模板臺(tái)車在橋梁現(xiàn)澆混凝土防撞護(hù)欄施工中的應(yīng)用研究

楊 淼

(福建省華榮建設(shè)集團(tuán)有限公司 福建福州 350112)

0 引言

傳統(tǒng)橋梁現(xiàn)澆混凝土防撞護(hù)欄施工，因勞動(dòng)強(qiáng)度大、模板拼縫質(zhì)量差、安全風(fēng)險(xiǎn)高等因素，造成施工進(jìn)度緩慢，成品質(zhì)量較差。本文以施工項(xiàng)目為依托，從模板臺(tái)車的結(jié)構(gòu)受力分析、模板吊裝、安裝拆卸等方面剖析模板臺(tái)車在防撞護(hù)欄施工中的作用，指出，其在實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、專業(yè)化的基礎(chǔ)上，保證了防撞護(hù)欄的的施工質(zhì)量、降低了成本，值得在橋梁防撞護(hù)欄施工中推廣。

1 工程概況

永泰縣城區(qū)二環(huán)路古岸橋至馬洋橋段道路工程總長(zhǎng)度3058 m(其中：黃厝大橋長(zhǎng)337 m，城峰隧道長(zhǎng)884 m，道路長(zhǎng)1869 m)，黃厝大橋采用(4×30 m+4×30 m+4×30 m)預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，橋臺(tái)采用柱式，橋墩采用樁柱式、樁基礎(chǔ)為沖孔灌注，全橋長(zhǎng)367.0 m。城峰隧道位于永泰縣樟城鎮(zhèn)里島村及城峰鎮(zhèn)龍峰村，右線隧道長(zhǎng)884 m，左線隧道長(zhǎng)867 m；隧道左右洞內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)為三心圓拱形式。隧道結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)；隧道結(jié)構(gòu)使用年限為100年；抗震設(shè)防烈度為6度。

2 工藝原理及創(chuàng)新改進(jìn)

施工現(xiàn)場(chǎng)選用的橋梁防撞護(hù)欄臺(tái)車，由行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、底架、立柱、前后臂、配重箱和液壓支腿組成，與傳統(tǒng)模板臺(tái)車相比，較采取了以下創(chuàng)新改進(jìn)：

(1)臺(tái)車底盤采用前后橋焊接而成，輪胎全部采用 28×9-15 實(shí)心橡膠輪胎。在前輪安裝全液壓轉(zhuǎn)向裝置，后輪安裝行走驅(qū)動(dòng)裝置和差速器，可自動(dòng)進(jìn)行大角度轉(zhuǎn)彎、掉頭，增加了靈活性，實(shí)現(xiàn)全方位操作。

(2)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用電機(jī)直接式擺線針輪減速機(jī)鏈驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)雙輪驅(qū)動(dòng)，可以安裝結(jié)合子，當(dāng)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，可操作結(jié)合子分離，變?yōu)閱屋嗱?qū)動(dòng)，有利于在橋梁橋面鋪裝完成后較快速的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)模板吊運(yùn)行走，消除施工中模板轉(zhuǎn)運(yùn)的弊端，加快了施工進(jìn)度[1]。

(3)操作平臺(tái)安裝在主體車架的外側(cè)。在車架的頂部設(shè)有滾動(dòng)座導(dǎo)軌，滾動(dòng)座導(dǎo)軌上安裝有可沿導(dǎo)軌移動(dòng)的滾動(dòng)座，吊掛裝置安裝在滾動(dòng)座的底端?，F(xiàn)場(chǎng)施工可利用吊掛裝置進(jìn)行起吊，并且沿滾動(dòng)座導(dǎo)軌將吊掛裝置移動(dòng)至所需的位置，方便操作人員站立在操作平臺(tái)上安裝或拆卸防撞護(hù)欄模板。

(4)增加液壓式支腿設(shè)計(jì)，解決了輪胎支撐受壓不均勻而導(dǎo)致變形和臺(tái)車穩(wěn)定性較差等問題。

(5)施工吊籃上配備了操作機(jī)械，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)者自行操縱。此外，在起重臂框架上設(shè)置一個(gè)防墜器，充分保障了施工者的安全，加快了施工進(jìn)程，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了工作效率。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程(圖1)

圖1 施工工藝流程圖

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 防撞護(hù)欄臺(tái)車設(shè)計(jì)

底架由和的連接槽鋼組成，長(zhǎng)6 m、寬2 m。立柱高4 m，由兩個(gè)對(duì)拼槽鋼組成，槽鋼屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、截面尺寸、厚度等應(yīng)符合國(guó)家規(guī)范要求。槽鋼焊縫應(yīng)滿焊，不得有裂紋、氣孔、夾渣等質(zhì)量問題，焊縫檢測(cè)應(yīng)符合規(guī)范要求應(yīng)符合質(zhì)量要求。前后臂由I32的工字鋼組成，前臂長(zhǎng)4.835 m，后臂長(zhǎng)2.465 m。其余的連接槽鋼，均由雙拼槽鋼組成。

設(shè)計(jì)配重方案：前臂端點(diǎn)配重2 t，后臂配重箱處配重3 t，根據(jù)配重方案計(jì)算各構(gòu)件受力情況以及支架的整體穩(wěn)定性。驗(yàn)算由上至下依次進(jìn)行，主要驗(yàn)算前臂、后臂、立柱及連接桿件。

3.2.1.1 前臂驗(yàn)算

人、小型機(jī)具等荷載按400 kg計(jì)算，即每根前臂末端承受荷載為2 kN，施工吊籃加裝工字鋼為I25b，人、小型機(jī)具荷載等效為前臂大梁末端荷載2.42 kN，臺(tái)車安全驗(yàn)算結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

(1)抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

前臂最大彎矩為：Mmax=FL+1/2QL2=47.51 kN·m

前臂截面強(qiáng)度：σ=Mmax/W=65.38 N/mm2

選取Q235 32b工字鋼截面，[σ]/σ=3.29>1.6，抗彎強(qiáng)度滿足要求。

式中：Mmax——最大彎矩；

F——集中荷載作用力；

L——荷載作用長(zhǎng)度；

q——均布荷載系數(shù)；

σ——截面強(qiáng)度；

W——抗彎截面系數(shù)；

[σ]——容許彎拉應(yīng)力，安全系數(shù)取 1.6。

圖2 臺(tái)車安全驗(yàn)算結(jié)構(gòu)圖

(2)抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

前臂最大剪力為：Fmax=F+QL=14.04 kN

前臂最大抗剪強(qiáng)度：τ=VS/Itw=4.47 N/mm2

選取Q235 32b工字鋼截面，[τ]/τ=27.96>1.6，抗剪強(qiáng)度滿足要求。

式中：Fmax——最大剪力；

τ——抗剪強(qiáng)度；

S——靜矩；

I——慣性矩；

tw——橫截面在中性軸的寬度；

[τ]——容許剪切應(yīng)力，安全系數(shù)取 1.6。

(3)撓度變形驗(yàn)算

前臂最大撓度為：f=FL3/3EI+QL4/8EI=7.85 mm

f/[f]<1/400，故前臂撓度變形滿足要求。

式中：f——撓度變形；

[f]——容許變形；

E——彈性模量；

L——荷載作用長(zhǎng)度；

I——慣性矩；

q——均布荷載系數(shù)；

由上述計(jì)算可知，防撞護(hù)欄臺(tái)車前臂滿足驗(yàn)算要求。

3.2.1.2 后臂驗(yàn)算

后臂配重為3 t，在最不利情況下，簡(jiǎn)化配重全部加載在后臂末端，沒根后臂末端受力為 5 kN。

(1)抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

后臂最大彎矩為：Mmax=FL+1/2QL2=17.87 kN·m

后臂截面強(qiáng)度：σ=Mmax/W=2.46 N/mm2

[σ]/σ=87.43>1.6，抗彎強(qiáng)度滿足要求。

(2)抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

后臂最大剪力為：Fmax=F+QL=15.67 kN

后臂最大切應(yīng)力為：τ=VS/Itw=4.99 N/mm2

[τ]/τ=25.05>1.6，抗剪強(qiáng)度滿足要求。

(3)撓度變形驗(yàn)算

后臂最大撓度為：f=FL3/3EI+QL4/8EI=0.35 mm

f/[f]<1/400，故后臂撓度變形滿足要求。

由上述計(jì)算可知，防撞護(hù)欄臺(tái)車后臂滿足驗(yàn)算要求。

3.2.1.3 立柱驗(yàn)算

立柱驗(yàn)算在最不利情況下，考慮前、后臂荷載全部在立柱上集中加載。

按照壓桿穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算，查表取穩(wěn)定系數(shù)0.925，立柱最大軸力Nmax=31.21 kN，立柱截面積A=54.913×2=109.826 cm2，故有N/φAf=0.014<1.0，因此，立柱穩(wěn)定性滿足要求。

3.2.2 施工準(zhǔn)備

本工程防撞護(hù)欄尺寸為高110 cm、底座寬度為50.3 cm、上部寬度為20 cm。施工前，對(duì)梁板混凝土結(jié)合面進(jìn)行沖洗及梁板預(yù)埋鋼筋進(jìn)行調(diào)直處理。 根據(jù)線路設(shè)計(jì)線，進(jìn)行防撞護(hù)欄施工放樣，直線段或曲線半徑較大的段落按照5 m一個(gè)控制點(diǎn)，曲線半徑較小的段落按照2.5 m一個(gè)控制點(diǎn)。為確保防撞護(hù)欄線形直線直順、曲線圓滑，加工制作長(zhǎng)度為2.5 m、5 m的小尺寸防撞護(hù)欄模板，并制作1.0 m模板作為線形調(diào)整模板。安裝模板時(shí)，主要通過臺(tái)車?yán)瓧U進(jìn)行加固，待混凝土澆筑完成后，再將臺(tái)車移動(dòng)至模板處，通過倒鏈及起吊系統(tǒng)拆除拉桿和模板。

3.2.3 鋼筋加工及安裝

防撞護(hù)欄使用鋼筋根據(jù)設(shè)計(jì)要求加工，加工時(shí)嚴(yán)格控制鋼筋加工精度，確保安裝后，混凝土保護(hù)層厚度符合要求。鋼筋綁扎應(yīng)滿足以下要求：①防撞護(hù)欄鋼筋的綁扎要滿足搭接長(zhǎng)度；②如果預(yù)埋鋼筋缺失，則應(yīng)進(jìn)行植筋處理，鑿除部分混凝土，并與防撞護(hù)欄橫向鋼筋進(jìn)行焊接；③做好預(yù)埋件的自檢工作，如有遺漏應(yīng)立即增補(bǔ)。

3.2.4 模板吊運(yùn)及安裝

(1)本工程利用模板臺(tái)車的機(jī)動(dòng)性實(shí)現(xiàn)模板吊運(yùn)及安裝，安裝時(shí)用78起重葫蘆，將模板運(yùn)送至指定位置，固定模板時(shí)應(yīng)符合起吊要求。

(2)通過模板臺(tái)車上的起重設(shè)備，可將護(hù)欄模板進(jìn)行上下提升，再通過設(shè)備中的倒鏈裝置，可以實(shí)現(xiàn)模板的左右移動(dòng)，使模板可以實(shí)現(xiàn)上下前后左右六個(gè)方向的調(diào)整，安裝位置符合要求后，再進(jìn)行緊固。模板安裝時(shí)首先彈出兩側(cè)模板邊線，再安裝模板，模板安裝完成后，要對(duì)模板的外觀質(zhì)量、拼縫質(zhì)量、垂直度、平整度、軸線標(biāo)高等進(jìn)行復(fù)核，確保模板安裝的整體質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，避免出現(xiàn)漏漿和錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，影響混凝土結(jié)構(gòu)的觀感質(zhì)量。

(3)在防撞護(hù)欄伸縮縫位置，采用“兩鋼板+泡沫板”的方式，進(jìn)行防撞護(hù)欄伸縮縫施工，確保伸縮縫縫線齊整，模板拆卸方便。泡沫板的厚度根據(jù)伸縮縫寬度及鋼板厚度確定。

3.2.5 混凝土澆筑及模板拆卸

模板安裝完成并驗(yàn)收合格后，進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑完成后，及時(shí)覆蓋養(yǎng)生?；炷恋膹?qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后方可開始拆卸模板，拆卸模板應(yīng)避免造成混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。拆卸時(shí)，先松開緊固裝置，由起重葫蘆緩慢吊起，起吊過程中應(yīng)盡量不碰撞防撞護(hù)欄，確保外觀質(zhì)量，在拆卸伸縮縫模板時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行松動(dòng)處理，嚴(yán)禁直接通過起重葫蘆吊起拆卸，防止起重超限，確保安全[2]。

4 注意事項(xiàng)

(1)臺(tái)車在投入使用應(yīng)對(duì)整車進(jìn)行安全檢查，檢查驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作情況；底架、立柱、前后臂、配重箱和液壓支腿等緊固件是否松動(dòng)，并作相應(yīng)緊固，且對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行清理、潤(rùn)滑[3]。檢查電氣系統(tǒng)是否符合要求，并留存維修保養(yǎng)記錄。

(2)若臺(tái)車停車，可關(guān)閉油泵，以延長(zhǎng)使用壽命，液壓油每半年更換一次。

(3)操作人員進(jìn)入吊籃應(yīng)立即系好安全帶，模板臺(tái)車在行走過程中，吊籃內(nèi)嚴(yán)禁站人。

(4)施工過程中如遇緊急情況，應(yīng)立即拉手剎并關(guān)閉電源。

5 結(jié)論

橋梁現(xiàn)澆混凝土防撞護(hù)欄采用模板臺(tái)車施工，在永泰縣城區(qū)二環(huán)路古岸橋至馬洋橋段道路工程中，得到了成功應(yīng)用。該防撞護(hù)欄模板臺(tái)車集模板吊裝和安拆施工作業(yè)一體化，結(jié)構(gòu)性能簡(jiǎn)單、施工操作方便迅捷，在保證安全性能的前提下，降低了成本。防撞護(hù)欄施工在實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化、專業(yè)化的基礎(chǔ)上，施工全過程處于安全、穩(wěn)定、快速、優(yōu)質(zhì)的可控狀態(tài)，工程質(zhì)量合格率100%，日進(jìn)度最高可達(dá)60 m，縮短了每一個(gè)循環(huán)的施工作業(yè)時(shí)間，保證了整個(gè)施工過程的質(zhì)量，減少了施工中的機(jī)械油耗和廢煙、垃圾等排放量，降低了空氣中的粉塵污染，保護(hù)了環(huán)境，環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益良好。通過嚴(yán)格的過程控制，每一道工序均能按照標(biāo)準(zhǔn)化完成，提升了工程施工的質(zhì)量，社會(huì)效益顯著。