用手工下料、噴砂除銹、手工焊接、手工噴漆。兩者相比，模塊棧橋部件尺寸方面精度更高、焊接質(zhì)量更有保障、防腐質(zhì)量更高。

3)施工工期。傳統(tǒng)桁架棧橋制作完畢后，一跨36.0m棧橋在現(xiàn)場拼裝、噴涂、安裝圍護(hù)結(jié)構(gòu)等工序約7d，吊裝后安裝帶式輸送機(jī)、管道、電纜橋架、樓面做防水保護(hù)層等處理約需7～10d，總工期約15d左右。而成套式模塊棧橋制作完畢后，在施工現(xiàn)場拼裝完結(jié)構(gòu)底板后，而后安裝懸掛式帶式輸送機(jī)、管道、頂板等約需4d，吊裝后只需放輸送帶、鋪設(shè)電纜即可，總工期只需5d左右。例如，在內(nèi)蒙古圖克項(xiàng)目采用成套式模塊棧橋，施工速度快，使冬季高寒地區(qū)施工成為可能，所以其工期優(yōu)勢(shì)更大。成套式模塊棧橋尤其適合老舊棧橋的更換，很多棧橋由于使用年限較長，棧橋安全性，需要更換，但由于生產(chǎn)需求，停工時(shí)間不能過長，只能在設(shè)備檢修期間進(jìn)行。成套式模塊棧橋可以很好地滿足這種需求，舊棧橋分配權(quán)成拆卸后，成套式模塊棧橋可迅速吊裝就位，而后連接將跨與跨之間的管道，安裝輸送帶，鋪設(shè)電纜即可，基本不影響業(yè)主方的生產(chǎn)。

4)施工安全。由于成套式模塊棧橋的大部分作業(yè)俱在地面上完成，所以高處作業(yè)較少，這樣有效的降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，無焊接作業(yè)，避免了火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)因素。

5)作業(yè)環(huán)境。成套式模塊棧橋拼裝時(shí)，先將側(cè)板用螺栓固定于底盤，不同于桁架式棧橋還需臨時(shí)支撐，所以成套式模塊棧橋拼裝時(shí)所需占地少，成套式模塊棧橋拼裝時(shí)無濕作業(yè)。對(duì)環(huán)境溫度要求低。成套式模塊棧橋拼裝后不需要進(jìn)行噴涂作業(yè)，對(duì)氣溫和風(fēng)速等環(huán)境要求低，成套式模塊棧橋拼裝時(shí)無焊接，對(duì)氣溫要求低，尤其是在化工廠等對(duì)動(dòng)火作業(yè)有嚴(yán)格要求的環(huán)境，成套式模塊棧橋更適宜。

6)綠色環(huán)保。十八大以后，我國環(huán)境保護(hù)日益嚴(yán)格，施工作業(yè)是環(huán)保重災(zāi)區(qū)之一，綠色施工是時(shí)下主旋律。在鋼結(jié)構(gòu)施工中，焊煙和漆霧是兩大污染源，成套式模塊棧橋所有焊接和噴涂作業(yè)俱在工廠完成，在現(xiàn)場只有螺栓連接，所以成套式模塊棧橋在現(xiàn)場施工更綠色，更環(huán)保。

7)使用環(huán)境。傳統(tǒng)的桁架式棧橋在施工完底板后，桁架的腹桿處是防水薄弱環(huán)節(jié)，并且棧橋跨與跨之間的間隙亦是防水的通病之處。成套式模塊棧橋單跨中無腹桿，只有底板和底縱架之間有縫，由于采用螺栓緊固及柔性防水封閉，單節(jié)之間無漏水之虞；節(jié)與節(jié)之間采用專用伸縮節(jié)，很好解決了傳統(tǒng)棧橋的通病。另外傳統(tǒng)桁架式棧橋的圍護(hù)結(jié)構(gòu)在棧橋外側(cè)，故其腹桿等構(gòu)件易受灰、易受損，降低了防腐有效期，而成套式模塊棧橋的保溫層在內(nèi)側(cè)，隔絕了結(jié)構(gòu)勁板和波形鋼板的受拉和受灰，有效提高了防腐效果。而后成套式模塊棧橋的帶式輸送機(jī)采用懸掛、無支腿著地，故在清掃沖洗方面更方便。

3 經(jīng)濟(jì)性

成套式模塊棧橋具有鮮明的技術(shù)特點(diǎn)，但作為一個(gè)產(chǎn)品，大部分的業(yè)主更關(guān)注其經(jīng)濟(jì)性。筆者收集了近五年的220跨桁架式棧橋案例作為經(jīng)濟(jì)比較依據(jù)，這220跨棧橋由6家甲級(jí)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，其中單輸送帶棧橋80跨，雙輸送帶棧橋80跨，三輸送帶棧橋60跨。棧橋所在地從內(nèi)蒙古、山西、山東、河南、河北、安徽、到江蘇、江西、云南和新疆10個(gè)省份，棧橋跨度從18.0m到42.0m。

通過綜合分析比較，單輸送帶成套式模塊棧橋的每米含鋼量比桁架式棧橋高8%左右。每米棧橋造價(jià)比桁架式棧橋高5%左右。雙輸送帶棧橋每米含鋼量比桁架式棧橋低10%左右，每米棧橋造價(jià)比桁架式棧橋低5%左右。三輸送帶棧橋每米含鋼量比桁架式棧橋低15%左右，每米棧橋造價(jià)比桁架式棧橋低11%左右。在這三種棧橋中每噸鋼材造價(jià)比桁架式棧橋高10%左右。

工程項(xiàng)目業(yè)主更為關(guān)注棧橋每噸造價(jià)，但是棧橋噸造價(jià)未包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)、底板這兩者造價(jià)，占鋼棧橋造價(jià)的30%～40%。傳統(tǒng)鋼棧橋由設(shè)計(jì)院完成設(shè)計(jì)，確定運(yùn)輸距離后，其總含鋼量已定，通過噸造價(jià)可以估算棧橋總造價(jià)。而成套式模塊棧橋，只需要業(yè)主給出相關(guān)參數(shù)，設(shè)計(jì)施工單位直接提供整體產(chǎn)品，按照長度計(jì)價(jià)，按重量計(jì)價(jià)不適合模塊棧橋，即便噸造價(jià)較低，如果每米含鋼量高，也會(huì)造成總體造價(jià)偏高。業(yè)主需求是將散料的運(yùn)輸和轉(zhuǎn)移，因此距離確定后，按運(yùn)輸長度計(jì)價(jià)更合理。所以成套式模塊棧橋在單輸送帶棧橋造價(jià)略比桁架式棧橋高，雙輸送帶棧橋和三輸送帶棧橋比桁架式棧橋更具有經(jīng)濟(jì)性。另外在棧橋使用階段，在棧橋沖洗和維護(hù)方面，模塊棧橋更具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，并且成套式模塊棧橋具有可重復(fù)利用性，在全服務(wù)周期而論，成套式模塊棧橋的經(jīng)濟(jì)效益更好。

4 結(jié) 語

成套式模塊棧橋最大優(yōu)勢(shì)是以模塊單元形式在工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，而組成標(biāo)準(zhǔn)模塊的基本構(gòu)件(如側(cè)板、上部橫梁等)工廠有一定量的存儲(chǔ)。因此，對(duì)于長距離運(yùn)輸?shù)妮斔蜅?，有條件設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)跨度，采用標(biāo)準(zhǔn)模塊。配用標(biāo)準(zhǔn)棧橋支架，成套式模塊棧橋更能體現(xiàn)出其價(jià)格和工期的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于已經(jīng)投入生產(chǎn)的企業(yè)，往往現(xiàn)場加工和施工會(huì)造成一定的噪聲和環(huán)境污染，成套式模塊棧橋可有效的降低噪聲和環(huán)境污染。

綜上所述，成套式模塊棧橋作為中國新一代鋼棧橋，是一種新型產(chǎn)品，它克服了傳統(tǒng)桁架式棧橋的許多缺點(diǎn)，一是在技術(shù)上具有先進(jìn)性，在建筑工業(yè)化的大趨勢(shì)下，在環(huán)境保護(hù)越來越嚴(yán)的形勢(shì)下，成套式模塊棧橋的推廣應(yīng)用價(jià)值越來越高。二是在經(jīng)濟(jì)上具有優(yōu)勢(shì)和提升空間，在鋼材價(jià)格上升和人工費(fèi)越來越高的情況下，成套式模塊棧橋的經(jīng)濟(jì)性能將會(huì)得到更好的體現(xiàn)。