預應力混凝土橋梁掛籃施工安全技術應用研究★

唐春剛，徐 偉

(1.江蘇聯合職業技術學院無錫交通分院,江蘇 無錫 214151; 2.中鐵十二局集團第三工程有限公司,山西 太原 030024)

現代橋梁工程中,掛籃懸澆施工技術因其自身便利性、靈活性、可控性等優點,在預應力混凝土連續梁橋施工中被廣泛應用。掛籃懸澆施工技術可有效處理橋梁施工缺陷,創設穩定、安全的施工環境,施工效果良好,保障了橋梁施工質量,其技術應用價值得到了較好的體現,為推動橋梁事業持續發展發揮了重要的作用[1-2]。

預應力混凝土橋梁掛籃施工相對來說施工復雜技術含量高,是施工單位施工過程中的關鍵環節。隨著施工技術日益完善,施工管理經驗越來越豐富,施工安全與質量的重要性越來越突出。對此,施工單位要充分考慮工程項目實際情況,以技術規范為指導,研究掛籃施工過程的安全可靠性,形成合理的施工組織計劃和方案,做好各環節施工作業,以嚴謹周密的安全防護保障措施為掛籃施工保駕護航[3]。

1 工程背景

某高速公路特大橋連續梁采用72 m+120 m+72 m預應力混凝土連續箱梁。梁體按照單箱單室、變高度、變截面結構設計,箱梁頂寬設為12.6 m,箱梁底寬設為7 m。頂板厚度除梁端附近外均為50 cm,底板厚度52 cm～120 cm,按直線線性變化,腹板厚60 cm～85 cm,105 cm,按折線變化。橋梁橫隔板設在端支點、中跨中及中支點4處,橫隔板設有孔洞;梁底下緣按二次拋物線變化。

該橋梁主跨段公路路面凈寬度24.6 m,高速公路雙向四車道加應急車道,兩側各預留兩車道,總計39.6 m,立交要求為42 m×5.5 m(凈寬×凈高),車流量大,安全風險高。

根據跨高速公路連續梁的施工工藝要求及總體安排,連續梁采用全封閉掛籃施工,掛籃施工安全防護是本工程的重難點。

2 掛籃施工技術

2.1 掛籃施工概況

橋梁掛籃施工前,底模平臺、外側模及前上橫梁至底模間垂直高度作業面內均采用了封閉防護處理,確保了施工期間在一個隔絕、封閉的操作空間范圍內操作,掛籃全封閉防護示意圖見圖1。該項目采用泵送混凝土澆筑預應力連續梁,根據施工管理要求和現場施工條件,對施工防護和設施配置進行了研究,設計了專項方案,以及安全防護設施穩定可靠的要求,同時遵循了節約和兼顧的原則。

2.2 掛籃設計

本橋掛籃為三角形掛籃,由三角形桁架、提吊系統及走行系統及模板系統(外模、內模、底模)四部分組成。

掛籃結構形式、主要性能及特點:適應最大梁段重:244 t;適用施工節段長:3 m～4 m;適用梁體寬度7 m、頂板12.6 m;適用梁高:6 m～10 m;掛籃自重:160 t;掛籃由六部分組成:菱形主構架、底模平臺、內外模板、懸吊系統、走行系統和錨固系統[4-5]。主桁系由菱形構架、平聯、前橫梁和后錨梁四部分組成,其中菱形構架和平聯采用型鋼,前橫梁和后錨梁采用型鋼組拼[6],掛籃設計見表1。

2.3 掛籃施工過程

1)掛籃設計、制作和安裝施工準備:結合該項目橋梁結構特點和工程實際情況,不斷優化掛籃施工設計方案,以滿足經濟性、實用性和安全性。例如根據該橋型特點,內模通過采用拆卸及整體滑移相結合的方式,充分體現了施工空間大、重量輕、剛度好的優點。

通過加大掛籃制作材料的檢查力度、有效落實工序驗收程序、嚴控結構焊接的質量,實現了掛籃制作加工的質量穩定性和施工安全性,具體措施見表2。

表2 掛籃制作安全檢查環節與措施

2)掛籃荷載試驗:掛籃施工前必須通過加載試驗,檢驗掛籃在懸灌及走行過程中的安全性,從而保證施工的安全順利進行。加載按掛籃及最大梁段重之和的1.2倍進行。掛籃的荷載實驗在掛籃橋面安裝完后進行[7]。最大梁段重為1號塊,質量244 t。小里程10號塊開始跨越路面,大里程13號塊開始跨越路面,18號塊中跨合攏跨越結束。檢驗上跨公路工作狀態傾覆穩定、掛籃走行狀態傾覆穩定性,在前6號塊安全后,后面施工梁段重量顯著變輕,確保了跨線公路的安全,避免造成危害[8]。

3)掛籃防護:為便于操作安全,掛籃防護一般通過以下措施進行:掛籃采用三角形掛籃,減少掛籃作業高度;采用掛鋼框架密布鋼絲網封閉掛籃底模平臺、外側模、掛籃的前端、后端等部位,包圍掛籃整體,使掛籃成為一個獨立的與外隔絕的封閉操作空間[9]。

a.防護尺寸范圍。防護范圍的幾個界限:防護總高度9.1 m,底下前橫梁與掛籃前移1.5 m外,后橫梁與左右后側方向1.0 m外,梁體與上移高度1 m外。

b.采用5 mm網眼尺寸的鋼絲網封閉防護,避免施工中鋼筋或碎石掉落到橋下造成傷害。

c.采用Φ40精軋螺紋鋼的防護框架吊桿,底模前后橫梁上懸掛20型槽鋼吊桿,在20型槽鋼上鋪設16型槽鋼,間距0.6 m;在16型槽鋼上鋪鋼板,厚度3 mm;采用6 mm 鋼板加強梁體平面投影外的區域,形成一個平臺;同時采用無縫隙焊接焊高鋼板50 cm,確保不漏水[10];在平臺上焊接間距2.0 m、直徑40 mm的立柱鋼管,鋼管用∠40×40角鋼橫向連接成整體。

d.防護框架吊桿采用Φ40精軋螺紋鋼。

e.加強日常巡檢,安全員負責監督落實。每日清理網內堆積的雜物,及時修復破損的安全網;遇有雨天或養護用水積水時,安置水泵及時抽干。

f.掛籃防護詳見圖2—圖4。

4)掛籃走行:掛籃走行軌道是掛籃施工的關鍵。合理安裝滑梁吊點扣架,采用精軋螺紋鋼和豎向預埋鋼筋相連。掛籃走行時速度控制在0.1 mm/min,按實際情況對稱進行,掛籃走行到位后,錨固掛籃,并調整平面位置和高程;監理旁站監督全過程。預應力梁穿束、張拉、壓漿和封錨完畢后,方可拆除后錨;再將所有滑移梁轉換到滑動狀態,在倒鏈受力的情況下,旋緊精軋螺紋鋼的上下螺帽[11]。

5)掛籃滑動:a.在掛籃滑動時,為防止反扣輪從軌道內脫出,通過反扣輪將力傳到軌道上,并在反扣輪前后端設置緊急制動裝置。b.掛籃走行到位后,及時將連接并壓緊后錨扁擔與預埋的精軋螺紋鋼,采用Φ40精軋螺紋鋼后錨,數量大于6根。掛籃走行結束,方可解除警報[12]。c.拆除底模保護須在安裝底模吊帶后,在已成梁段上用精軋螺紋鋼錨固底模后橫梁,底模保護精軋螺紋鋼轉換成工作狀態。轉換滑移梁后吊點到工作狀態,掛籃到位[13]。

3 掛籃走行的安全保證措施

掛籃走行前,掛籃各構件及連接處必須嚴格檢查,檢查走行系統與梁段連接的強度、穩定性;采用經緯儀,合理控制中線與箱梁軸線偏差;檢查走行軌道的平順性;檢查走行軌道的間距、高差、平面位置[14],確保無安全隱患后開始下道工序。

掛籃走行過程需注意的措施如表3所示。

4 掛籃防傾覆措施

掛籃在設計時應考慮各種荷載對掛籃的影響,計算掛籃構件的主應力值,進行受力與變形分析,通過抗傾覆檢算確保施工安全。掛籃在運至施工現場時,必須進行掛籃質量檢測,對不合格部件堅決不予驗收[15]。為保證高速公路整體施工運營安全,施工時按表4做好防止掛籃傾覆措施。

表3 掛籃走行過程安全措施

表4 掛籃防傾覆措施

5 其他施工易造成安全事故的分析和措施

1)高空作業防護:預應力箱梁施工屬高空作業項目施工,必須按照高處作業相關安全技術規范、規程及分級標準來實施,安全防護措施必須可靠有效。

嚴格設計檢算高空作業的安全設施,制定專項施工方案并獲批,安全技術交底在先。特種工應持證上崗嚴格按要求進行操作。高空作業超過2 m以上者必須系安全帶,必要時設置防護網等防落設施。為確保施工人員、設備的安全,遇到六級以上大風和雨、雪、霧天,應停止高空作業[16]。

2)安全文明施工設置:加強安全宣傳教育、設置有效的警示標志,嚴禁施工人員以任何緣由進入高速公路行車區域。在施工路段前方300 m設置“前方施工”交通警示標志;在跨路掛籃通道前方100 m設置“減速行使”的警示牌,以方便車輛安全通過。在跨高速公路掛籃下部設置明顯限速、限高標志牌(限高5 m),貼高強反光膜,為保證雨霧天及夜間的正常通行,掛籃上設置閃爍燈光及霧燈。

3)施工中小物件的掉落防護:在掛籃施工常有小物件掉落,如螺帽、鐵絲、鐵釘、鋼筋頭、小工具、小木頭等,這些物件通過超出掛籃范圍的全封閉操作平臺完全可以將其收到操作平臺以內,周邊高出梁面的5 mm的鐵絲網可以阻擋小物件,不至于飛出掛籃之外。施工人員要做到“活完、料凈、腳下清”,養成良好的習慣,不涉及施工的、暫時沒用的工具、雜物一律清理出全封閉掛籃。每天檢查鐵絲網是否有破損,如有破損及時更換或修補。

4)混凝土梁端鑿毛處理:混凝土強度在達到2.5 MPa時人工鑿毛,強度為10 MPa時采用電錘鑿毛。鑿毛之前在全封閉掛籃內需要鑿毛的范圍采用厚彩條布封閉,防止小于5 mm的混凝土碎屑或者大量粉塵飄落路面。鑿毛完畢,及時清理封閉掛籃內的混凝土碎渣,收集袋裝后,吊至梁面運送到指定地點廢棄。

5)橋梁橫向張拉:橋梁縱向張拉作業時,必須在全封閉掛籃內施工。

6)意外出現斷絲滑絲:張拉時千斤頂后安裝擋板,擋板可以采用竹膠板,懸掛于封閉鐵絲網內側,同時安裝防護網,防止夾片或鋼絞線斷絲飛出。

7)千斤頂墜落:張拉千斤頂的移動采用懸掛倒鏈上下移動,并采用鋼絲繩與掛籃主構架連接。

此外,對于高速公路特大橋連續梁橋掛籃施工的全過程要采用最新信息技術進行實時監控,一方面通過采集準確、科學、真實的數據信息來服務掛籃施工,用數據說話,減少施工偏差;另一方面還能夠及時發現施工安全隱患,提高施工人員的安全意識,減少事故發生率,有效保障工程施工質量和施工安全。

該高速公路特大橋預應力混凝土連續箱梁施工,結合工程項目的實際情況,采取懸臂掛籃施工工藝,通過掛籃施工前的加工、安裝、試載等精心設計,掛籃行走、滑動施工過程中的安全保障設置,為后續梁體混凝土澆筑以及合攏段施工等打下了堅實的基礎,確保了預應力混凝土連續梁橋的施工質量和安全穩定性。