聶國南

(中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司, 北京 100040)

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懸臂現(xiàn)澆施工橋梁跨越高速公路安全防護(hù)設(shè)計(jì)

聶國南

(中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司, 北京 100040)

文章以某地鐵高架線路懸臂現(xiàn)澆橋梁跨越高速公路的施工為背景，介紹了在不影響高速公路通行的情況下對(duì)掛籃進(jìn)行全封閉防護(hù)設(shè)計(jì)措施：利用掛籃底模系統(tǒng)設(shè)置縱向20工字鋼，掛籃懸臂部分加設(shè)工字鋼斜撐，在其上鋪設(shè)2 mm厚鋼板，形成底部全封閉系統(tǒng)；掛籃前后端及兩側(cè)向外延伸1.5 m，四周底部采用1 mm厚鋼板防護(hù)，高度1.5 m，從側(cè)面鋼板頂至連續(xù)梁梁頂位置，搭設(shè)鋼管支架，鋪設(shè)防水土工布、鐵皮，設(shè)置安全密網(wǎng)(鋼絲網(wǎng))，將整個(gè)施工區(qū)域進(jìn)行全封閉，防止物體墜落。該全封閉體系相對(duì)于搭設(shè)防護(hù)棚方案，具有對(duì)交通影響小、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，可為類似工程提供參考。

懸臂施工橋梁； 跨越高速公路； 掛籃安全防護(hù)設(shè)計(jì)

1 工程概況

某地鐵高架線路以懸臂現(xiàn)澆施工的方式跨越高速公路，線路與公路斜交81°52′51″，高速公路現(xiàn)狀路面寬35 m，路基填土高約3 m，兩側(cè)路基邊坡排水溝距離為52 m。線路跨越處高速公路設(shè)有3孔20 m公路下穿橋涵，該公路橋?yàn)榕藕榧媪⒔欢O(shè)，中間一孔梁下為寬約5 m水渠，地鐵線路左側(cè)(面向大里程)一孔梁下為一條寬約3.5 m水泥路(圖1)。懸澆梁段距離高速公路路面最小凈高度為8.8 m。

圖1 擬建橋梁與既有公路關(guān)系

1.1 梁體結(jié)構(gòu)形式

梁體采用單箱單室變高度箱形截面，中支點(diǎn)梁高4.70 m，跨中梁高2.70 m， 箱梁頂寬10.2 m，底寬5.7 m，翼緣板端厚15 cm，翼緣板根部厚30 cm(圖2)。

1.2 箱梁構(gòu)造

梁體計(jì)算跨度為(47.9+80+47.9) m，采用單箱、單室、直腹板變高度箱梁，箱梁頂寬為10.2 m,箱底寬度為5.7 m;中支點(diǎn)梁高4.7 m,邊支點(diǎn)及跨中梁高為2.7 m，梁高變化段梁底曲線釆用二次拋物線。

1.3 梁段劃分

梁段按施工順序共劃分為12種43個(gè)梁段。兩中支點(diǎn)處為0號(hào)段，與墩頂臨時(shí)支座固結(jié)，形成臨時(shí)T構(gòu)。該梁段長8 m，1號(hào)、2號(hào)梁段長3.5 m,3號(hào)～9號(hào)梁段長4.0 m，10號(hào)、10′號(hào)梁段為合龍段，梁段長2.0 m，11號(hào)梁段為邊跨支點(diǎn)現(xiàn)澆段，梁段長為6.9 m。其中采用掛籃施工的最重梁段為3號(hào)梁段，重約109 t,掛籃采用60 t。

圖2 箱梁橫截面

由于施工場地所限，無法搭設(shè)防護(hù)棚，為確保掛籃施工過程中的行車安全，采用對(duì)掛籃進(jìn)行全封閉防護(hù)措施。

2 掛籃全防護(hù)設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1 掛籃全防護(hù)支架設(shè)計(jì)

高速公路在運(yùn)行過程中，車速較塊。掛籃施工過程中，交管部門不允許封堵公路。原采用搭設(shè)防護(hù)棚，但在搭設(shè)的過程中，對(duì)交通影響大，且占用高速公路，費(fèi)用高，審批過程長，影響范圍廣，為此綜合考慮，另設(shè)計(jì)防護(hù)措施。

為了保證高速公路防護(hù)方案的合理性及降低工程造價(jià)，最終采用了掛籃全防護(hù)。即，做好掛籃底部及臨邊防護(hù)，以防止物體高處墜落、物體打擊。主要措施有：

(1)為防止施工中物件墜落及漏漿等情況，對(duì)掛籃底模下面進(jìn)行包裹密封。利用掛籃底模系統(tǒng)設(shè)置縱向20工字鋼，掛籃懸臂部分加設(shè)工字鋼斜撐，間距均為0.5 m，在其上鋪設(shè)2 mm厚鋼板，形成底部全封閉系統(tǒng)(圖3)。

圖3 吊籃底部細(xì)部構(gòu)造(單位: cm)

(2)掛籃前后端及兩側(cè)向外延伸1.5 m，四周底部采用1 mm厚鋼板防護(hù)，高度1.5 m，從側(cè)面鋼板頂至連續(xù)梁梁頂位置，搭設(shè)鋼管支架，鋪設(shè)防水土工布、鐵皮，設(shè)置安全密網(wǎng)(鋼絲網(wǎng))，將整個(gè)施工區(qū)域進(jìn)行全封閉，防止物體墜落。

縱梁與橫梁采用焊接進(jìn)行連接；防護(hù)欄桿立柱與縱梁采用焊接，間距為150 cm，在離吊籃面板25 cm、75 cm、125 cm，150 cm位置φ20鋼筋與立桿進(jìn)行焊接，采用3 mm鋼板與鋼筋及立桿進(jìn)行焊接(圖4)。

圖4 掛籃全封閉防護(hù)側(cè)、橫斷面(單位: cm)

2.2 分析計(jì)算

支架的分析計(jì)算包括增加了掛籃全封閉防護(hù)后的整體重量對(duì)掛籃桿件的影響、行走的影響、澆筑混凝土的影響、風(fēng)載的影響、桿件結(jié)構(gòu)受力的影響。限于篇幅，本文僅就掛籃增加防護(hù)后的整體安全性相關(guān)分析進(jìn)行論述。

支架的驗(yàn)算荷載包括：

本連續(xù)梁掛籃主要由主桁系統(tǒng)、走行錨固系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、底籃系統(tǒng)、前上橫梁、平臺(tái)防護(hù)系統(tǒng)、輔助部件等組成。

(1)考慮箱梁混凝土澆筑時(shí)脹模等系數(shù)的超載系數(shù)為1.05。

(2)掛籃空載行走時(shí)的沖擊系數(shù)為1.3。

(3)澆筑混凝土和掛籃行走時(shí)的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為2.0。

(4) 活載分項(xiàng)系數(shù)為1.4。

(5) 恒載分項(xiàng)系數(shù)為1.2。

(6)選取3號(hào)最重梁段進(jìn)行驗(yàn)算。

2.3 底籃橫梁空載走行狀態(tài)受力計(jì)算

掛籃空載走行狀態(tài)下，底籃橫梁主要承受模板自重作用，其受力簡圖如圖5。

圖5 掛籃空載底籃橫梁受力

底籃橫梁采用H340×250H普通熱軋H型鋼加工，其截面特性參數(shù)為：A=99.53 cm2；WX=741.7 cm3；IX=12 980 cm4。

底模載荷均分在縱梁上，由于腹板下縱梁布置較密，單邊腹板下3根縱梁承受的底模載荷相當(dāng)于單根底板下縱梁承受的載荷。前移時(shí)底籃前橫梁和后橫梁所受載荷相同。

每根縱梁自重約4.2 kN； 單邊底模自重約33 kN； 底籃橫梁自重約1 kN/m； 單根腹板下縱梁作用在橫梁上的載荷為P=縱梁自重×1.3/2+底模自重×1.3/縱梁根數(shù)/2/腹板下縱梁數(shù)=3.75 kN； 單根底板下縱梁作用在橫梁上的載荷為P=縱梁自重×1.3/2+底模自重×1.3/縱梁根數(shù)/2=5.79 kN。

由材料力學(xué)計(jì)算軟件求得底籃橫梁剪力圖、彎矩圖、撓度圖如圖6～圖8所示。

圖6 剪力

由圖6可知，其支座反力為Ra=Rb=30.93 kN。

圖7 彎矩

由圖7可知，其最大彎矩Mmax=104.29 kN·m，σmax=Mmax/Wx=85.00 MPa<[σw]=215 MPa，滿足要求。

圖8 撓度

由圖8可知，其最大撓度fmax=26.844 mm<10400/250=41.6 mm，滿足要求。

3 掛籃防護(hù)安裝

掛籃防護(hù)安裝是在掛籃模板體系安裝完成之后，對(duì)掛籃全防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝，安裝時(shí)，采用吊裝設(shè)備進(jìn)行主要構(gòu)件安裝定位，并確保主要構(gòu)件的連接滿足規(guī)范要求，合格后方可進(jìn)行下一步施工。在安裝橫向型鋼鋪底時(shí)，應(yīng)確保在豎向和縱向大梁穩(wěn)固，按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行鋪設(shè)分配梁。

安裝鋼板過程中，確保鋼板“U”型槽的側(cè)鋼板之間、側(cè)鋼板與底鋼板之間進(jìn)行焊接，焊接完成之后，在底板的外側(cè)搭設(shè)鋼管施工腳手架，并鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)。

4 全防護(hù)施工的質(zhì)量控制點(diǎn)

(1)各部件焊接時(shí)，均采用角焊縫，焊縫高度8 mm。豎向吊桿和大梁為主要受力部件之一，必須保證焊接質(zhì)量。焊后應(yīng)仔細(xì)檢查，合格后方可投入使用。

(2)鋼板“槽”型焊接時(shí)，必須確保焊接質(zhì)量，其周圍的橫桿和加固桿件必須加固到位。及其上的工字鋼應(yīng)在相應(yīng)位置設(shè)置支撐加勁肋，以保證結(jié)構(gòu)的局部穩(wěn)定。

(3)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮安全防護(hù)架的重量加上之后，對(duì)懸臂澆筑施工的不平衡荷載的影響，在施工過程中應(yīng)注意兩端都需配備同等重量，確保平衡。

5 混凝土澆筑過程中支架的監(jiān)測

鑒于防護(hù)支架的重量及安全重要性，有必要檢測混凝土澆筑過程中對(duì)懸澆的不平衡荷載和安全措施有效性進(jìn)行監(jiān)測，以確保支架結(jié)構(gòu)的受力安全。

5.1 測點(diǎn)布置

在施工過程中掛籃防護(hù)，懸臂因自重作用，預(yù)應(yīng)力張拉，混凝土結(jié)構(gòu)徐變，施工中溫度變化等因素，將使得懸臂澆筑的箱梁標(biāo)高與設(shè)計(jì)明顯偏離。因此，我們對(duì)每階段線形進(jìn)行控制觀測。在箱梁梁頂各節(jié)段監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)3個(gè)測點(diǎn)，以箱梁中線為準(zhǔn)對(duì)稱布置，測點(diǎn)離節(jié)段前端15 cm。

5.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)

現(xiàn)澆支架搭接完畢后，預(yù)壓前在方木及支架基礎(chǔ)上布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，點(diǎn)位布置分左、中、右每個(gè)斷面3個(gè)點(diǎn)，每2 m一個(gè)斷面。支架基礎(chǔ)監(jiān)測點(diǎn)近可能與方木監(jiān)測點(diǎn)豎向?qū)ΨQ。測量時(shí)任選一點(diǎn)作為后視點(diǎn)，預(yù)壓前、卸載前、卸載后分別進(jìn)行觀測。對(duì)觀測結(jié)果進(jìn)行分析，依據(jù)分析結(jié)果確定現(xiàn)澆箱梁拋高值。

拋高值為：設(shè)計(jì)標(biāo)高+支架彈性變形值+設(shè)計(jì)計(jì)算的預(yù)拋值(圖9)。

圖9 關(guān)鍵截面實(shí)測值與計(jì)算值的對(duì)比

6 結(jié)束語

本文以某懸臂掛籃施工跨高速公路不斷行措施為背景，對(duì)掛籃的防護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行了論述。從其設(shè)計(jì)與施工情況來看，可以得出如下結(jié)論：(1)一般情況下，跨高速公路是特別重大危險(xiǎn)源工程，且對(duì)高速行駛汽車影響大。掛籃距離道路的凈高度小。普通支架防護(hù)棚架無法滿足施工要求，此時(shí)掛籃進(jìn)行全防護(hù)措施進(jìn)行設(shè)計(jì)便可解決該問題。

(2)掛籃全防護(hù)支架的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮懸臂澆筑的不平衡荷載要求的影響和最大的減少用料量，同時(shí)滿足安全。計(jì)算分析時(shí)，應(yīng)從強(qiáng)度、穩(wěn)定及剛度三個(gè)方面進(jìn)行。另外，全防護(hù)措施的選擇應(yīng)盡量布置在各個(gè)型鋼和豎向吊桿的節(jié)點(diǎn)上，以便于傳遞剪力和拉力。

(3)從支架的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，實(shí)測值與計(jì)算值基本吻合。本文中有限元模型能夠反映支架體系的實(shí)際受力狀態(tài)。

從實(shí)際的施工情況來看，全防護(hù)支架克服了在特殊高危環(huán)境下的處理措施，降低了工程造價(jià)，縮短了工期(1.5個(gè)月左右)，可為以后的類似工程提供參考。

[1] GB 50017-2014 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 建質(zhì)[2009]87號(hào)文 危險(xiǎn)性較大分部分項(xiàng)工程安全管理辦法[S].

[3] JGJ 82-2011 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接技術(shù)規(guī)程[S].

[4] GB 50911-2013 城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

[5] GB 50026-2007 工程測量規(guī)范[S].

聶國南(1973～)，男，本科，高級(jí)工程師，從事路橋施工技術(shù)管理工作。

U231.3

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[定稿日期]2017-03-16