一種新型橋面防撞護欄施工平臺的結構設計

周志紅，劉道壽，徐娟，高曉楓

（湖南工業(yè)職業(yè)技術學院機械工程學院，長沙 410208）

0 引言

隨著中國經(jīng)濟持續(xù)快速增長，高速公路橋梁工程一直保持著持續(xù)快速發(fā)展的勢頭，隨著公路基礎建設投入的不斷加大，施工技術水平也在不斷進步。在公路橋梁修建過程中，加強安全生產(chǎn)管理和控制措施是確保道路橋梁暢通的關鍵環(huán)節(jié)，一旦發(fā)生施工安全事故，如腳手架事故、施工設備事故等，都會造成巨大經(jīng)濟財產(chǎn)損失[1]。因此，文中以橋梁施工期間在橋面防撞護欄外側進行施工或維護保養(yǎng)等工作場景為例，進行橋面防撞護欄施工平臺設備結構設計，以改善施工人員作業(yè)環(huán)境的舒適度，同時確保施工現(xiàn)場安全作業(yè)。

1 橋面防撞護欄施工平臺設置現(xiàn)狀

作為高速公路橋梁的必備設施結構，防撞護欄對高速行車安全、行車舒適度、公路兩側景觀具有一定的影響。防撞護欄的結構設計中，根據(jù)行車設計速度及實際情況、護欄的防撞性能、碰撞后的變形程度、美觀和環(huán)境要求及護欄的全壽命周期成本等因素來確定其防撞等級，防撞護欄施工方案一般采用定制鋼模分段拼裝澆注。目前橋梁施工現(xiàn)場橋面防撞護欄外側工作或維護保養(yǎng)時，特別是高架橋施工項目，需將施工人員放置于橋面防撞護欄外側作業(yè)，如外側模板的安裝與拆卸、接縫處理、排水系統(tǒng)作業(yè)、混凝土澆注、灌漿等施工作業(yè)時。橋面防撞護欄外側施工作業(yè)區(qū)域屬懸空狀態(tài)，給現(xiàn)場施工人員帶來極大的不便和安全隱患，如施工平臺搖晃、墜落等。此時如何確保施工作業(yè)人員的人身安全及工程施工質量，是項目施工現(xiàn)場優(yōu)先考慮解決的事情。現(xiàn)階段，隨著施工安全意識的提高，國內公路橋梁橋面防撞護欄施工期間采用專用操作施工平臺或設備的情況得到極大的改善，但鑒于工程施工周期、施工成本、作業(yè)環(huán)境及無相應管理法規(guī)條例等客觀因素下，橋面防撞護欄施工平臺結構相對簡單，結構剛性差、制作質量低劣等現(xiàn)象，不能很好地解決施工作業(yè)人員的人身安全和勞動強度的問題，存在一定的安全隱患。如圖1所示，目前現(xiàn)場處理方案多數(shù)采用簡易鐵支架上端懸掛與安全繩相結合的方式。此方式作業(yè)有諸多不確定因素，事故率高，具體分析如下：1）由于簡易鐵支架搭接在橋面防撞護欄或預埋鋼筋上，容易產(chǎn)生滑移，導致在簡易鐵支架上的施工作業(yè)人員處于搖晃或脫落等不安全狀態(tài)；2）簡易支架現(xiàn)場就地取材焊接制作而成，制造工藝質量標準不統(tǒng)一且結構無強度安全驗算，整體剛性偏弱，易變形、晃動，難以滿足施工作業(yè)的使用要求，存在安全隱患；3）在圖1所示環(huán)境下作業(yè)，操作人員勞動強度大，在作業(yè)的同時要時刻留意自身安全狀態(tài)，施工效率低且施工質量得不到保證。

圖1 目前橋面防撞護欄外側施工方案示意

在中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫等知名論文網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫中，關于橋面防撞護欄施工平臺設計研究的資料比較少，防撞護欄的相關研究內容主要集中在防撞護欄本體的研究。曾碩[2]分析了目前高速公路橋梁外側防撞護欄創(chuàng)新設計現(xiàn)狀問題，提出防撞護欄創(chuàng)新設計理念與設計方式；趙歡[3]主要進行橋面系防撞護欄施工向標準化、精細化和規(guī)范化管理等方向的研究；宋旭明等[4]提出一種新型裝配式防撞護欄，通過有限元分析計算證明，該新型護欄導向性好，具備更佳的吸能緩沖效果，能有效提高乘車安全性；汪昱洲等[5]針對農村公路的路側險要路段的安全問題，提出了路側險要路段的風險水平判別標準，并對不同風險水平等級的路側險要路段采取了不同類型的安全生命防護工程對策，使其滿足“安全、有效、經(jīng)濟、實用”的要求。以上文獻均涉及防撞護欄本體特性的研究，如結構形式、材料、設計理念、安裝方式、安全風險級別等內容，對防撞護欄現(xiàn)場施工裝備的應用研究相對匱乏。

2 新型橋面防撞護欄施工平臺結構設計方案

2.1 橋面防撞護欄施工平臺結構及工作原理

根據(jù)上述橋面外側防撞護欄施工平臺應用現(xiàn)狀，考慮現(xiàn)場施工安全，本文設計出一種新型橋面防撞護欄施工平臺結構，該裝置可以很好地改善橋面防撞護欄外側作業(yè)環(huán)境：作業(yè)時平穩(wěn)、無晃動，作業(yè)人員所處的作業(yè)環(huán)境舒適度大幅提升，促進施工作業(yè)效率與施工質量的提高，同時大大降低施工安全事故[6]。由于施工平臺剛性好，可循環(huán)利用，有利于施工成本的控制，具體結構如圖2、圖3所示。

結合圖2、圖3所示結構，將新型橋面防撞護欄施工平臺結構說明如下。

圖2 橋面防撞護欄施工平臺結構示意圖

圖3 橋面防撞護欄施工平臺結構分解示意圖

橋面防撞護欄施工平臺主要由行走機構、配重、機架與通道部分、活動掛籃部分和導向部分等組成，其相互裝配關系如下：1）行走機構（行走輪組件）均布安裝于機架結構的底部，配重部分位于機架非作業(yè)區(qū)域一側，固定在機架底部區(qū)域；2）機架與通道部分主要含有通道行走平臺、側面防護、作業(yè)區(qū)域上下通行樓梯及防護等功能部件；3）導向部分采用活動式結構，由支架、導輪及螺栓組件組成，可采用伸縮式或固定式兩種結構，導向部分一端固定于機架上，另一端導輪頂在橋面防撞護欄內側面，主要確保施工平臺移動位置正確，不偏移正確的路線，以避免安全事故；4）活動掛籃部件通過銷軸組件與機架連接，作業(yè)時活動掛籃打開，非作業(yè)時活動掛籃收攏至機架中，活動掛籃收攏與打開狀態(tài)如圖4所示。

如圖4所示，活動掛籃處于作業(yè)狀態(tài)時，先將定位螺栓旋至非工作空間狀態(tài)，釋放活動掛籃旋轉自由度，再將活動掛籃打開，然后裝配好快插支架。非作業(yè)狀態(tài)時，先將快插支架取下，活動掛籃收攏放置于機架內，再旋出定位螺栓，使螺栓桿將其約束固定。其中快插支架的主要作用是在活動掛籃收攏狀態(tài)下方便施工人員的通行。活動掛籃結構的運用可更大程度地有效解決在施工過程中避開障礙物，同時方便工作開始時施工平臺的布展，以及工作結束后施工平臺的轉移。

圖4 活動掛籃狀態(tài)示意圖

新型橋梁防撞護欄施工平臺是利用傾翻力矩平衡原理來保證施工作業(yè)人員能安全作業(yè)，其工作原理為：利用設備自身重力產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩大于活動掛籃側施工人員、施工物料或施工器具的重力所產(chǎn)生的傾翻力矩之和，確保施工環(huán)境安全可靠。核算公式如下：

式中：G為防撞護欄施工平臺的質量，kg；L為防撞護欄施工平臺的重心到傾翻邊緣的垂直距離，m；Gi為施工人員質量、施工物料的質量或施工器具的質量，kg；Li為施工人員、施工物料或施工器具等各自的重心到傾翻邊的垂直距離，m；K為穩(wěn)定安全系數(shù)，裝備自身重力產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩值與操作人員及施工物料的重力產(chǎn)生的傾翻力矩值的比值，穩(wěn)定安全系數(shù)一般取1.3～2.0。

2.2 橋面防撞護欄施工平臺操作使用說明

高速公路橋梁橋面防撞護欄施工期間，采用橋面防撞護欄施工平臺，施工人員應嚴格按照設備施工安全操作規(guī)程操作，禁止危險操作，其主要操作說明如下：1）將橋面防撞護欄施工平臺現(xiàn)場合理放置。橋面平整，無異常突起或凹坑，將設備調整好位置后，導向部分導輪緊靠橋面防撞護欄內側表面，以確保施工空間。2）施工人員攜帶施工材料或施工器具從通道進入右側機架底部掛籃區(qū)域，特別需要注意的是，攜帶物料的質量要符合安全操作規(guī)程。3）旋轉定位螺栓，釋放活動掛籃的旋轉自由度，將活動掛籃打開到位，并插上快插支架。4）施工作業(yè)狀態(tài)。過程中由橋面操作人員驅動防撞護欄施工平臺移動，注意導向部分的導輪始終頂在防撞護欄內側面。5）施工結束狀態(tài)。取下快插支架，收攏活動掛籃，再旋轉定位螺栓定位，限制活動掛籃的旋轉自由度，最后施工人員從通道返回橋面。

3 結語

新型橋面防撞護欄施工平臺設計充分考慮了施工現(xiàn)場安全情況，解決了橋面防撞護欄外側作業(yè)強度大、安全性差的事故隱患。施工平臺結構剛性好，解決了作業(yè)時晃動問題，極大地提升了施工人員的作業(yè)舒適度，促進了施工作業(yè)效率與質量的提升。目前此橋面防撞護欄施工平臺裝置已獲得實用新型專利（CN212103693U），其研究成果對橋梁工程中防撞護欄施工作業(yè)有一定的借鑒意義。