45 m T梁跨線架設安全風險及防護技術分析

李亮賓，胡富平，申鐵軍，李逢源

(山西路橋建設集團有限公司，山西 太原 030006)

0 引 言

本項目為45 m預應力混凝土T梁跨線橋上跨晉城至長治高速公路，采用分離式交叉架設，T梁跨線橋T梁共5片，單獨預制，簡支安裝。45 m T梁單片混凝土為66.75 m3，自重173.55 t。根據該橋橋型方案和總體施工規劃，結合自有設備狀況，經反復比選，橋梁上部T梁架設采用公路架橋機架梁的施工方案。其中對上跨晉城至長治高速公路全部安排在白天車流密度較小時架設，其安全防護措施結合考慮對晉城至長治高速公路公路的影響降低到最小并確保高速行車安全確定的。

1 跨線橋架設安全風險分析

1.1 兩側邊坡開挖施工安全風險

上跨晉城至長治高速公路施工時需進行邊坡開挖施工，橋梁的橋墩位于高速公路兩側一級邊坡上，高速公路在橋址處為挖方路塹，按設計橋梁施工時需對高速公路兩側邊坡進行開挖，地面線至開挖線約為7 m。本項就其發生概率來講比較小，但損失程度比較大，對公路影響較大。

1.2 防護棚架基礎施工安全風險

防護棚架基礎地基處治是否合理，地基承載力是否滿足設計要求，本項就其發生概率來講比較小，但損失程度比較大，對公路影響較大。

1.3 防護棚架搭設施工安全風險

防護棚架為T梁架設和橋梁施工最關鍵的步驟。防護棚架設置位置、本身結構安全、防護棚架頂排水設計以及防護棚架長時期存在。防護棚架搭設以及拆除過程中施工工序以及對另半幅的正常行車的影響，應做好充足的準備和完善的交通導改措施，否則會導致高速交通堵塞，嚴重情況下對高速公路上的行車將會造成安全隱患。本項就其發生概率來講比較低，但損失程度較高，對高速公路的安全有一定的影響。

1.4 架橋機自身安全性能

架橋機應是一種結構安全、性能優良、運行工作范圍廣、操作方便的鋼結構軌道式預制梁吊裝架設設備。

2 防護技術分析

2.1 邊坡開挖防護

邊坡開挖時為防止坡面滑落物落入高速公路路基范圍內影響高速公路行車安全，特設置邊坡開挖防護墻，防護墻的基礎設置在高速公路碎落臺部位。防護墻高度為500 cm，防護墻用3 mm厚鋼板組成，鋼板固定在Φ400 mm×5 mm鋼管柱上，柱間距為450 cm，兩端為，為增加鋼板的剛度，在其背面縱橫向設置了加勁肋。鋼柱固定在混凝土條形基礎上，鋼柱下的條形基礎局部加設了50 cm×50 cm錨固墩，條形基礎位于高速公路碎落臺上，內側形狀隨高速公路邊坡形式，為增加基礎穩定性，在每根鋼柱左右側加設風纜繩(規格為26 mm)。

(1)防護墻設置的目的

為防止開挖高速公路邊坡時零星土塊掉入到高速公路路面上來，設置防護墻，水平向受力主要是風力，豎向力就是鋼柱及鋼板的自重，考慮到橋梁施工期間為夏秋季節，因此考慮風力時，取50年一遇作為計算風力的標準，取受水平力最大的鋼柱進行計算，受水平力最大的鋼柱為緊鄰最邊上的那一根鋼柱，其承擔的順高速公路方向鋼板的迎風面積寬度為4.5 m，根據《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2014)計算，見表1。

表1 防護墻水平向受風力計算表

(2)防護墻抗傾覆穩定性計算

防護墻受水平力為50年一遇風力，防護墻自重及風纜繩拉力，在這三個力作用下檢算防護墻的傾覆穩定性。由上述表格計算可知，防護墻所受50年一遇最大風力為F=32.0 kN，結構的自重(包括條形基礎、錨固墩、鋼柱及鋼板的重量)為G=48.2 kN，26 mm鋼絲繩在考慮的安全系數下所能提供的拉力為L=48.6 kN。抗傾覆計算受力圖式為

傾覆彎矩Mq=32×3.0=96 kN·m

抗傾覆彎矩Mk=48.2×0.25+48.6×cos45°×4=149.5 kN·m

抗傾覆穩定系數K=Mk/Mq=1.6>1.2

防護墻的抗傾覆滿足要求。

(3)防護墻抗滑穩定性計算

由前面計算可知，滑動力就是五十年一遇風力Fh=32 kN，抗滑動的力有基礎跟地面的摩擦力、風纜繩的拉力，Fk=0.25×48.2+48.6×cos45°=46.4 kN。

抗滑穩定系數Kc=Fk/Fh=1.5>1.2。故防護墻的抗滑滿足要求。

(4)防護墻基底承載力計算

基底以上豎向力為結構的自重、兩側風纜繩的豎向分力合計為

N=48.2+2×48.6×cos45°=116.9 kN，基底面積S=4.75×0.5=2.375 m2。

基底應力ó=N /S=49.2 kPa。兩側邊坡為黃土，黃土的承載力在120 kPa以上，故基底承載力滿足要求。

由以上計算可知，防護墻的抗傾覆穩定性、抗滑穩定性與基底承載力均滿足要求，該防護墻能滿足施工開挖對晉城至長治高速公路防護的要求。

2.2 防護棚架基礎安全防護

在進行焊接和橋面施工前，為了有效防止高空落物對晉城至長治高速公路交通造成的影響，在交叉處T梁下方沿著晉城至長治高速公路分左右幅各設置一道防護棚架。防護棚架支架基礎為條形基礎形式。條形基礎采用C30混凝土，基礎底配置Φ16鋼筋網片，網格間距@150 mm。條形基礎上部采用法蘭盤與φ400 mm×5 mm無縫鋼管柱連接。

(1)A0條形基礎長22.0 m，寬1.0 m，高1.0 m，設置在高速水穩層上，先剔除高速瀝青混凝土面層，再植入Φ20地錨鋼筋，長度80 cm，植入深度40 cm，間距@1 000 mm。

(2)A1條形基礎長22.0 m，寬1.0 m，高1.0 m，設置在長24.0 m、高1.0 m寬2 m的C20擴大基礎上。

(3)A2條形基礎長22.0 m，寬1.0 m，高1.0 m，設置在高速水穩層上，先剔除高速瀝青混凝土面層，再植入Φ20地錨鋼筋，長度80 cm，植入深度40 cm，間距@1 000 mm。

(4)A3條形基礎長22.0 m，寬1.0 m，高1.0 m，設置在高速水穩層上，先剔除高速瀝青混凝土面層，再植入Φ20地錨鋼筋，長度80 cm，植入深度40 cm，間距@1 000 mm。

2.3 防護棚架架體安全防護

(1)防護棚凈高5.5 m，長22 m，即在橋寬12 m外各伸出5.0 m；防護棚采用直徑400 mm×5 mm鋼管來搭設兩側支撐，間距3 m，并用100 mm×100 mm×8 mm的等邊角鋼作為斜撐連接固定。

(2)立柱頂部順高速路方向鋪設兩根I45b工字鋼，其上橫高速路方向間隔300 cm鋪設一根I45b工字鋼做橫梁，橫梁上順高速公路方向間隔90 cm鋪設一根I20b工字鋼，工字鋼上滿鋪15 mm厚膠木板，膠木板上鋪設3 mm厚薄鐵皮。搭設支撐時在防護棚頂面設置向晉城至長治高速公路外側傾斜的坡度，以便集中向外側排水，在匯水處設置積水管道，將棚頂積水引流至高速外邊溝或急流槽中。

(3)為確保晉城至長治高速公路安全，在防護棚兩端設置防拋網，防拋網采用3 m高密目鋼絲網，用φ48鋼管作為橫豎肋，鋼管底部與順晉城至長治高速公路方向I45b工字鋼連接牢固。

(4)根據風險發生的概率及可能存在的風險源，防護棚架要考慮的安全風險因素主要有以下幾種：防護棚架的本身安全問題；防護棚架對高速公路視距和限高的影響；防護棚架是否設有防拋措施；防護棚架架設和拆除階段的安保措施和保障機動車輛通行的安全措施；防護棚架對高速公路凈空的影響，本項目跨線橋上跨晉城至長治高速公路，交叉角度為90°，采用分離式立體交叉，梁底距公路路面最小凈空高度為6.0 m，停車視距滿足《公路工程技術標準》和《公路路線設計規范》中設計速度為80 km/h時停車視距為160 m的要求。防護棚架設置方案合理。

2.4 架橋機自身安全防護

本項目架橋機采用LBQJ200/60型雙軌導梁式結構，該機設計合理，具有組裝方便、剛度大、穩定性能好等優點，主要特點是：采用免預制梁配重、前導梁伸縮輔助過孔。既可以增加前內導梁，又可以預制梁配重平衡過孔，該架橋機是一種結構安全、性能優良、運行工作范圍廣、操作方便的鋼結構軌道式預制梁吊裝架設設備，能夠實現小半徑彎橋、滿足大坡度、隧道口橋梁以及斜橋架設的要求。適應于各種公路橋梁的架設，其配套的柴油機運梁平車具有安全性能好、運輸速度快、受場地的限制比較少的特點，是運輸、架設預制梁最佳配套設備。完全可以滿足跨度60 m內(起重量200T)各種大型預制梁的架設。

(1)架橋機由液壓系統、電器系統、主導梁架、行走系統、縱向軌道、聯系橫梁、橫向軌道、起重天車等八部分組成。

(2)DF50/200Ⅲ型輪軌式雙導梁三角桁架架橋機技術參數，見表2。

表2 LBQJ200/60型雙軌導梁式架橋機技術參數表

3 總體安全評估

45 m T梁跨線橋上跨晉城至長治高速公路，設置方案合理，防護棚架已對晉城至長治高速公路公路車輛正常通行的影響已降到最小。為施工防護安全措施，應滿足《公路工程施工安全技術規范》(JTG F90-2015)、《公路交通安全設施設計規范》(JTG D81-2017)和《公路交通安全設施設計細則》(JTG/T D81-2017)中有關規定，即能保證施工正常進行，又能滿足高速公路運營的安全防護要求。

4 結束語

通過安全風險分析，K15+381晉城至長治高速公路跨線橋上跨G55晉城至長治高速公路公路施工期風險等級屬Ⅰ、Ⅱ級低中度可接受，對晉城至長治高速公路公路的運營安全不構成嚴重影響。運營階段風險等級屬Ⅰ、Ⅱ級低中度可接受，風險可控。制定科學、成熟、有效的防護措施，充分考慮橋梁施工對周邊環境的影響，最大限度地降低工程施工對高速公路運行秩序、運營安全帶來的不利影響。施工過程中應對防護防護棚架進行動態監測，確保施工安全。