高速公路新澤西預(yù)制護(hù)欄自動(dòng)化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究

趙興華，梁廣振，付立勇

(1.中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530033；2.廣西新祥高速公路有限公司，廣西 崇左 532200)

0 引言

新澤西護(hù)欄是一種廣泛用于道路上的護(hù)欄，用以區(qū)隔車流、阻斷通行[1]。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)快速發(fā)展，交通壓力劇增，為了確保交通安全，我國(guó)許多高速公路、國(guó)省道公路均設(shè)置了新澤西護(hù)欄進(jìn)行交通管理。

經(jīng)過調(diào)研，當(dāng)前新澤西護(hù)欄預(yù)制施工大都采用人工安裝模板，人工安裝鋼筋籠，振搗平臺(tái)振搗，混凝土澆筑，經(jīng)過自然養(yǎng)護(hù)至齡期后由人工拆除模板，噴淋養(yǎng)生后轉(zhuǎn)運(yùn)至存放區(qū)。這一流程主要存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：(1)場(chǎng)內(nèi)模板轉(zhuǎn)運(yùn)均依靠叉車輔助人工實(shí)現(xiàn)，預(yù)制生產(chǎn)區(qū)域機(jī)械與施工人員往來穿梭，交叉施工，極易發(fā)生安全事故；(2)需要經(jīng)過自然養(yǎng)護(hù)至齡期后方可拆除模板，因此一套模板一天只能生產(chǎn)一片預(yù)制護(hù)欄，生產(chǎn)效率不高；(3)人工安裝拆除模板，隨意性大，易發(fā)生成品缺棱少角現(xiàn)象，品質(zhì)無(wú)法得到保證和提升。

鑒于新澤西護(hù)欄預(yù)制施工的現(xiàn)狀，如何確保新澤西護(hù)欄預(yù)制施工安全，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化減人，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)迫在眉睫。經(jīng)過多次調(diào)研類似預(yù)制塊施工機(jī)械化、數(shù)字化和信息化應(yīng)用，本文結(jié)合新澤西護(hù)欄自身特點(diǎn)，對(duì)該護(hù)欄自動(dòng)化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究并應(yīng)用于實(shí)際工程，成功實(shí)現(xiàn)了新澤西護(hù)欄機(jī)械化、程序化、高效率施工生產(chǎn)。

1 工程概況

大憑高速公路項(xiàng)目某合同段地處廣西崇左市龍州縣境內(nèi)，緊鄰越南邊境。路面工程中央分隔帶新澤西護(hù)欄設(shè)計(jì)數(shù)量為55 000 m，單塊預(yù)制長(zhǎng)度為4 m，施工周期約為10個(gè)月。經(jīng)過對(duì)預(yù)制生產(chǎn)線產(chǎn)能與工期進(jìn)行分析，預(yù)制場(chǎng)采用彩鋼板房全封閉建成，規(guī)劃占地5 300 m2，緊鄰高速公路主線，成品護(hù)欄運(yùn)輸方便。自動(dòng)化預(yù)制場(chǎng)由自動(dòng)化預(yù)制生產(chǎn)區(qū)、養(yǎng)護(hù)窯養(yǎng)護(hù)區(qū)、噴淋養(yǎng)護(hù)區(qū)和成品存放區(qū)共4個(gè)施工區(qū)域組成。

自動(dòng)化預(yù)制生產(chǎn)區(qū)按照其使用功能設(shè)置原材料堆放區(qū)、鋼筋加工區(qū)、半成品存放區(qū)、成品堆放區(qū)、全自動(dòng)護(hù)欄生產(chǎn)線和運(yùn)輸通道等。各區(qū)域畫地面標(biāo)線，用護(hù)欄分隔，分區(qū)設(shè)置標(biāo)識(shí)牌。各個(gè)區(qū)的使用面積和空間滿足施工高峰期的場(chǎng)地要求。在原材料、半成品和成品堆放區(qū)底部設(shè)置底座，上面懸掛標(biāo)識(shí)牌，采用全封閉式管理，四周采用彩鋼圍擋，并設(shè)置透光窗口，外側(cè)四周設(shè)置環(huán)繞排水溝。

2 預(yù)制護(hù)欄自動(dòng)化生產(chǎn)工藝流程(圖1)

圖1 預(yù)制護(hù)欄自動(dòng)化生產(chǎn)工藝流程圖

3 自動(dòng)生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)

新澤西護(hù)欄預(yù)制自動(dòng)生產(chǎn)線包括軌道行走系統(tǒng)、自動(dòng)鋼筋籠安裝系統(tǒng)、自動(dòng)布料振搗系統(tǒng)、擺渡轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、養(yǎng)護(hù)窯蒸汽養(yǎng)生系統(tǒng)和全自動(dòng)開合模配合真空液壓吸盤脫模系統(tǒng)六個(gè)部分，整體為“回字形”流水線，生產(chǎn)效率高，成品質(zhì)量好。

3.1 軌道行走系統(tǒng)

軌道行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為了便于安裝和后期拆除，未采用常規(guī)的下臥式設(shè)計(jì)，而是采用基礎(chǔ)預(yù)埋件與型鋼立柱焊接的設(shè)計(jì)。軌道為分段連接的箱式方鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大、防變形，行走采用程序電動(dòng)力摩擦輪驅(qū)動(dòng)，減少了鏈帶傳動(dòng)張緊結(jié)構(gòu)。軌道行走系統(tǒng)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使預(yù)制護(hù)欄定型模板在軌道上行走穩(wěn)定性高，有效保證了混凝土未初凝時(shí)的內(nèi)在質(zhì)量，同時(shí)大大降低了模板的維修成本，延長(zhǎng)了模板的使用壽命[2]。

3.2 自動(dòng)鋼筋籠安裝系統(tǒng)

為了確保施工安全，提高生產(chǎn)效率，鋼筋籠安裝模擬常規(guī)的人工放置方法，優(yōu)化采用龍門式抓取鋼筋籠機(jī)械臂。夾爪設(shè)有調(diào)平結(jié)構(gòu)，抓取牢固。其行走裝置采用齒輪齒條配合，精度高、定位準(zhǔn)確，可控制停車位置誤差<1 mm。

3.3 自動(dòng)布料振搗系統(tǒng)

為減少預(yù)制場(chǎng)內(nèi)混凝土運(yùn)輸車與人員交叉施工，改善場(chǎng)內(nèi)工作環(huán)境，采用以下措施：

(1)采用自動(dòng)提升填充料斗裝置，提升、翻料一次性完成，利用天輪提升方式將混凝土從場(chǎng)區(qū)外側(cè)運(yùn)至場(chǎng)內(nèi)布料機(jī)布料。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性高。

(2)“行走式”布料，采用齒輪齒條配合，傳動(dòng)平穩(wěn)、精度高，確保在模板范圍內(nèi)均勻布料，減少撒料至模板外時(shí)人工清理的工作量。

(3)振搗平臺(tái)為浮動(dòng)設(shè)計(jì)，采用減震氣囊技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)升降和隔震作用。振搗平臺(tái)代替人工插入式振搗，受力情況比人工振搗單點(diǎn)受力更均勻，確保異形截面護(hù)欄混凝土中氣泡的順利排出，產(chǎn)品質(zhì)地更密實(shí)、品質(zhì)更優(yōu)良。

3.4 擺渡轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

(1)擺渡轉(zhuǎn)運(yùn)裝置設(shè)有安全限位結(jié)構(gòu)保證與多條平行軌道無(wú)縫銜接，有效解決模板轉(zhuǎn)向難的問題，順利將模板擺渡至蒸汽養(yǎng)生室內(nèi)的軌道上。

(2)進(jìn)出蒸汽養(yǎng)生室推車裝置采用多組推爪利用推單車的方式，有效解決模板進(jìn)出蒸養(yǎng)室時(shí)相互碰撞造成養(yǎng)生期內(nèi)護(hù)欄損壞的問題，同時(shí)可以節(jié)省空載行程段，優(yōu)化生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)。

3.5 養(yǎng)護(hù)窯蒸汽養(yǎng)生系統(tǒng)

采用蒸汽發(fā)生器進(jìn)行濕熱養(yǎng)護(hù)，熱效率達(dá)97%，具有多重連鎖安全保護(hù)功能，性能可靠、自動(dòng)化程度高、使用方便。經(jīng)過實(shí)踐，預(yù)制護(hù)欄混凝土澆筑后在養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)蒸養(yǎng)6 h，即可移除養(yǎng)護(hù)窯，進(jìn)行下一道脫模工序施工[3]。

3.6 全自動(dòng)開合模配合真空液壓吸盤脫模系統(tǒng)

(1)全自動(dòng)開合模裝置。經(jīng)過分析，液壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行模板開合，剛度大，易損壞模板和護(hù)欄成品，而優(yōu)化后使用氣壓缸驅(qū)動(dòng)連桿旋轉(zhuǎn)模板縱向開合兩端擋板，氣缸輔助開合橫向側(cè)面擋板，可實(shí)現(xiàn)三面擋板自動(dòng)開合模，定位精確、操作簡(jiǎn)便。

(2)真空液壓吸盤。護(hù)欄脫模后，用高壓風(fēng)管清理混凝土頂面雜物，采用真空吸盤技術(shù)抓取護(hù)欄，吸附力大，無(wú)污染，不會(huì)損傷護(hù)欄混凝土表面。行走裝置采用齒輪齒條配合，精度高、定位準(zhǔn)確，可控制停車位置誤差<1 mm，與人工拆裝模板相比，優(yōu)勢(shì)明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

新澤西預(yù)制護(hù)欄自動(dòng)化生產(chǎn)研究還處于起步階段，通過不斷生產(chǎn)實(shí)踐，在原有施工現(xiàn)狀基礎(chǔ)上得到了較大提升，成功實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化減人、信息化增效的目的，提升了護(hù)欄施工的品質(zhì)，在以后的施工生產(chǎn)中仍需要持續(xù)改進(jìn)，助力交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)。