王 成，張冰麗

（中交四航局第二工程有限公司 廣州510230）

0 引言

扭王字塊在我國水工結(jié)構(gòu)中廣泛使用，在扭王字塊預(yù)制拆裝模板過程中，大多數(shù)工藝采用吊機(jī)輔助進(jìn)行拆裝模板。某甲項(xiàng)目碼頭防波堤中，cor-loc 預(yù)制采用的萬向輪拆裝模板工藝［1］，因此某乙項(xiàng)目扭王字塊預(yù)制采用萬向輪拆裝模板工藝。與傳統(tǒng)吊機(jī)輔助拆裝模板相比，萬向輪在扭王字塊拆裝模板及移動過程中具有操作簡單、安全可靠、設(shè)備投入小等特點(diǎn)。該項(xiàng)工藝技術(shù)已在乙項(xiàng)目中成功運(yùn)用，采用萬向輪拆裝、移動模板32 565次，取得了理想效果。

1 工程概況

某項(xiàng)目工程有外海防波堤、內(nèi)防波堤、攔沙壩、潛堤［2，3］。其中5 t扭王字塊2 540件，10 t扭王字塊4 330件，17 t 扭王字塊24 450 件，22 t 扭王字塊1 245 件，扭王字塊全部采用萬向輪拆裝模板工藝施工，累計(jì)拆裝模板32 565次。

2 萬向輪拆裝模板原理及特點(diǎn)

2.1 工藝原理

每片模板采用3 個(gè)可調(diào)節(jié)高低的萬向輪支撐，一套模板有6個(gè)萬向輪，扭王字塊模板［4，5］如圖1所示。

模板安裝前先將3 個(gè)萬向輪調(diào)低，萬向輪與地面接觸，模板與地面脫離，萬向輪將模板支撐起來。然后采用3 個(gè)人對模板進(jìn)行移動，每個(gè)人邊移動模板邊調(diào)節(jié)萬向輪方向。由于萬向輪為偏心萬向輪，一旦開始移動只需要調(diào)節(jié)模板行走前面的萬向輪方向即可。

圖1 扭王字塊模板示意圖Fig.1 Diagram of Chinesepod Forwork

移動到底模位置后，3 個(gè)人分別對萬向輪進(jìn)行調(diào)整，對模板進(jìn)行微調(diào)，將2片模板進(jìn)行合攏。扭王字塊模板合攏后，在澆筑混凝土前，將3 個(gè)萬向輪調(diào)高，萬向輪與地面脫離，模板與底模接觸。

澆筑混凝土［6］時(shí)，萬向輪已經(jīng)全部脫離地面，處于不受力狀態(tài)，混凝土產(chǎn)生的壓力全部由模板來支撐。

混凝土凝固后拆模時(shí)，3個(gè)人進(jìn)行模板拆模，用千斤頂將模板頂出來的同時(shí)，調(diào)低萬向輪及調(diào)整好萬向輪的方向，萬向輪與地面接觸，模板與地面脫離，萬向輪將模板支撐起來。同時(shí)，萬向輪朝模板合攏反方向。然后采用3 個(gè)人對模板進(jìn)行移動，每個(gè)人邊移動模板邊調(diào)節(jié)萬向輪方向。

人工將模板移至修整區(qū)后，將萬向輪調(diào)高，萬向輪已經(jīng)全部脫離地面，處于不受力狀態(tài)，模板接觸地面，并進(jìn)行模板打磨、涂油。

2.2 工藝特點(diǎn)

經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用操作，證實(shí)在扭王字塊模板采用萬向輪工藝進(jìn)行拆裝時(shí)具備以下特點(diǎn)：

⑴施工過程中有損壞時(shí)可以直接更換，操作方便、循環(huán)利用、效率高，具有較強(qiáng)的優(yōu)越性及適用性。

⑵萬向輪拆裝模板過程中，3 個(gè)人就可以操作，操作簡單方便。可以幾套模板同時(shí)拆裝，不受起重設(shè)備數(shù)量制約，拆模示意圖如圖2所示。

圖2 萬向輪模板拆模示意圖Fig.2 Mounting and Dismounting Chinesepod Forwork with Universal Wheel

⑶萬向輪模板在模板出廠時(shí)已加工好，模板重量幾乎不增加，一次性投入較少，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

⑷萬向輪工藝拆裝模板過程中，采用人力進(jìn)行拆除，對扭王字塊的成品保護(hù)較好，大大減少了崩邊蹲、掉角現(xiàn)象。

⑸萬向輪在升高或降低過程中幅度不要太大，滿足行走要求的情況下，在萬向輪降低過程中，模板離地面盡量少一些。

⑹萬向輪工藝拆裝扭王字塊模板，適用于有限場地，僅需要模板修整場地，不需要額外給起重設(shè)備提供作業(yè)場地。

3 萬向輪模板的設(shè)計(jì)及制作

3.1 萬向輪模板設(shè)計(jì)簡介

本項(xiàng)目扭王字塊每片模板采用3 個(gè)萬向輪支撐，考慮模板重心［7］要在3 個(gè)萬向輪之間，如圖3 所示。在模板拆裝及移動過程中保證模板不會傾倒。

萬向輪與模板連接如圖4所示。萬向輪與直徑為30 mm 的可調(diào)節(jié)螺桿進(jìn)行連接，可調(diào)節(jié)螺桿采用2 個(gè)M30 螺母與直徑50 mm 的套筒連接，2 個(gè)M30 螺母之間至少有20 cm 的間距，以保證螺桿的垂直度。同時(shí)在輪子邊上焊1 根長10 cm、直徑20 mm 的鋼筋頭，采用套筒對萬向輪的方向進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本項(xiàng)目螺桿采用的Q235 鋼材，萬向輪輪子采用重載型聚氨酯包鐵芯，輪徑為250 mm，單輪設(shè)計(jì)承載為550 kg。萬向輪與可調(diào)節(jié)螺桿之間采用焊接進(jìn)行連接，萬向輪模板在車間加工完成。

圖3 22t扭王字塊模板重心與萬向輪相對位置Fig.3 The Center of Gravity of Chinesepod Forwork and the Universal Wheel

圖4 萬向輪與模板連接示意圖Fig.4 Schematic Diagram of the Connection between the Universal Wheel and the Forwork

同時(shí)，在模板加工進(jìn)場時(shí)，備一些螺桿、萬向輪到施工現(xiàn)場，在萬向輪損壞時(shí)進(jìn)行更換，以備不時(shí)之需。

3.2 萬向輪受力分析

以22 t 扭王塊模板為例進(jìn)行相關(guān)受力分析［8，9］，22 t扭王塊模板單片重量為1 064 kg×9.8 N∕kg=10 427 N。重心與萬向輪間的相對位置關(guān)系如圖3所示。模板靜止?fàn)顟B(tài)下，萬向輪承受模板的自重，受力簡圖如圖5所示。

圖5 萬向輪受力簡圖Fig.5 Schematic Diagram of Universal Wheel Forces

圖5中，根據(jù)O點(diǎn)力矩平衡公式：

2#及3#萬向輪的豎向力為：

根據(jù)豎向力平衡關(guān)系，1#萬向輪的豎向力為：

萬向輪承受的最大豎向力為：

萬向輪的設(shè)計(jì)承載力：

所以，F(xiàn)max=4 166 N＜F0=5 390 N，所選擇的萬向輪型號滿足受力要求。

3.3 模板穩(wěn)定性分析（見圖6）

圖6 模板受力簡圖Fig.6 Schematic Diagram of Chinesepod Forwork Forces

扭王字塊輪模板通過萬向輪滾動進(jìn)行移動，當(dāng)推力大于或等于最大滾動摩力時(shí)，模板向前發(fā)生移動，此時(shí)的最大滾動摩阻力偶矩為：

式中：δ為滾動摩阻系數(shù)，萬向輪與混凝土路面的滾動摩阻系數(shù)取上限δ=10 mm；FN為滾輪與支承面的正壓力，此處即為模板的自重。

所以，Mmax=δ FN=10×10 427.4=104 272 N·mm，使?jié)L輪發(fā)生滾動所需要的最小水平推力FT由平衡方程∑MA（F）=0可以求得：

水平推力產(chǎn)生的傾覆力矩

M1=FTH=834.2×1 536=1.28×106N·mm

重力對模板自身的抗傾覆力矩

M2=G·L2=10 427.2×256=2.67×106N·mm

M1＜M2，滿足移動過程滿足穩(wěn)定性要求。

4 與其他拆裝模板工藝比較

4.1 可行性分析

本項(xiàng)目扭王字塊預(yù)制場設(shè)置在運(yùn)營繁忙的國際集裝箱港口里面，場地受很大的限制，且每天需要預(yù)制完成80件扭王字塊。

預(yù)制場布置的2臺30 t龍門吊［10］只能滿足澆筑扭王字塊、裝車轉(zhuǎn)運(yùn)扭王字塊的需求。若在場地內(nèi)布置吊機(jī)進(jìn)行拆裝模板，則澆筑混凝土施工便道和運(yùn)輸扭王字塊施工便道會堵塞，預(yù)制強(qiáng)度也無法滿足工期需求，預(yù)制場布置如圖7所示。

圖7 預(yù)制場布置Fig.7 Layout of Precast Yard

4.2 經(jīng)濟(jì)性分析

在龍門吊進(jìn)行扭王字塊預(yù)制、裝車拆裝扭王字塊的前提下，進(jìn)行萬向輪工藝及起重設(shè)備工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析：

⑴采用萬向輪工藝進(jìn)行扭王字塊模板拆除，幾乎不增加模板制作成本，3 個(gè)人力即可一組進(jìn)行扭王字塊模板安裝、拆除、移動，且不存在模板吊裝風(fēng)險(xiǎn)，起重吊機(jī)設(shè)備故障維修風(fēng)險(xiǎn)，工期較有保障。

⑵采用傳統(tǒng)工藝需要租賃至少2臺25 t汽車吊進(jìn)行吊運(yùn)拆裝模板。在模板吊運(yùn)過程中存在吊裝風(fēng)險(xiǎn)及起重設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，需要租賃另外起重設(shè)備進(jìn)行作業(yè)。

經(jīng)濟(jì)性分析如表1所示。

表1 萬向輪拆裝模工藝與吊機(jī)拆裝模工藝經(jīng)濟(jì)性對比Tab.1 The Economic Comparison between the Mounting &Dismounting Chinesepod Forwork with Universal Wheel and Mounting & Dismounting Chinesepod Forwork by Crane

5 結(jié)論

萬向輪拆裝扭王字塊模板施工工藝在本項(xiàng)目得到了很好的應(yīng)用。在場地受限制、已有起重設(shè)備無法滿足施工強(qiáng)度需求的情況下，萬向輪拆裝扭王字塊模板施工工藝具有較好的推廣應(yīng)用前景。