上跨國道安全防護棚架施工技術

馬浩

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南長沙 410000）

1 工程概況

紅河州建（個）元高速公路項目3#路基開挖在國道G245上方山坡上，土石方開挖時有可能有墜物掉落國道上，為了國道的交通安全，特在國道該路段設置防護棚支架進行防護。路基第一段影響區域，與G245國道水平距離約為161.62～259.9m，垂直距離約為134.4～178m，坡度約為1:1.169～1:1.46；第二段影響區域與G245國道水平距離約為68.92～138.31m，垂直距離約為39～62.6m，坡度約為1:1.767～1:2.209，地勢陡峭。

2 防護棚架設計及結構驗算

2.1 施工設計

該防護棚架設置兩段，第一段約828.69m長，第二段約83.46m長，棚架沿國道設置，立柱橫向間距約3.5～6m，頂蓋寬由山坡邊沿至路面外側，兩側高差約0.2m，靠山為高邊側，形成2.5%的排水橫坡。立柱采用擴大混凝土獨立基礎，縱向間距6m，長寬高為80cm×80cm×50cm，埋深于巖層面上，頂面設鋼預埋件與鋼管立柱相焊接，立柱為φ529×10鋼管，縱向每隔約100m位置兩鋼管間設柱間聯結系。柱頂與2I45a縱向分配梁焊接，頂上設橫向分配梁2I45a，間距為1.5m，其上滿鋪鋼模板，模板縱肋為[6.3，間距約50cm，模板面板厚6mm，與縱肋相焊，模板上鋪40cm厚中粗砂，四周采用砂袋壘碼，頂上鋪壓防雨布，防止粗砂滑走、吹走。

2.2 結構驗算

2.2.1 設計荷載

（1）風荷載

橫風壓：W0=k0k1k3wd

其中：wd-設計基準風壓，取5年基準期元江基本風壓。

其中：γ-空氣重力重度，取0.012kN/m3。

其中：k2-考慮地面粗糙度類別和梯度風速調度變化修正系數，取1.0；K4-陣風風速系數，取1.38；K5-地面地理條件系數，取1.0；v10-安全棚所在地區5年基準期基準風速。查規范取20.6m/s。

（2）自重荷載

防護棚架結構自重，進行計算時應考慮。其中：砂自重重度：g1=16kN/m3（一般干密度為14kN/m3，含水稍密為16kN/m3）；型鋼自重重度：g1=78.56kN/m3。

（3）墜物荷載

假定：①下落物體為剛體；②下落過程為自由落體過程；③墜物穿過砂層后，沖擊到型鋼，忽略型鋼的彈性變形；④下落物體最大質量不超過100kg，m=100kg計；⑤墜物最不利落點橫向分配梁跨中位置。

墜物在一定高度上具有一定的勢能mgH，該物體下落時，該勢能轉化為動能，對碰撞物來講，該物體將能量轉變成沖擊力，此時自由落體運動開始轉變受阻的減速運動，由此方程：

式中：m-下落物體質量；H-下落物體的下落高度（m）；Vt-下落物體在碰撞瞬間時的速度（m/s）；VT-下落物體在碰撞運動結束時的速度（m/s），取0。

求解上述聯列方程得出下面各式：

由于分配梁在力的作用下產生撓度，以簡支梁為例，當一個集中荷載作用在梁的跨中時，該點產生的位移為：

式（7）中，型鋼I45，E=2.1×108kPa，I=3.224×10-4m4，L=6m，H=50m，Δhs=0.5m。求得沖擊力F=877kN，按3根橫向分配梁承受此荷載考慮。

2.2.2 計算強度及穩定性結果分析

（2）橫向分配梁2I45a：

2I45a抗彎模量：W=2×Wx=2×1430×103mm3

（3）縱向分配梁2I45a：

截面特性：同上。

（4）鋼管柱φ529×10：

2.3 結論

綜合上述計算結果，安全防護支架能防御從50m高空墜落100kg重物。

3 防護棚架施工

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程如下：場地平整→測量放樣→立柱基礎施工→鋼管立柱安裝→縱向分配梁安裝→橫向分配梁安裝→δ6鋼板及[6.3縱肋安裝→砂袋壘碼及中粗砂施工→支架拆除。

3.2 施工準備

（1）防護棚架安裝之前應對現場是否具備開工條件進行核查，提前做好規劃布置工作；開工前現場應提前做好相關安全警示標識以及交通疏解工作。

（2）現場所需物資、設備種類繁多，開工前應根據設計圖紙，提前將各種物資、器具存放在指定倉庫內，保證施工的連續性。

3.3 立柱基礎施工

（1）基礎采用機械配合人工開挖，垂直開挖，開挖基坑平面尺寸為0.8m×0.8m，開挖深度根據現場進行調整；

（2）基礎采用C20混凝土分層澆筑，每25cm一層，在每一位置的振動時間一般為15—20s，不得過久，應以振至混凝土混合料泛漿，不明顯下降，不冒氣泡，表面均勻為度；

（3）混凝土澆筑完成后，用透明塑料薄膜封閉覆蓋混凝土面層，防止混凝土開裂；

（4）模板拆除后，露出地面部分周邊做好防撞標識，涂以10cm黃黑相間呈45°的普通漆。

3.4 鋼管立柱安裝

待立柱基礎施工完畢后，安裝φ529×10螺旋鋼管立柱。左右對稱施工，螺旋管高度按照6m高度進行安裝，底部與預埋鋼板進行焊接。立柱安裝應保證垂直度，不得存在傾斜現象，垂直度偏差不得大于1%，以免鋼管立柱偏心受壓影響支架整體穩定性。

3.5 縱向雙拼I45a分配梁安裝

鋼管立柱上部為雙拼I45a工字鋼分配梁，居中布置。分配梁與鋼管立柱頂板焊接防傾覆。單跨鋼管立柱頂部雙拼工字鋼橫梁應水平，保證凈空。

3.6 橫向雙拼I45a分配梁安裝

縱向分配梁上方布置橫向雙拼I45a工字鋼，間距按照1.5m進行布置，縱橫向分配梁之間進行焊接，焊縫飽滿。橫向分配梁靠近山坡一側，應錨入山體不小于10cm。

3.7 δ6鋼板與[6.3縱肋安裝

在進行[6.3縱肋安裝之前，應先在橫向分配梁做好相應標識，按照0.5m間距進行劃線布置，并將[6.3縱肋與其與δ6鋼板進行焊接。焊接完成后，將其用25T吊機進行整體吊裝就位，并在端部及其跨中，將其與橫向分配梁焊接，增強穩定性。

3.8 砂袋壘碼及中粗砂施工

（1）砂袋壘碼。頂面封閉層結構設計為四周用砂袋壘碼50cm，內部填充40cm厚中粗砂。中粗砂起到減震作用與抗沖擊作用。靠近道路外側砂袋壘碼分三層，底部沿橫向并排布置三個砂袋，第二層兩個砂袋，第三層一個砂袋，居中碼放；靠近山體一側砂袋應緊貼山體，沿著山坡走向碼放三層，每一層各一個砂袋，防止飛石沿著邊坡滑落。

（2）中粗砂施工。綜合多方面因素，決定采用噸袋吊裝的方式施工：先在取料場用噸袋裝好，高度約40cm，用挖機或者吊車吊裝至自卸車內，現場采用25t吊車進行吊裝。吊裝時可根據現場路面寬度選擇支腿全伸或者半伸。

3.9 防護棚拆除

路基施工完成后，應及時對防護棚架進行拆除，拆除原則為先搭后拆，從上至下依次拆除。拆除過程中應左右對稱拆除，避免傾覆現象發生。

拆除方法如下：

（1）根據現場交通情況，支架拆除應按照分段拆除方式進行施工；

（2）首先用25t吊車將砂袋及中粗砂吊至自卸車上，吊裝過程中若有砂粒散落至道路上，應及時清理；

（3）用氧氣乙炔切割鋼板，切縫選在鋼板拼接縫處，然后用吊車緩緩吊下，轉運；

（4）然后依次拆除[6.3槽鋼、橫向分配梁、縱向分配梁，每次吊裝前應保證人員到達安全位置后，方可進行起吊，避免吊裝過程中擺動，撞擊到人；

（5）鋼管立柱拆除時，可利用吊車先將鋼管立柱頂部吊起，并用鋼絲繩將鋼管柱與相鄰鋼管立柱進行臨時栓結。待底座約束全部解除后，緩緩將其放置在轉運車上；

（6）基礎破除后，并將道路進行恢復。

4 結語

上跨國道施工是施工安全隱患的重點防范區域，在克服國道上車流量、交通不便、地勢險要的困難下，順利完成了整個防護棚架的施工，對同類工程有一定的參考價值。