成套式模塊棧橋技術經濟性分析

郭慶華，張 利，倪時華

(中煤建筑安裝工程集團有限公司，河北 邯鄲 056002)

1 概 述

隨著建筑工業化的發展，我國的裝配式結構取得跨越式的發展。標準構件工廠化生產越來越普及，而建筑工業化發展并不均衡。目前建筑工業化主要集中于房屋建筑領域，在工業建筑領域工業化生產水平相對落后。棧橋是一種重要的工業建筑，它承擔散料的運輸功能。目前，國內棧橋多為砌體結構棧橋、鋼筋混凝土結構棧橋以及桁架式鋼棧橋。裝配式棧橋在澳大利亞、美國等現代化礦井均有大量應用，國內研發的成套式模塊棧橋是在引進、消化、吸收國外裝配式棧橋的基礎上，結合我國散裝物料儲裝運配一體化工程需求進行研發。對成套式模塊棧橋模塊尺寸、保溫、棧橋底板、外觀等多方面進行了改進。從設計、加工制造、運輸到現場裝配、調試全過程、全流程工藝再造，實現了棧橋工業化生產、裝配式施工。

2012年通過對澳大利亞鋼結構棧橋的考察，對國內鋼結構棧橋設計、制作和拼裝、吊裝技術進行綜合分析的基礎上，于2014年開展成套式模塊棧橋設計、制作及拼裝、吊裝技術研究，于2015年研制成功，并于2015年底首次應用于內蒙古伊金霍洛旗圖克大化肥輸煤工程，該工程棧橋共計2936m。

成套式模塊棧橋由六個部分組成，分別是側板、頂板、橫梁、底板、吊掛式帶式輸送機和附屬結構，如圖1所示。側板分為保溫式和非保溫式，側板有下縱梁、上縱梁、勁肋和波形板組焊成一個整體結構板，保溫式在側板內側加設保溫層。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預制板；第二種是在底橫梁上架設壓型鋼板，在壓型鋼板上現澆鋼筋混凝土；第三種是將預制鋼骨架混凝土組合結構板直接固定于底縱橫梁上。帶式輸送機可以懸掛設置，亦可落地設置。采光和通風設施設于頂板處，頂板由通光板和彩鋼板組成，各種附屬設施和各種管道、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

棧橋采用模塊式設計、制作，分成標準節和非標準節，標準節為9.0m和12.0m，可組成各種尺寸，節與節之間采用高強螺栓連接。棧架寬度范圍從3.5m到10.5m，可設單輸送帶、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計，分為標準節和非標準節，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，節和節之間亦采用螺栓連接，支架亦可采用鋼筋混凝土結構。

棧橋的側板、上橫梁、頂板、底板、懸掛式帶式輸送機部件、各種附屬結構在工廠加工，然后運輸到施工現場，在現場用螺栓進行組裝。模塊支架以桿件形式運輸到現場，以螺栓進行組裝。支架和棧橋在地面上組裝，組裝完畢后，再進行整體吊裝。在施工現場的組裝過程中，無焊接作業，無噴涂作業。

2 技術特點

成套式模塊棧橋相對于傳統棧橋的桁架式棧橋具有以下技術特點：

1)結構形式。成套式模塊棧橋采用箱體薄殼結構，側板既作受力構件，同時又代替了圍護結構。成套式模塊棧橋將輸送帶支架懸掛于上橫梁，使上橫梁承受帶式輸送機及散料的荷載，底橫梁承受底板自重及維修后荷載。連續多跨棧橋工程中，桁架式棧橋跨與跨之間無聯結，每跨棧橋作為一個獨立單元，以簡支梁形式進行受力，而成套式模塊棧橋跨與跨之間亦采用高強螺栓聯結，其多跨棧橋可以連續梁作受力分析，有效降低彎矩和撓度。

2)工廠化加工。成套式模塊棧橋的側板、頂板、上橫梁、底板(下橫梁)俱在工廠中機械制作。所有下料均采用數控機床，所有螺栓孔均采用數控鉆床，焊縫由機械焊接形成，側板由上梁、下縱梁、勁肋和波形鋼板在專用模具中機械焊接而成，專用模板有效的制約了焊接引起的變形，保證了側板的整體尺寸精度和勁肋表面的平整度。側板出模后整體進行拋丸處理后，進行自動噴漆烘干，頂板、底板(底模梁)、上橫梁等部件俱在專用模具內制作，尺寸精度高，所有鋼部件俱進行拋丸處理后進行自動噴漆烘干。而傳統的桁架式棧橋，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、焊接質量更有保障、防腐質量更高。

3)施工工期。傳統桁架棧橋制作完畢后，一跨36.0m棧橋在現場拼裝、噴涂、安裝圍護結構等工序約7d，吊裝后安裝帶式輸送機、管道、電纜橋架、樓面做防水保護層等處理約需7～10d，總工期約15d左右。而成套式模塊棧橋制作完畢后，在施工現場拼裝完結構底板后，而后安裝懸掛式帶式輸送機、管道、頂板等約需4d，吊裝后只需放輸送帶、鋪設電纜即可，總工期只需5d左右。例如，在內蒙古圖克項目采用成套式模塊棧橋，施工速度快，使冬季高寒地區施工成為可能，所以其工期優勢更大。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，但由于生產需求，停工時間不能過長，只能在設備檢修期間進行。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，鋪設電纜即可，基本不影響業主方的生產。

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

5)作業環境。成套式模塊棧橋拼裝時，先將側板用螺栓固定于底盤，不同于桁架式棧橋還需臨時支撐，所以成套式模塊棧橋拼裝時所需占地少，成套式模塊棧橋拼裝時無濕作業。對環境溫度要求低。成套式模塊棧橋拼裝后不需要進行噴涂作業，對氣溫和風速等環境要求低，成套式模塊棧橋拼裝時無焊接，對氣溫要求低，尤其是在化工廠等對動火作業有嚴格要求的環境，成套式模塊棧橋更適宜。

6)綠色環保。十八大以后，我國環境保護日益嚴格，施工作業是環保重災區之一，綠色施工是時下主旋律。在鋼結構施工中，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俱在工廠完成，在現場只有螺栓連接，所以成套式模塊棧橋在現場施工更綠色，更環保。

7)使用環境。傳統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節，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，單節之間無漏水之虞；節與節之間采用專用伸縮節，很好解決了傳統棧橋的通病。另外傳統桁架式棧橋的圍護結構在棧橋外側，故其腹桿等構件易受灰、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側，隔絕了結構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采用懸掛、無支腿著地，故在清掃沖洗方面更方便。

3 經濟性

成套式模塊棧橋具有鮮明的技術特點，但作為一個產品，大部分的業主更關注其經濟性。筆者收集了近五年的220跨桁架式棧橋案例作為經濟比較依據，這220跨棧橋由6家甲級設計院設計，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。棧橋所在地從內蒙古、山西、山東、河南、河北、安徽、到江蘇、江西、云南和新疆10個省份，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，每米棧橋造價比桁架式棧橋低11%左右。在這三種棧橋中每噸鋼材造價比桁架式棧橋高10%左右。

工程項目業主更為關注棧橋每噸造價，但是棧橋噸造價未包括圍護結構、底板這兩者造價，占鋼棧橋造價的30%～40%。傳統鋼棧橋由設計院完成設計，確定運輸距離后，其總含鋼量已定，通過噸造價可以估算棧橋總造價。而成套式模塊棧橋，只需要業主給出相關參數，設計施工單位直接提供整體產品，按照長度計價，按重量計價不適合模塊棧橋，即便噸造價較低，如果每米含鋼量高，也會造成總體造價偏高。業主需求是將散料的運輸和轉移，因此距離確定后，按運輸長度計價更合理。所以成套式模塊棧橋在單輸送帶棧橋造價略比桁架式棧橋高，雙輸送帶棧橋和三輸送帶棧橋比桁架式棧橋更具有經濟性。另外在棧橋使用階段，在棧橋沖洗和維護方面，模塊棧橋更具有經濟優勢，并且成套式模塊棧橋具有可重復利用性，在全服務周期而論，成套式模塊棧橋的經濟效益更好。

4 結 語

成套式模塊棧橋最大優勢是以模塊單元形式在工廠標準化生產，而組成標準模塊的基本構件(如側板、上部橫梁等)工廠有一定量的存儲。因此，對于長距離運輸的輸送棧橋，有條件設計成標準跨度，采用標準模塊。配用標準棧橋支架，成套式模塊棧橋更能體現出其價格和工期的優勢。對于已經投入生產的企業，往往現場加工和施工會造成一定的噪聲和環境污染，成套式模塊棧橋可有效的降低噪聲和環境污染。

綜上所述，成套式模塊棧橋作為中國新一代鋼棧橋，是一種新型產品，它克服了傳統桁架式棧橋的許多缺點，一是在技術上具有先進性，在建筑工業化的大趨勢下，在環境保護越來越嚴的形勢下，成套式模塊棧橋的推廣應用價值越來越高。二是在經濟上具有優勢和提升空間，在鋼材價格上升和人工費越來越高的情況下，成套式模塊棧橋的經濟性能將會得到更好的體現。