水運工程及水利工程扭王字塊預制的自動化生產探析

王文杰

(中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430048)

1 引言

水利工程和水運工程中常用的扭王字塊擁有較多的結構肢腳，屬于異形結構，在自動化生產上較為困難，結構體型大，空隙大，對預制場地的要求比較高。在以往，國內的制作工藝通暢是現場進行立模作業，利用汽車吊或者龍門吊等機械配合混凝土料斗進行吊灌澆筑，混凝土強度合格后用起吊設備進行吊裝，預制和吊裝交叉環節較多，不僅安全風險大，而且生產效率也不高，現場組織管理極易出現問題。而在本工程案例中，扭王字塊進行集中生產作業，不僅擁有較高的生產效率，同時規范了施工環節，降低了安全風險，提高了經濟效益。該工程通過巧妙設計預制場布局和軌道與模板系統實現了較為先進的生產模式。

2 項目簡介

本項目地處福建福州沿海，其海堤提級改造中的消浪潛堤護面工程總長3.97 km，用到3種尺寸規格的扭王字塊：10t扭王字塊21200只、6t扭王字塊14923只、2.5t扭王字塊33571只，合計69694只，扭王字塊設計強度為C30。預制和安裝總工期計劃為20個月。

3 預制場設計

3.1 場地布置

受項目周邊用地限制，扭王字塊預制場建設在混凝土拌合站西側毗鄰位置，場地為狹長條帶形狀，長722 m，寬28.5～29 m，南北走向，面積約21000 m2。預制場地四周為防風林地和墾區養殖魚塘，無法再向外擴展。具體如圖1所示，為預制場平面布置圖。

結合場地情況，根據工期計算預制場需設置臺座155條，其中10T臺座50條，6T臺座35條，2.5T臺座70條，其中10T臺座寬15 m，6T、2.5T臺座寬14.5 m。臺座左側為6.8 m寬轉運通道，右側為7 m寬罐車通道。

10T及6T臺座每條能設置4個臺座，1個預制臺座，2個等強臺座，1個提梁臺座。2.5T臺座每條能設置5個臺座，1個預制臺座，3個等強臺座，1個提梁臺座。

圖1 預制場平面布置

罐車通道靠預制臺座一側設置高度為2 m的擋墻，使罐車通道路面與扭王字塊模板形成滿足罐車自卸入模要求的高差。預制場前端和尾部各設置一個轉彎平臺供車輛掉頭，形成環形閉合的行車通道。

3.2 模板及行走系統

模板分為側模、底模及行走系統3部分，側模由外模和外模架組成，外模架底部安裝8個萬向輪，方便人工移動模板；底模采用鋼架和鋼板焊接形成，底部可沿鋼軌移動；行走系統由滑靴、行走軌道、行走油缸、連桿組成，通過滑靴和拉桿牽引底模和側模于行走軌道上移動完成臺座轉換，具體如圖2所示。

圖2 底模及行走系統示意

預制工藝難點在于底模的回位，由于底模重量較重，2.5T的底模約200 kg，10T約350 kg，人工無法搬運，設計采用埋入式軌道，人工墊放臨時軌道鋼板，安裝4個小車滑出。待液壓行走一個臺座位置后，同樣的方法，人工滑入預制臺座位置。

4 扭王字塊預制主要施工步驟

扭王字塊從立模澆筑到起吊出坑主要分為以下幾個施工步驟。

(1)預制臺座底模安裝。在預制臺座埋入式軌道上部人工墊放臨時軌道鋼板，利用人工將預制臺座側邊待安裝的底模通過臨時軌道鋼板推至預制臺座軌道指定位置安放到位。

(2)預制臺座側模安裝。底模安裝完畢后，利用人工將模板通道上待裝的側模通過外模架上4個萬向輪推至預制臺座軌道邊指定位置組合安裝到位。

(3)預制臺座側模安裝。底模和側模全部安裝完畢后，混凝土罐車行至罐車通道并調整好角度后，通過自卸往預制臺座區模板內澆筑作業。

(4)預制臺座側模拆模。澆筑完成至構件強度達到2.5 MPa后，利用人工拆螺絲和液壓千斤頂平行脫模。同時安排2名工人一左一右將拆出的兩片立模沿軌道方向推移至模板指定位置，清理干凈后在表面涂刷脫模劑待用。

(5)提梁臺座出坑。預制完成后，等待2 d，第3天利用履帶吊將提梁臺座區構件起吊，通過平板運輸車運至存梁區，存梁區設置在該項目紅線范圍內的主線路基上。

(6)人工移底模待裝。提梁完成后，在提梁臺座埋入式軌道上部人工墊放臨時軌道鋼板并將底模下部4只萬向輪安裝完畢后，利用人工將底模從提梁臺座上通過臨時軌道鋼板滑至軌道外，人工推移至預制臺座旁待裝。

(7)液壓行走一個臺座。底模移動至模板通道待裝后，利用行走系統中的油缸+滑靴+拉桿+底模裝置，人工啟動軌道端頭兩個滑靴裝置，使滑靴沿軌道方向連續向前移動四次，每次移55 cm，共移動220 cm，行走一個臺座位置以空出預制臺座。

5 自動化預制的優點和存在的問題

5.1 自動化預制主要優點

近年來隨著國家及行業主管部門對建筑施工項目安全管理和文明施工的要求不斷提高，施工項目管理也更加注重細節，逐步走向規范化、標準化。根據該預制場建設方案產生的背景和建成后實際生產情況來看，該預制場主要有以下幾個優點。

(1)場站集中建設在空間上降低管理幅度，是安全和文明施工的最基本要求和保障，而自動化、工廠化流水線生產則在集中化的基礎上規范了施工過程中的各個環節，能有效降低施工過程中的安全隱患和出錯概率。

(2)隨著社會人工成本的不斷攀升和建筑市場常用機械設備保有量的增大，用機械設備取代人工是實現經濟效益的主要途徑，而自動化工廠化生產正是朝著這個方向進行探索和邁進。

(3)自動化流水線生產模式各個環節易于規范化管理，能夠較好地管控進度和質量的偏差，出現問題易于檢查和對比分析，能夠給決策者提供科學有效的依據。

5.2 存在的問題和解決思路

從本案例出發，總結出生產過程中遇到的一些問題，并提出了解決思路，主要有以下幾點。

(1)本案例預制場需全面積硬化，其中罐車通道和吊裝轉運通道均為重載車道，對地基的要求很高，需要充分考慮地基的承載能力和適應性。

(2)本案例自動化程度尚不算太高，軌道及底模行走系統通過液壓油缸步履式推進仍需要不少人工配合輔助。設想可以考慮通過皮帶機連續移動，但是成本上要增加不少投入，需要較為經濟的生產體量。

(3)本案例預制完成強度合格的塊體起吊出坑使用汽車吊需要不停的移動吊車位置，可以考慮用橫跨預制臺座和轉運通道的龍門吊替換，可進行連續吊裝。

(4)本案例因預制場地用地受限，沒有考慮到堆存區，若場地比較寬松可以考慮在預制區旁邊設置一定規模的堆存區以降低轉運成本。

(5)受場地限制，本預制梁案例10T臺座區寬度才15 m，僅能放置4個臺座(1個預制兩座，2個等強度臺座和1個提梁臺座)，考慮每天不間斷預制，3 d必須將預制塊吊出，而設計要求塊體起吊強度必須達到設計強度C30的70%，需要優化配合比設計，使用早強劑，同時增加水泥用量，因此增加了混凝土的成本。若場地寬松，可考慮加寬預制臺座區的寬度，延長等強度的時間。

6 結語

本預制場案例充分結合了項目自身場地特點對扭王字塊自動化生產進行了一些探索和實踐，雖然自動化程度還不算很高，但是在國內也是較為先進的模式，通過不斷地積累和改進，最終定會推動企業自身乃至整個水運工程行業相關領域的技術革新。