成套式模块栈桥技术经济性分析

郭庆华，张 利，倪时华

(中煤建筑安装工程集团有限公司，河北 邯郸 056002)

1 概 述

随着建筑工业化的发展，我国的装配式结构取得跨越式的发展。标准构件工厂化生产越来越普及，而建筑工业化发展并不均衡。目前建筑工业化主要集中于房屋建筑领域，在工业建筑领域工业化生产水平相对落后。栈桥是一种重要的工业建筑，它承担散料的运输功能。目前，国内栈桥多为砌体结构栈桥、钢筋混凝土结构栈桥以及桁架式钢栈桥。装配式栈桥在澳大利亚、美国等现代化矿井均有大量应用，国内研发的成套式模块栈桥是在引进、消化、吸收国外装配式栈桥的基础上，结合我国散装物料储装运配一体化工程需求进行研发。对成套式模块栈桥模块尺寸、保温、栈桥底板、外观等多方面进行了改进。从设计、加工制造、运输到现场装配、调试全过程、全流程工艺再造，实现了栈桥工业化生产、装配式施工。

2012年通过对澳大利亚钢结构栈桥的考察，对国内钢结构栈桥设计、制作和拼装、吊装技术进行综合分析的基础上，于2014年开展成套式模块栈桥设计、制作及拼装、吊装技术研究，于2015年研制成功，并于2015年底首次应用于内蒙古伊金霍洛旗图克大化肥输煤工程，该工程栈桥共计2936m。

成套式模块栈桥由六个部分组成，分别是侧板、顶板、横梁、底板、吊挂式带式输送机和附属结构，如图1所示。侧板分为保温式和非保温式，侧板有下纵梁、上纵梁、劲肋和波形板组焊成一个整体结构板，保温式在侧板内侧加设保温层。顶板亦分为保温式和非保温式。底板有三种形式：第一种是在底横梁上铺轻质预制板；第二种是在底横梁上架设压型钢板，在压型钢板上现浇钢筋混凝土；第三种是将预制钢骨架混凝土组合结构板直接固定于底纵横梁上。带式输送机可以悬挂设置，亦可落地设置。采光和通风设施设于顶板处，顶板由通光板和彩钢板组成，各种附属设施和各种管道、电缆桥架等可布置于上横梁上部。

图1 成套式模块栈桥组成

栈桥采用模块式设计、制作，分成标准节和非标准节，标准节为9.0m和12.0m，可组成各种尺寸，节与节之间采用高强螺栓连接。栈架宽度范围从3.5m到10.5m，可设单输送带、双输送带和三输送带，输送带角度0°～15°。栈桥支架亦采用模块化设计，分为标准节和非标准节，支架采用钢管制作，立杆和横杆及斜杆之间俱采用螺栓连接，节和节之间亦采用螺栓连接，支架亦可采用钢筋混凝土结构。

栈桥的侧板、上横梁、顶板、底板、悬挂式带式输送机部件、各种附属结构在工厂加工，然后运输到施工现场，在现场用螺栓进行组装。模块支架以杆件形式运输到现场，以螺栓进行组装。支架和栈桥在地面上组装，组装完毕后，再进行整体吊装。在施工现场的组装过程中，无焊接作业，无喷涂作业。

2 技术特点

成套式模块栈桥相对于传统栈桥的桁架式栈桥具有以下技术特点：

1)结构形式。成套式模块栈桥采用箱体薄壳结构，侧板既作受力构件，同时又代替了围护结构。成套式模块栈桥将输送带支架悬挂于上横梁，使上横梁承受带式输送机及散料的荷载，底横梁承受底板自重及维修后荷载。连续多跨栈桥工程中，桁架式栈桥跨与跨之间无联结，每跨栈桥作为一个独立单元，以简支梁形式进行受力，而成套式模块栈桥跨与跨之间亦采用高强螺栓联结，其多跨栈桥可以连续梁作受力分析，有效降低弯矩和挠度。

2)工厂化加工。成套式模块栈桥的侧板、顶板、上横梁、底板(下横梁)俱在工厂中机械制作。所有下料均采用数控机床，所有螺栓孔均采用数控钻床，焊缝由机械焊接形成，侧板由上梁、下纵梁、劲肋和波形钢板在专用模具中机械焊接而成，专用模板有效的制约了焊接引起的变形，保证了侧板的整体尺寸精度和劲肋表面的平整度。侧板出模后整体进行抛丸处理后，进行自动喷漆烘干，顶板、底板(底模梁)、上横梁等部件俱在专用模具内制作，尺寸精度高，所有钢部件俱进行抛丸处理后进行自动喷漆烘干。而传统的桁架式栈桥，大部分采用手工下料、喷砂除锈、手工焊接、手工喷漆。两者相比，模块栈桥部件尺寸方面精度更高、焊接质量更有保障、防腐质量更高。

3)施工工期。传统桁架栈桥制作完毕后，一跨36.0m栈桥在现场拼装、喷涂、安装围护结构等工序约7d，吊装后安装带式输送机、管道、电缆桥架、楼面做防水保护层等处理约需7～10d，总工期约15d左右。而成套式模块栈桥制作完毕后，在施工现场拼装完结构底板后，而后安装悬挂式带式输送机、管道、顶板等约需4d，吊装后只需放输送带、铺设电缆即可，总工期只需5d左右。例如，在内蒙古图克项目采用成套式模块栈桥，施工速度快，使冬季高寒地区施工成为可能，所以其工期优势更大。成套式模块栈桥尤其适合老旧栈桥的更换，很多栈桥由于使用年限较长，栈桥安全性，需要更换，但由于生产需求，停工时间不能过长，只能在设备检修期间进行。成套式模块栈桥可以很好地满足这种需求，旧栈桥分配权成拆卸后，成套式模块栈桥可迅速吊装就位，而后连接将跨与跨之间的管道，安装输送带，铺设电缆即可，基本不影响业主方的生产。

4)施工安全。由于成套式模块栈桥的大部分作业俱在地面上完成，所以高处作业较少，这样有效的降低了安全风险，无焊接作业，避免了火灾、爆炸等危险因素。

5)作业环境。成套式模块栈桥拼装时，先将侧板用螺栓固定于底盘，不同于桁架式栈桥还需临时支撑，所以成套式模块栈桥拼装时所需占地少，成套式模块栈桥拼装时无湿作业。对环境温度要求低。成套式模块栈桥拼装后不需要进行喷涂作业，对气温和风速等环境要求低，成套式模块栈桥拼装时无焊接，对气温要求低，尤其是在化工厂等对动火作业有严格要求的环境，成套式模块栈桥更适宜。

6)绿色环保。十八大以后，我国环境保护日益严格，施工作业是环保重灾区之一，绿色施工是时下主旋律。在钢结构施工中，焊烟和漆雾是两大污染源，成套式模块栈桥所有焊接和喷涂作业俱在工厂完成，在现场只有螺栓连接，所以成套式模块栈桥在现场施工更绿色，更环保。

7)使用环境。传统的桁架式栈桥在施工完底板后，桁架的腹杆处是防水薄弱环节，并且栈桥跨与跨之间的间隙亦是防水的通病之处。成套式模块栈桥单跨中无腹杆，只有底板和底纵架之间有缝，由于采用螺栓紧固及柔性防水封闭，单节之间无漏水之虞；节与节之间采用专用伸缩节，很好解决了传统栈桥的通病。另外传统桁架式栈桥的围护结构在栈桥外侧，故其腹杆等构件易受灰、易受损，降低了防腐有效期，而成套式模块栈桥的保温层在内侧，隔绝了结构劲板和波形钢板的受拉和受灰，有效提高了防腐效果。而后成套式模块栈桥的带式输送机采用悬挂、无支腿着地，故在清扫冲洗方面更方便。

3 经济性

成套式模块栈桥具有鲜明的技术特点，但作为一个产品，大部分的业主更关注其经济性。笔者收集了近五年的220跨桁架式栈桥案例作为经济比较依据，这220跨栈桥由6家甲级设计院设计，其中单输送带栈桥80跨，双输送带栈桥80跨，三输送带栈桥60跨。栈桥所在地从内蒙古、山西、山东、河南、河北、安徽、到江苏、江西、云南和新疆10个省份，栈桥跨度从18.0m到42.0m。

通过综合分析比较，单输送带成套式模块栈桥的每米含钢量比桁架式栈桥高8%左右。每米栈桥造价比桁架式栈桥高5%左右。双输送带栈桥每米含钢量比桁架式栈桥低10%左右，每米栈桥造价比桁架式栈桥低5%左右。三输送带栈桥每米含钢量比桁架式栈桥低15%左右，每米栈桥造价比桁架式栈桥低11%左右。在这三种栈桥中每吨钢材造价比桁架式栈桥高10%左右。

工程项目业主更为关注栈桥每吨造价，但是栈桥吨造价未包括围护结构、底板这两者造价，占钢栈桥造价的30%～40%。传统钢栈桥由设计院完成设计，确定运输距离后，其总含钢量已定，通过吨造价可以估算栈桥总造价。而成套式模块栈桥，只需要业主给出相关参数，设计施工单位直接提供整体产品，按照长度计价，按重量计价不适合模块栈桥，即便吨造价较低，如果每米含钢量高，也会造成总体造价偏高。业主需求是将散料的运输和转移，因此距离确定后，按运输长度计价更合理。所以成套式模块栈桥在单输送带栈桥造价略比桁架式栈桥高，双输送带栈桥和三输送带栈桥比桁架式栈桥更具有经济性。另外在栈桥使用阶段，在栈桥冲洗和维护方面，模块栈桥更具有经济优势，并且成套式模块栈桥具有可重复利用性，在全服务周期而论，成套式模块栈桥的经济效益更好。

4 结 语

成套式模块栈桥最大优势是以模块单元形式在工厂标准化生产，而组成标准模块的基本构件(如侧板、上部横梁等)工厂有一定量的存储。因此，对于长距离运输的输送栈桥，有条件设计成标准跨度，采用标准模块。配用标准栈桥支架，成套式模块栈桥更能体现出其价格和工期的优势。对于已经投入生产的企业，往往现场加工和施工会造成一定的噪声和环境污染，成套式模块栈桥可有效的降低噪声和环境污染。

综上所述，成套式模块栈桥作为中国新一代钢栈桥，是一种新型产品，它克服了传统桁架式栈桥的许多缺点，一是在技术上具有先进性，在建筑工业化的大趋势下，在环境保护越来越严的形势下，成套式模块栈桥的推广应用价值越来越高。二是在经济上具有优势和提升空间，在钢材价格上升和人工费越来越高的情况下，成套式模块栈桥的经济性能将会得到更好的体现。