混凝土斜拉橋涂裝作業(yè)防護(hù)平臺設(shè)計與施工技術(shù)研究

蘭柯

（杭州本創(chuàng)科技有限公司，浙江 杭州 310012）

隨著我國橋梁建設(shè)快速發(fā)展，橋梁運營維護(hù)管養(yǎng)逐漸成為交通發(fā)展的主流。斜拉橋是一種組合體系橋梁，由于其獨特優(yōu)美的造型及超大跨越能力，常被用于城市主要交通干線上。其中的涂裝防護(hù)是保證大橋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵。傳統(tǒng)施工模式，針對已建項目進(jìn)行涂裝作業(yè)有些需要進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換導(dǎo)改，需要搭設(shè)安全棚洞防護(hù)。搭設(shè)后的防護(hù)功能和效果在很大程度得到保障，但是由于支架搭設(shè)需長期占道，且搭設(shè)時封道要求很高，甚至出現(xiàn)全橋封閉的情況，這對城市交通造成了很大的壓力，且搭設(shè)費用相對較大，短期施工顯得不夠經(jīng)濟(jì)。如何實現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、高效地涂裝作業(yè)顯得尤為重要。

1 工程概況

婺城大橋位于金華西二環(huán)線上橫跨婺江，是連接南北兩岸城市的交通通道。大橋為三跨雙索面混凝土斜拉橋，其跨徑布置為95.5m+222m+95.5m，采用塔梁固結(jié)體系。主橋主塔為H 型混凝土結(jié)構(gòu)，塔高70.4m。塔柱尺寸6m×3m 矩形斷面。塔柱在45m 位置設(shè)置一道上橫梁，上橫梁寬度5.3m，橫梁高度4m，在主梁下部設(shè)置一道下橫梁，橫梁寬度8m×4m。塔柱頂標(biāo)高110.78m。

大橋已建成13 年，2020 年檢測單位對大橋進(jìn)行了一次定期檢測，根據(jù)現(xiàn)場檢測情況，發(fā)現(xiàn)主橋橋塔柱表面混凝土已有風(fēng)化剝落，出現(xiàn)了一些裂縫病害。大橋外觀需進(jìn)行缺陷修復(fù)及涂裝裝飾保護(hù)，從而進(jìn)一步對大橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。大橋是一座混凝土斜拉橋，其中H 型橋塔作為整個涂裝工程的關(guān)鍵部位，是大橋維修的關(guān)鍵。同時項目業(yè)主及當(dāng)?shù)亟痪块T要求施工作業(yè)不能影響大橋日常交通運行，在不能長期占用機(jī)動車道的情況下進(jìn)行涂裝作業(yè)，并實現(xiàn)在合同工期內(nèi)完成大橋主塔涂裝施工。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

采用底兜防護(hù)+環(huán)塔平臺方案，在設(shè)計過程中主要考慮以下因素：

（1）主要涂裝防護(hù)區(qū)域為中間上橫梁，需要重點進(jìn)行防護(hù)。同時需要隨著工作界面移動而移動的作業(yè)平臺，橫梁底篼距離橫梁混凝土頂面距離不超過1.8m，方便施工作業(yè)人員進(jìn)行涂裝作業(yè)；

（2）為了保證作業(yè)平臺在高空作業(yè)的安全性和提供有效作業(yè)空間，要保證防護(hù)平臺的有效作業(yè)面積和合理凈空高度；

（3）底兜防護(hù)平臺和環(huán)塔平臺都設(shè)計成裝配式節(jié)段件，最大程度縮短組拼時間；

（4）在主塔柱近地面位置設(shè)置一個環(huán)塔平臺和爬梯，方便吊籃的落置和可作為人員上下安全通道，避免對大橋交通產(chǎn)生任何直接影響。在橫梁上設(shè)置一個底兜平臺，實現(xiàn)橫梁涂裝作業(yè)防護(hù)全覆蓋、可移動。對橋上交通車流不產(chǎn)生任何障礙。

2.2 涂裝平臺設(shè)計

方案考慮不會對車道造成長期占用，采用一種新型防護(hù)平臺結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。主要由2 個部分構(gòu)成，一個是主塔橫梁的防護(hù)，另一個是塔柱位置的防護(hù)。具體如下圖所示。

圖1 橫梁底兜防護(hù)平臺設(shè)計圖

圖2 環(huán)塔平臺設(shè)計圖

采用環(huán)塔平臺作為吊籃作業(yè)人員上下通道，同時可以作為吊籃設(shè)備的起落的平臺，有效避免了吊籃落地占道的安全風(fēng)險，同時環(huán)塔平臺可以作為防護(hù)平臺，防止涂裝施工作業(yè)時雜物墜落。在環(huán)塔平臺防護(hù)安裝之后，可以大大降低涂裝施工造成的作業(yè)安全風(fēng)險，同時可以避免施工對交通車流帶來的影響，對于防護(hù)作業(yè)要求極高的城市道路、交通主干道有著很好的適用性。針對橋下塔柱尺寸6m×3m 設(shè)計環(huán)塔平臺尺寸9m×9m，平臺涉及圍護(hù)面積區(qū)域大，安裝作業(yè)期間需要臨時封道施工。

采用底兜防護(hù)作為橋塔橫梁涂裝作業(yè)的防護(hù)平臺，底兜防護(hù)結(jié)構(gòu)由軌道系統(tǒng)、吊架系統(tǒng)、底兜防護(hù)平臺三部分組成。主要作用有：首先作為橫梁涂裝作業(yè)的操作平臺，可以進(jìn)行涂裝作業(yè)，其次防護(hù)平臺采用軌道系統(tǒng)，做到可以橫向遷移，方便隨時對施工作業(yè)位置進(jìn)行移動式調(diào)整，防護(hù)區(qū)域全方位覆蓋。針對大橋橫梁截面尺寸5.3m×4m 設(shè)計底兜平臺尺寸9m×9m，涉及平臺結(jié)構(gòu)面積區(qū)域大，防護(hù)平臺安裝作業(yè)期間需要臨時封道作業(yè)。在橫梁底兜防護(hù)平臺安裝完成之后，可以實現(xiàn)大橋上橫梁涂裝防護(hù)的全覆蓋，確保大橋維護(hù)無障礙化施工。

2.3 防護(hù)平臺的計算

對防護(hù)平臺建立MIDAS 模型計算分析，采用C140型鋼，壁厚2mm 作為平臺框格梁，面板采用1.5mm 厚度花紋鋼面板，三角支撐牛腿采用L125×80×10，每個豎桿布置3 顆錨栓。采用M22 化學(xué)錨栓，預(yù)埋長度25cm。

表1 環(huán)塔平臺計算模擬分析的參數(shù)設(shè)置

表2 環(huán)塔平臺受力計算模擬分析數(shù)值

對橫梁底篼防護(hù)平臺建立MIDAS 模型，其中采用C140 型鍍鋅鋼，壁厚2mm 作為底篼平臺框格梁，主縱梁采用HN248×124×5×8，吊桿采用φ25 圓鋼，吊架位置扁擔(dān)梁采用HN346×174×6×9，下設(shè)滾輪直徑200mm。另外軌道縱向采用通長鋼絲繩進(jìn)行固定。在扁擔(dān)梁支撐腿下方設(shè)置防傾倒豎桿。

表3 橫梁底篼防護(hù)平臺計算模擬分析的參數(shù)設(shè)置

對底篼防護(hù)平臺進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析，設(shè)置不變荷載（自重、底板、圍擋）、可變荷載（風(fēng)載、活載）為變量，分析5 階內(nèi)結(jié)構(gòu)模態(tài)穩(wěn)定性，一階模態(tài)如上圖所示，根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTG D64-2015）[4]關(guān)于結(jié)構(gòu)彈性穩(wěn)定性要求λmin=5.97 ≥4.0，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性滿足要求。

表4 橫梁底篼防護(hù)平臺受力計算模擬分析數(shù)值

3 施工技術(shù)

3.1 環(huán)塔平臺

環(huán)塔平臺結(jié)構(gòu)采用裝配式設(shè)計，施工流程為預(yù)埋螺栓打設(shè)→三角牛腿安裝→平臺框格梁安裝、護(hù)欄扶手安裝→竹膠板面板安裝。環(huán)塔平臺搭設(shè)需要根據(jù)安裝位置進(jìn)行有組織的短暫封道作業(yè)，預(yù)埋螺栓采用M22 化學(xué)錨栓固定，控制錨固長度不小于設(shè)計要求，加強(qiáng)對錨栓打設(shè)位置的精度質(zhì)量控制，提高三角牛腿安裝效率。施工過程中需要安排專人指揮吊裝作業(yè)，注意遠(yuǎn)離和避讓大橋斜拉索位置，以免對大橋受力結(jié)構(gòu)造成碰撞。

在環(huán)塔平臺上安裝框格梁，吊裝就位后進(jìn)行焊接固結(jié)形成整體。相互垂直的2 個面采用上下疊層固定，注意安裝先后順序，同時注意爬梯位置和開口朝向，避免二次返工。

3.2 橫梁底兜防護(hù)平臺

為最大程度減少橋面安裝作業(yè)時間，底兜防護(hù)結(jié)構(gòu)采用裝配式設(shè)。安裝流程為橫梁頂部滑移軌道安裝→吊架組拼，安裝吊桿、臨時吊點鋼絲繩→底兜防護(hù)平臺組拼→平臺起吊對接、臨時固定→調(diào)整位置、吊桿固定→解除臨時固定、設(shè)置纜風(fēng)繩。

下部底兜防護(hù)平臺9m×9m 采用5 片預(yù)制框格梁（9m×1.8m）組拼而成，可以縮短現(xiàn)場安裝拼接時間。同時防護(hù)欄桿采用整體預(yù)制，各型鋼結(jié)構(gòu)件連接均采用節(jié)點板高強(qiáng)螺栓固定。

上部軌道及吊架系統(tǒng)安裝需要同步進(jìn)行，縱橫向型鋼采用螺栓定位固定，吊架系統(tǒng)在橋面上安裝組拼成一個整體后進(jìn)行起吊作業(yè)。起吊過程中注意控制吊點平衡。其中關(guān)鍵工序有吊架系統(tǒng)先升至低空高度（6m），利用登高車作業(yè)將每個挑梁吊點位置組裝吊桿和抗風(fēng)橫聯(lián)，可有效降低高空安裝難度，提高安裝作業(yè)精度，同時避免出現(xiàn)高空作業(yè)風(fēng)險。

圖3 橫梁底兜吊架安裝起吊

下部底兜防護(hù)平臺在橋面封道區(qū)域內(nèi)完成組拼后進(jìn)行起吊。注意吊點位置對稱布置，吊裝鋼絲繩預(yù)留長度保持一致，保證底兜防護(hù)平臺在吊裝過程中平穩(wěn)。吊架主橫梁上對稱貫通設(shè)置2 根φ16mm 鋼絲繩作為4 個臨時固定吊點，用4 個額定荷載3 噸葫蘆設(shè)置在底篼防護(hù)平臺4 個吊點位置。后由專人指揮通過2 臺200t 吊車配合同步抬升，使底篼防護(hù)平臺達(dá)到指定拼接區(qū)域，用鋼絲繩+葫蘆和4 個吊點進(jìn)行防護(hù)平臺臨時固定，作業(yè)人員通過手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)整防護(hù)平臺與吊架吊桿間距，直至調(diào)整到合適位置后再通過高強(qiáng)螺栓緊固6 根φ25 圓鋼吊桿，防護(hù)平臺由臨時固定轉(zhuǎn)換為永久固定，此時可以解除臨時固定。最后底兜防護(hù)平臺四個角點各安裝1 條纜風(fēng)繩固定，增加底篼防護(hù)平臺結(jié)構(gòu)整體抗風(fēng)穩(wěn)定性。

圖4 橫梁底兜防護(hù)平臺安裝起吊

4 對比分析

對比該防護(hù)體系和傳統(tǒng)門洞支架，該防護(hù)體系后續(xù)施工使用過程中，起到了良好的防護(hù)保護(hù)效果，事實證明橫梁下方橋面，未受到任何涂料和混凝土碎塊掉落，充分體現(xiàn)出底篼防護(hù)平臺防護(hù)效果良好。從實際安裝過程來看，項目總包方進(jìn)行底篼防護(hù)平臺安裝，最終實現(xiàn)了6 小時快速安裝作業(yè)。另外須合理選擇施工時段，避免早晚高峰期交通擁堵，最大程度降低了安裝作業(yè)對城市交通通行造成的壓力。

表5 底兜平臺防護(hù)體系與傳統(tǒng)門洞防護(hù)棚方案對比分析

傳統(tǒng)防護(hù)方案采用門洞防護(hù)棚支架，封路占道對交通影響較大，對城市交通流量較大的區(qū)域不宜采用。而采用底兜+防護(hù)平臺的結(jié)構(gòu)形式可以避免長期占道，實現(xiàn)真正的無障礙施工，做到安全、綠色、高效、和諧和經(jīng)濟(jì)的交通建設(shè)。

5 總結(jié)

隨著十四五時期提出基礎(chǔ)建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展的要求，國家社會對工程建設(shè)相關(guān)的安全、環(huán)保要求也越來越高。此新型防護(hù)平臺有以下特點：

（1）結(jié)構(gòu)簡單，安裝便捷，節(jié)約成本，且能滿足涂裝高空作業(yè)的安全；

（2）實現(xiàn)真正的無障礙施工，有效克服了傳統(tǒng)門洞防護(hù)棚支架防護(hù)對交通車流造成的影響，緩解城市交通壓力；

（3）安裝拆卸方便，短期封道安裝即可實現(xiàn)長期涂裝作業(yè)，防護(hù)安全可靠性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性強(qiáng)，安全有保障。

依靠該防護(hù)平臺，金華婺城大橋主塔整體涂裝順利完工。工程實踐表明，該底兜防護(hù)平臺+環(huán)塔平臺安裝，施工費用經(jīng)濟(jì)合理，安全性較高。同時順利完成了大橋主塔涂裝作業(yè)，縮短了工期。為之后同類項目的建設(shè)提供了良好的參考價值，具有良好的推廣前景。