市政桥梁预制构件厂规划设计研究

徐桂平

（上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市 201906）

0 引言

市政桥梁作为重要的城市交通基础设施对城市交通网络的建立和社会经济发展起到了极为重要的作用。采用传统工艺施工的市政桥梁存在着工业化程度低、工程质量不稳定、施工周期长、对城市交通干扰大等突出问题；发展预制装配式桥梁，对推动城市基础设施施工方式变革、提高劳动生产率具有重要意义。随着桥梁预制结构类型及其预制工艺的发展，对预制厂（场）的规划设计提出了更高的要求。但大多数预制构件场定位依然为桥梁工程的临时配套设施，未能体现预制构件生产的专业化、工厂化和标准化，还存在着重复建设等问题，难以充分体现和发挥预制装配式桥梁的产业优势。

目前西南交通大学、石家庄铁道大学等高校及铁路相关施工单位针对铁路客运专线预制梁场的规划设计进行了较为系统的研究[1-4]；在市政及公路领域，预制梁场的规划设计重视程度相对较弱，大多数桥梁预制构件场主要依据现场施工人员业内经验进行规划设计，和工厂化、标准化还有着不小的差距。服务于城市区域的市政桥梁所对应的桥梁预制构件场具有工厂化和标准化更为迫切的需求。

为推进市政桥梁预制构件“场”向预制构件“厂”的转变，本文以市政桥梁预制构件的结构特性和生产工艺为出发点，结合工程实践，系统的从预制梁厂的选址、规划布局等方面进行分析研究，为后续市政桥梁预制厂规划设计及施工建设提供参考。

1 市政桥梁预制构件厂基本定位

预制构件产品的定位及相应的设备配置水平是构件厂规划设计的基本条件。

1.1 预制构件的产品

市政桥梁的预制构件可分为上部结构构件和下部结构构件。在梁高受限、景观及行车舒适度要求较高的市政桥梁中，上部结构通常选用跨越能力强、结构性能良好、便于施工的预制小箱梁[5]；下部结构预制构件主要包括预制盖梁和立柱；随着预制技术的发展，防撞墙也实现了和边梁在厂内的一体化预制。

考虑预制构件运输及安装等因素，目前预制装配式市政桥梁主要采用上、下行分幅结构形式。在产能规划设计时，将桥梁对应的立柱、盖梁及小箱梁的配比，即单跨桥梁立柱：盖梁：小箱梁=2:1:3作为预制构件生产线产能配置的依据。如图1所示结构形式。

1.2 主要生产设备配置

桥梁预制构件生产常用设备可分为起重、吊运设备，钢筋加工设备，混凝土加工、运输设备，生产台座及其模板系统。

图1 市政桥梁常用预制构件结构图

（1）起重、吊运设备主要用于钢筋笼、模板周转、安装以及预制构件移运等工作，宜选用门式起重机（行车），以确保实现各工艺间流水作业，提高生产效率。根据作业对象起重设备分为钢筋笼运输、模板安拆起重机（小行车）和预制构件移运起重机（大行车），其中小行车使用频率较高应采用快速型行车。

（2）钢筋加工设备应采用全自动数控加工设备，以保证钢筋加工精度、提高生产效率。

（3）预制构件采用高性能混凝土，搅拌设备应采用双系统强制式搅拌机，运输设备采用搅拌车。

（4）小箱梁模板系统由内芯模、侧模、底模和端模组成。近年来纵向滑模工艺逐步推广运用，这对台座的合理布局和工效的提升起到了积极的作用，为提高施工效率侧模宜结合滑模工艺采用整体式大模板；内芯模应具有液压收缩功能，内芯模采用“模板内力自平衡技术”抗浮；盖梁模板采用液压整体式模板；立柱模板为节段组合模板以适应立柱高度变化。

2 市政桥梁预制构件厂规划设计要点

预制梁厂的规划设计需要结合市政桥梁预制构件的生产工艺，需要多专业有效整合，实现人员、设备、材料等资源的优化配置，规划和设计的成功与否，直接决定了梁厂建设期的投入和运营期的工作效率。

2.1 产能规划及选址

考虑构件自重、运输等因素，市政桥梁预制构件厂通常局限于所在城市的区域性市场，因此应依据本区域内未来若干年内规划需求合理设置预制厂产能。根据目前常规的生产工艺，构件厂产能和占地面积有着线性关系，根据市政桥梁构件预制生产经验，单位土地年产能约（1.125～1.5）万m3/hm2，在此基础上应有10%左右的土地富余量，以便于升级改造。

桥梁预制构件厂作为城市桥梁预制化生产的重要支撑，其选址不仅要符合城市的整体控制性规划，还应将交通、土地、资源供应等作为重要影响因素，在满足生产需求的前提下节约投资和运营成本。表1所述的各类因素中，场地内在条件应作为构件厂选址的首要因素[6]；市政桥梁预制构件通常采用“集中预制、现场拼装”的装配式施工，原材料及构件运输量大，对运输道路要求较高，交通便利是构件厂正常运转的必要条件；便利的资源供应能够很大程度上减少建设成本。

表1 市政桥梁预制构件厂选址因素

2.2 整体规划设计

预制构件厂区主要包括预制生产线（钢筋绑扎区、制作区、存放区）、辅助生产区（钢筋加工中心、混凝土拌合站）、运输通道及办公生活区等，各功能区相互独立又有机联系，规划设计时应在满足各区域功能外，以工艺流程为主导充分考虑各区域间的协调。

2.2.1 各功能区总体布置

总体布置的关键是结合预制工艺流程，处理好预制生产线内部各功能区、预制生产线与其他功能区、运输通道与其他功能区的空间位置关系，形成科学有序高效的流水式作业。

制作区是预制厂的生产核心区，主要施工工序均在该区域安排作业，应予优先考虑；钢筋绑扎区及存放区应布置在制作区两端，以便形成钢筋→模板→混凝土→堆放的流水作业；制作区和存梁区间应设置产、存转换区，灵活调节产、存之间关系；为缩短运输路线、减少作业交叉影响，存放区宜布置在靠近出口处，钢筋加工中心与混凝土拌和站应分别靠近钢筋绑扎区和制作区；仓库、变电站等应充分利用边角区域布置以提高土地利用率；运输通道应采用环形布置，主要物资运输路线应避免交叉，物资出入口设置应不少于2个；办公、生活区应布置在临近存放区的位置，以减少生产作业对生活的影响。

为实现预制构件生产的流水作业，根据门式起重机的作业跨径将钢筋绑扎区、制作区、存放区划分为若干生产线，各生产线作为相对独立的生产单元；当有多个生产线并存时，宜将相邻的生产线分组，组内共用运输通道，以提高土地利用率。

2.2.2 预制生产线规划设计

根据当前市政桥梁预制构件类型划分，预制厂生产品种主要包括小箱梁、立柱和盖梁。小箱梁的结构及预制周转特性决定了小箱梁预制生产台座较大的占地规模，同时小箱梁产能也是盖梁、立柱生产线布置的重要依据，因此小箱梁生产线布置对构件厂的总体布置具有决定作用。

2.2.2.1 小箱梁生产线规划设计

小箱梁通常采用“后张法”生产，其工艺流程为：小箱梁底模安装→底板、腹板钢筋绑扎，预应力管道安装→侧模安装→内模、端头模板安装→顶板钢筋绑扎、预埋件安装→模板加固→混凝土浇筑、拆模、常规养护→预应力张拉→孔道压浆、封锚及养护→移梁。规划时应根据该工艺流程进行生产区整体流水设计。

目前市政桥梁小箱梁结构已基本实现标准化，小箱梁主要跨径分为25 m、30 m、35 m，为确保生产线的通用性，应按照35 m跨径小箱梁进行生产线规划布局[7]。

单片箱梁占用生产台座时间约12 d，边梁防撞墙一体化预制时，占用台座时间约14 d；存梁宜采用双层存梁，存梁时间通常为30 d；生产台座和存放台座数量之比约为7∶9[8-9]；钢筋胎架及模板由生产线日产小箱梁榀数N确定；钢筋胎架包括顶板胎架和底板、腹板胎架，根据生产实践经验顶板胎架和底板、腹板胎架数量应分别为 N/4、N+1；底模板及其基础形成整体预制生产台座，内芯模和侧模数量为 N+1～2。

（1）综合考虑产能、施工效率及各个工艺流程衔接的顺畅性，小箱梁预制生产台座宜采用纵向布置（按平行或垂直于门式起重机行走方向分为纵向布置和横向布置），利用滑模形成台座之间模板安拆的高效流水作业，同时台座左右交错布置以缩短台座纵向间距；生产台座的纵、横向间距应分别考虑内芯模抽模和侧模板操作的空间；相对生产台座而言，存放台座的纵、横间距可适当缩小，以能满足小箱梁起吊作业为宜；

（2）小箱梁生产线横向距离一般为20～40 m，通常为生产台座横向中心距的整数倍；生产线的长度确定以地块的长边长度为基础，取生产台座纵向中心距的最大整数倍，并预留出生产线两端通道空间；

（3）针对纵向布置的小箱梁生产线宜采用“双机抬吊”移运方式，每条生产线分别配置2台用于移运箱梁的大行车和2台生产用小行车。

2.2.2.2 盖梁生产线规划设计

目前预制盖梁主推上、下行分幅的市政桥梁，对应盖梁长度约9～13 m；盖梁生产工艺同小箱梁生产工艺基本相同，但在模板施工存在不同，盖梁模板为整体式模板，且不涉及内芯模。

单个盖梁占用生产台座时间约12 d，盖梁采用单层存梁方式；制梁台座和存量台座数量之比约为2∶3；盖梁的产能与小箱梁产能配比应与单跨预制构件的数量配比相匹配。盖梁钢筋绑扎工作量大且精度要求高，单个钢筋胎架日产能约0.5榀/d，因此盖梁钢筋笼配置数量应不小于盖梁日产能的2倍；盖梁模板通常采用和台座一体的整体式模板。

（1）盖梁预制生产台座采用横向布置，每条生产线纵向宜配置生产台座1～2列；生产台座的纵、横向间距应分别考虑模板安拆和预应力施工空间；与生产台座相比存放台座的纵、横间距可适当缩小，以满足盖梁起吊需求为宜；

（2）当生产台座采用单列布置时生产线跨径约为20～25 m，采用双列布置时生产线跨径约为35～40 m；生产线的长度确定以规划区域（箱梁生产线布置完成后）的长边长度为基础，取生产台座横向中心距的整数倍，并预留出生产线两端通道空间；

（3）综合盖梁结构及行车结构尺寸，盖梁及其钢筋笼宜采用“双天车”行车单机移运，每条生产线宜配置大、小行车各1台。

2.2.2.3 立柱生产线规划设计

预制立柱通常采用矩形或圆形等截面，考虑起重、运输设备等因素，13 m以上立柱应分节段制作；为保证立柱外观质量，目前立柱通常采用“站立式”制作与存放方式。

单个立柱占用生产台座时间约10 d；制梁台座和存梁台座数量之比约为1∶2；立柱的产能与小箱梁产能配比应与单跨预制构件的数量配比相匹配。

（1）立柱预制生产和存放台座布置通常采用分组布置以提高土地利用率，分组时应确保在各台座满负荷状态下每个台座均在登高车作业范围内；生产组内间距设置主要考虑模板拆除施工及立柱运输，组间间距主要考虑登高车作业空间；存放组间距除应考虑登高车作业空间外，还应考虑立柱防倾覆措施的作业空间。

（2）采用“站立式”预制工艺使预制立柱占用较小的预制台座区域，分组布置较为灵活，在满足产能的基础上根据剩余地块尺寸灵活调整。

（3）立柱生产辅助区主要包括立柱模板拼装、翻转区，立柱翻转区；立柱模板拼装、翻转区通常设置在钢筋笼胎架附近区域；立柱翻转区主要用于装车时立柱翻转，通常设置在立柱存放区端部。

（4）由于立柱采用“站立式”预制，因此该生产线大、小行车的有效起重高度均应大于预制立柱的最大高度；每条生产线宜配置单天车大、小行车各1台。

2.2.3 辅助区生产规划设计

辅助生产区主要包括钢筋加工中心、混凝土拌和站，其规模主要依据各生产线的产能进行规划和布局。

钢筋加工中心的规划设计应结合钢筋加工设备的配置：根据预制日产能分类计算直筋、弯筋和箍筋加工量→根据加工设备效率计算设备数量→根据加工流程及各类设备数量、外形尺寸布置设备工位→根据钢筋原材和半成品存储需求计算存放区的占地，并按钢筋加工流程布置在钢筋加工设备周边，钢筋加工中心应采用标准化的钢结构厂房。

预制构件厂通常采用高标号混凝土、供应需求量大并且供应集中，因此在规划设置时应设置专用混凝土拌和站以保证生产需求。拌和站搅拌机宜采用强制式搅拌机，拌和设备配置宜坚持“用一备一”的原则，根据混凝土日需求量及原材供应便利程度确定原材存储量及占地面积，原材场内运输及上料应在密闭的空间，并配置必要的除尘设备。

3 结语

预制构件厂的建设成本较大，在规划设计时应充分了解当地市政桥梁预制构件市场行情，因地制宜确定构件厂的产品类型及产能，避免重复建设。在规划时应综合兼顾各功能区块及区块内部各要素，以达到最优组合；同时需要充分考虑通道宽度、台座间距、工装布置时充分顾及到选用设备的外形尺寸、性能和各项参数的影响；在规划设计时应对运输流线进行动态分析，尽量减少交叉施工。

本文根据当前成熟的生产工艺，针对市政桥梁综合性预制构件厂从选址到各个功能区的规划原则以及规划设计思路和要点进行了简要介绍，以期为市政桥梁预制构件厂的规划设计提供参考。