萬向輪在扭王塊模板拆裝過程中的運用

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構中廣泛使用，在扭王字塊預制拆裝模板過程中，大多數(shù)工藝采用吊機輔助進行拆裝模板。某甲項目碼頭防波堤中，cor-loc 預制采用的萬向輪拆裝模板工藝［1］，因此某乙項目扭王字塊預制采用萬向輪拆裝模板工藝。與傳統(tǒng)吊機輔助拆裝模板相比，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、設備投入小等特點。該項工藝技術已在乙項目中成功運用，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，累計拆裝模板32 565次。

2 萬向輪拆裝模板原理及特點

2.1 工藝原理

每片模板采用3 個可調(diào)節(jié)高低的萬向輪支撐，一套模板有6個萬向輪，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 個人對模板進行移動，每個人邊移動模板邊調(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 個人分別對萬向輪進行調(diào)整，對模板進行微調(diào)，將2片模板進行合攏。扭王字塊模板合攏后，在澆筑混凝土前，將3 個萬向輪調(diào)高，萬向輪與地面脫離，模板與底模接觸。

澆筑混凝土［6］時，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，3個人進行模板拆模，用千斤頂將模板頂出來的同時，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，萬向輪朝模板合攏反方向。然后采用3 個人對模板進行移動，每個人邊移動模板邊調(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，并進行模板打磨、涂油。

2.2 工藝特點

經(jīng)現(xiàn)場實際應用操作，證實在扭王字塊模板采用萬向輪工藝進行拆裝時具備以下特點：

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

⑵萬向輪拆裝模板過程中，3 個人就可以操作，操作簡單方便?？梢詭滋啄０逋瑫r拆裝，不受起重設備數(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)濟效益。

⑷萬向輪工藝拆裝模板過程中，采用人力進行拆除，對扭王字塊的成品保護較好，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備提供作業(yè)場地。

3 萬向輪模板的設計及制作

3.1 萬向輪模板設計簡介

本項目扭王字塊每片模板采用3 個萬向輪支撐，考慮模板重心［7］要在3 個萬向輪之間，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)螺桿進行連接，可調(diào)節(jié)螺桿采用2 個M30 螺母與直徑50 mm 的套筒連接，2 個M30 螺母之間至少有20 cm 的間距，以保證螺桿的垂直度。同時在輪子邊上焊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行調(diào)節(jié)。

本項目螺桿采用的Q235 鋼材，萬向輪輪子采用重載型聚氨酯包鐵芯，輪徑為250 mm，單輪設計承載為550 kg。萬向輪與可調(diào)節(jié)螺桿之間采用焊接進行連接，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，在模板加工進場時，備一些螺桿、萬向輪到施工現(xiàn)場，在萬向輪損壞時進行更換，以備不時之需。

3.2 萬向輪受力分析

以22 t 扭王塊模板為例進行相關受力分析［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系如圖3所示。模板靜止狀態(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：

萬向輪的設計承載力：

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行移動，當推力大于或等于最大滾動摩力時，模板向前發(fā)生移動，此時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

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

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

圖7 預制場布置Fig.7 Layout of Precast Yard

4.2 經(jīng)濟性分析

在龍門吊進行扭王字塊預制、裝車拆裝扭王字塊的前提下，進行萬向輪工藝及起重設備工藝進行經(jīng)濟性分析：

⑴采用萬向輪工藝進行扭王字塊模板拆除，幾乎不增加模板制作成本，3 個人力即可一組進行扭王字塊模板安裝、拆除、移動，且不存在模板吊裝風險，起重吊機設備故障維修風險，工期較有保障。

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

經(jīng)濟性分析如表1所示。

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

5 結論

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