懸臂現澆施工橋梁跨越高速公路安全防護設計

聶國南

(中鐵建設集團有限公司, 北京 100040)

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懸臂現澆施工橋梁跨越高速公路安全防護設計

聶國南

(中鐵建設集團有限公司, 北京 100040)

文章以某地鐵高架線路懸臂現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掛籃進行全封閉防護設計措施：利用掛籃底模系統設置縱向20工字鋼，掛籃懸臂部分加設工字鋼斜撐，在其上鋪設2 mm厚鋼板，形成底部全封閉系統；掛籃前后端及兩側向外延伸1.5 m，四周底部采用1 mm厚鋼板防護，高度1.5 m，從側面鋼板頂至連續梁梁頂位置，搭設鋼管支架，鋪設防水土工布、鐵皮，設置安全密網(鋼絲網)，將整個施工區域進行全封閉，防止物體墜落。該全封閉體系相對于搭設防護棚方案，具有對交通影響小、費用低等優點，可為類似工程提供參考。

懸臂施工橋梁； 跨越高速公路； 掛籃安全防護設計

1 工程概況

某地鐵高架線路以懸臂現澆施工的方式跨越高速公路，線路與公路斜交81°52′51″，高速公路現狀路面寬35 m，路基填土高約3 m，兩側路基邊坡排水溝距離為52 m。線路跨越處高速公路設有3孔20 m公路下穿橋涵，該公路橋為排洪兼立交而設，中間一孔梁下為寬約5 m水渠，地鐵線路左側(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系

1.1 梁體結構形式

梁體采用單箱單室變高度箱形截面，中支點梁高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 箱梁構造

梁體計算跨度為(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;中支點梁高4.7 m,邊支點及跨中梁高為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個梁段。兩中支點處為0號段，與墩頂臨時支座固結，形成臨時T構。該梁段長8 m，1號、2號梁段長3.5 m,3號～9號梁段長4.0 m，10號、10′號梁段為合龍段，梁段長2.0 m，11號梁段為邊跨支點現澆段，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，無法搭設防護棚，為確保掛籃施工過程中的行車安全，采用對掛籃進行全封閉防護措施。

2 掛籃全防護設計與計算

2.1 掛籃全防護支架設計

高速公路在運行過程中，車速較塊。掛籃施工過程中，交管部門不允許封堵公路。原采用搭設防護棚，但在搭設的過程中，對交通影響大，且占用高速公路，費用高，審批過程長，影響范圍廣，為此綜合考慮，另設計防護措施。

為了保證高速公路防護方案的合理性及降低工程造價，最終采用了掛籃全防護。即，做好掛籃底部及臨邊防護，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，對掛籃底模下面進行包裹密封。利用掛籃底模系統設置縱向20工字鋼，掛籃懸臂部分加設工字鋼斜撐，間距均為0.5 m，在其上鋪設2 mm厚鋼板，形成底部全封閉系統(圖3)。

圖3 吊籃底部細部構造(單位: cm)

(2)掛籃前后端及兩側向外延伸1.5 m，四周底部采用1 mm厚鋼板防護，高度1.5 m，從側面鋼板頂至連續梁梁頂位置，搭設鋼管支架，鋪設防水土工布、鐵皮，設置安全密網(鋼絲網)，將整個施工區域進行全封閉，防止物體墜落。

縱梁與橫梁采用焊接進行連接；防護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鋼筋與立桿進行焊接，采用3 mm鋼板與鋼筋及立桿進行焊接(圖4)。

圖4 掛籃全封閉防護側、橫斷面(單位: cm)

2.2 分析計算

支架的分析計算包括增加了掛籃全封閉防護后的整體重量對掛籃桿件的影響、行走的影響、澆筑混凝土的影響、風載的影響、桿件結構受力的影響。限于篇幅，本文僅就掛籃增加防護后的整體安全性相關分析進行論述。

支架的驗算荷載包括：

本連續梁掛籃主要由主桁系統、走行錨固系統、導向系統、底籃系統、前上橫梁、平臺防護系統、輔助部件等組成。

(1)考慮箱梁混凝土澆筑時脹模等系數的超載系數為1.05。

(2)掛籃空載行走時的沖擊系數為1.3。

(3)澆筑混凝土和掛籃行走時的抗傾覆穩定系數為2.0。

(4) 活載分項系數為1.4。

(5) 恒載分項系數為1.2。

(6)選取3號最重梁段進行驗算。

2.3 底籃橫梁空載走行狀態受力計算

掛籃空載走行狀態下，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于單根底板下縱梁承受的載荷。前移時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/2/腹板下縱梁數=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/2=5.79 kN。

由材料力學計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 掛籃防護安裝

掛籃防護安裝是在掛籃模板體系安裝完成之后，對掛籃全防護結構進行安裝，安裝時，采用吊裝設備進行主要構件安裝定位，并確保主要構件的連接滿足規范要求，合格后方可進行下一步施工。在安裝橫向型鋼鋪底時，應確保在豎向和縱向大梁穩固，按照設計尺寸進行鋪設分配梁。

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

4 全防護施工的質量控制點

(1)各部件焊接時，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，必須保證焊接質量。焊后應仔細檢查，合格后方可投入使用。

(2)鋼板“槽”型焊接時，必須確保焊接質量，其周圍的橫桿和加固桿件必須加固到位。及其上的工字鋼應在相應位置設置支撐加勁肋，以保證結構的局部穩定。

(3)設計時應考慮安全防護架的重量加上之后，對懸臂澆筑施工的不平衡荷載的影響，在施工過程中應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測

鑒于防護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懸澆的不平衡荷載和安全措施有效性進行監測，以確保支架結構的受力安全。

5.1 測點布置

在施工過程中掛籃防護，懸臂因自重作用，預應力張拉，混凝土結構徐變，施工中溫度變化等因素，將使得懸臂澆筑的箱梁標高與設計明顯偏離。因此，我們對每階段線形進行控制觀測。在箱梁梁頂各節段監測點布設3個測點，以箱梁中線為準對稱布置，測點離節段前端15 cm。

5.2 監測數據

現澆支架搭接完畢后，預壓前在方木及支架基礎上布設監測點，點位布置分左、中、右每個斷面3個點，每2 m一個斷面。支架基礎監測點近可能與方木監測點豎向對稱。測量時任選一點作為后視點，預壓前、卸載前、卸載后分別進行觀測。對觀測結果進行分析，依據分析結果確定現澆箱梁拋高值。

拋高值為：設計標高+支架彈性變形值+設計計算的預拋值(圖9)。

圖9 關鍵截面實測值與計算值的對比

6 結束語

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

(2)掛籃全防護支架的設計應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，同時滿足安全。計算分析時，應從強度、穩定及剛度三個方面進行。另外，全防護措施的選擇應盡量布置在各個型鋼和豎向吊桿的節點上，以便于傳遞剪力和拉力。

(3)從支架的監測數據來看，實測值與計算值基本吻合。本文中有限元模型能夠反映支架體系的實際受力狀態。

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

[1] GB 50017-2014 鋼結構設計規范[S].

[2] 建質[2009]87號文 危險性較大分部分項工程安全管理辦法[S].

[3] JGJ 82-2011 鋼結構高強度螺栓連接技術規程[S].

[4] GB 50911-2013 城市軌道交通工程監測技術規范[S].

[5] GB 50026-2007 工程測量規范[S].

聶國南(1973～)，男，本科，高級工程師，從事路橋施工技術管理工作。

U231.3

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[定稿日期]2017-03-16