全封閉掛籃在跨越既有公路連續(xù)梁(剛構(gòu))橋懸灌施工中的應(yīng)用

李友明，白曉紅，彭亮英，曹衛(wèi)軍

(中鐵二局集團有限公司，四川成都 610031)

隨著公路交通系統(tǒng)的進一步完善，新建鐵路、公路跨越既有公路是不可避免且越來越多；當(dāng)既有公路寬度較大時，無法采用簡支橋梁跨越，此時，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))橋就成為跨越既有公路的首選橋型。從技術(shù)、安全、經(jīng)濟和減小對交通干擾的角度，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))橋一般采用掛籃懸臂澆筑施工，但必須采取相應(yīng)的防護方案，梁體懸灌施工對于所跨越既有公路的交通影響是客觀存在的，因此，研究盡可能低影響且經(jīng)濟的技術(shù)方案有重要意義。

1 跨越既有公路連續(xù)梁(剛構(gòu))橋的工程特點及主要施工安全風(fēng)險

1.1 工程特點

(1)橋下凈空小。對于跨越道路的橋梁工程，為降低引橋橋墩高度或快速順接既有道路，在滿足橋下交通凈空需求的情況下，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))橋主跨下凈空一般均較小，再加上有時橋梁與道路斜交的影響，橋梁懸灌施工防護系統(tǒng)與橋下交通車輛間安全距離很小。

(2)施工工期長。根據(jù)跨越道路寬度及斜交情況，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))橋主跨跨度為48～128 m，懸灌梁段數(shù)量5～17段；按10 d/節(jié)段的進度指標(biāo)，施工周期至少60～180 d。

(3)安全風(fēng)險大。梁體懸灌施工涉及到掛籃行走及錨固、模板安裝、鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道安裝、混凝土澆筑及養(yǎng)護、預(yù)應(yīng)力張拉及管道壓漿等多工序且均屬高空作業(yè)，對橋下行人及交通工具均屬安全風(fēng)險，同時，橋下交通工具對橋梁施工掛籃、安全防護設(shè)施也存在安全影響。

1.2 主要施工安全風(fēng)險

跨越既有公路的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))橋懸灌施工，除一般工程環(huán)境條件下梁體懸灌施工所面臨的施工安全風(fēng)險外，還面臨的主要施工安全風(fēng)險有：防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的強度、剛度或整體穩(wěn)定性不足、橋面拋物或懸灌段施工墜物炸傷行人或交通工具、交通工具撞毀防護系統(tǒng)甚至梁體、交通疏解方案不合理或交通組織管理不到位造成交通事故等[1]。

2 防護方案的技術(shù)特點分析

跨越既有公路的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))橋懸灌施工，防護方案包括防護棚架方案和全封閉掛籃方案兩種類型。其中，防護棚架方案是直接在地面上沿橋梁縱向搭設(shè)型鋼棚架，對橋梁懸灌施工過程中可能發(fā)生的墜物傷害道路上通行車輛、行人進行安全防護，其結(jié)構(gòu)從下至上為混凝土條形基礎(chǔ)、鋼管立柱+型鋼分配梁支墩、型鋼或貝雷梁分配梁和棚架頂面結(jié)構(gòu)及欄桿等設(shè)施，具體結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)棚架跨度和荷載情況計算確定；全封閉掛籃防護方案是直接利用掛籃結(jié)構(gòu)為依托安裝防護系統(tǒng)，防止橋梁懸灌施工過程中可能發(fā)生的墜物下落，保證道路上通行車輛、行人安全。兩種防護方案各自技術(shù)特點見表1。

表1 兩種防護方案的技術(shù)特點一覽表

3 全封閉掛籃的防護系統(tǒng)設(shè)計

3.1 全封閉掛籃的防護系統(tǒng)組成

全封閉掛籃的防護系統(tǒng)包括底部防護系統(tǒng)、兩側(cè)防護系統(tǒng)、前后端防護系統(tǒng)、橋面防護系統(tǒng)等部分。鑒于掛籃主桁與底模平臺、外側(cè)模、內(nèi)模系統(tǒng)間通過吊桿(吊帶)連接成整體，其中，底模平臺、外側(cè)模、內(nèi)模系統(tǒng)相互獨立，再加上掛籃在梁體懸灌施工過程中需分部調(diào)整位置、逐梁段前移，目前，大多數(shù)全封閉掛籃的防護系統(tǒng)的底部防護系統(tǒng)、兩側(cè)防護系統(tǒng)、前后端防護系統(tǒng)間均通過柔性連接(鋼筋拉固)，存在掛籃各部位置調(diào)整不便、逐梁段前移時防護系統(tǒng)穩(wěn)定性欠佳等問題，因此，通過各部位防護系統(tǒng)間重疊防護實現(xiàn)分離設(shè)置，可實現(xiàn)防護系統(tǒng)與掛籃結(jié)構(gòu)剛性連接，顯著提高防護系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.2 全封閉掛籃的防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2.1 底部防護系統(tǒng)

3.2.1.1 防護范圍

全封閉掛籃底部防護系統(tǒng)的防護范圍[2](縱橋向長度、橫橋向?qū)挾群拓Q向高度)：縱橋向長度一般按掛籃前、后橫梁間距+前下橫梁前端距離(約1.3 m)+后下橫梁后端距離(約1.0 m)；橫橋向?qū)挾纫话惆戳簩?(掛籃外側(cè)模操作平臺寬度+0.3 m)×2；豎向高度則因掛籃兩側(cè)及前、后端有所不同，其中，掛籃兩側(cè)及前端高度應(yīng)高于掛籃底模平臺操作平臺高度0.5 m，后端高度按低于梁底高度0.2～0.3 m。

3.2.1.2 防護結(jié)構(gòu)設(shè)計

底部防護系統(tǒng)采用全鋼結(jié)構(gòu)，由懸吊橫梁、縱向分配梁、面板、吊桿以及防護欄立桿、橫桿、踢腳板和防護網(wǎng)等部分組成。其中，前、后懸吊橫梁位置與底模平臺前、后橫梁位置對應(yīng)，分別通過4根φ32 mm的精軋螺紋鋼筋吊桿懸掛在底模平臺前、后橫梁上，懸吊橫梁可采用2Ⅰ20a工字鋼；縱向分配梁采用[10槽鋼(最邊側(cè)為2[10槽鋼，以便與欄桿立桿連接)，按60 cm間距布置并與懸吊橫梁栓接(或焊接)；面板采用3 mm鋼板，每塊鋼板間頂緊、間隔點焊，并與縱向分配梁點焊連接；面板頂面至掛籃底模平臺縱梁底面的距離不宜小于1.0 m，以滿足施工人員操作空間需求。鑒于底部防護欄高度達1.5～2.0 m，立桿采用[10槽鋼，按間距不大于1.5 m設(shè)置，其底部設(shè)置連接板與縱向分配梁栓接牢靠；橫桿可采用普通腳手架鋼管，掃地桿距底部距離不大于0.2 m，向上按0.6 m間距布置；欄桿側(cè)面底部0.3 m范圍采用3 mm鋼板為踢腳板，其余范圍采用不大于5 mm網(wǎng)眼的密目鋼絲網(wǎng)封閉[3]。對于一般公路，梁體混凝土施工及養(yǎng)護用水對交通影響不大，底部防護系統(tǒng)不必采取特殊的防排水措施；否則，應(yīng)將底部防護系統(tǒng)的面板、踢腳板焊接成整體或增設(shè)防水層，并設(shè)置集水箱和自動抽排系統(tǒng)。

底部防護系統(tǒng)的面板、縱向分配梁等承重結(jié)構(gòu)檢算宜按100 kg集中荷載作用于任意位置，其它結(jié)構(gòu)按構(gòu)造要求和功能需求確定。

3.2.2 兩側(cè)防護系統(tǒng)

3.2.2.1 防護范圍

全封閉掛籃兩側(cè)防護系統(tǒng)的防護范圍(縱橋向長度、豎向高度)：縱橋向長度按底部防護系統(tǒng)縱向長度略短考慮，保證兩側(cè)防護系統(tǒng)能全部置于底部防護系統(tǒng)范圍；豎向高度按上部高于梁體頂面1.5 m、下部與底部防護系統(tǒng)欄桿重疊不小于0.2 m確定。

3.2.2.2 防護結(jié)構(gòu)設(shè)計

兩側(cè)防護系統(tǒng)附著于掛籃外側(cè)模板的桁架結(jié)構(gòu)，由豎桿、縱向連接桿、斜桿和防護網(wǎng)等部分組成。根據(jù)掛籃外側(cè)模板桁架的操作平臺立桿材料規(guī)格不同(鋼管、矩管或角鋼)，豎桿、縱向連接桿、斜桿的材料規(guī)格與其一致即可，以便與連接固定；豎桿間距與掛籃外模桁架對應(yīng)，縱向連接桿間距按上部固定段、下部需拆除段分別不宜大于1.0 m、0.5 m；斜桿按扣件式鋼管支架剪刀撐的構(gòu)造要求確定[4]。兩側(cè)防護系統(tǒng)從上至下均采用不大于5 mm網(wǎng)眼的密目鋼絲網(wǎng)封閉。為避免在梁體分段懸澆時兩側(cè)防護系統(tǒng)與底部防護系統(tǒng)沖突，兩側(cè)防護系統(tǒng)的下部段落結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮到分塊拆除的需要。若梁體高度較大，應(yīng)利用掛籃外模桁架對兩側(cè)防護系統(tǒng)加固設(shè)計。

兩側(cè)防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)承受的荷載主要包括自重和風(fēng)荷載，應(yīng)結(jié)合施工環(huán)境確定，同時也應(yīng)考慮構(gòu)造要求和功能需求。

3.2.3 前后防護系統(tǒng)

3.2.3.1 防護范圍

全封閉掛籃前后防護系統(tǒng)的防護范圍(橫橋向?qū)挾取⒇Q向高度)：前防護系統(tǒng)的橫橋向?qū)挾劝吹撞糠雷o系統(tǒng)橫橋向?qū)挾嚷远炭紤]，保證前部防護系統(tǒng)能全部置于底部防護系統(tǒng)范圍；豎向高度按上部高于掛籃主桁前橫梁的操作平臺頂面高度1.5 m、下部與掛籃底模平臺前操作平臺欄桿重疊不小于0.2 m確定；掛籃底模平臺前操作平臺欄桿防護標(biāo)準(zhǔn)按前述的底部防系統(tǒng)的護欄進行防護。后防護系統(tǒng)的橫橋向?qū)挾葹閮蓚?cè)防護系統(tǒng)至掛籃外模桁架腹板模板間的距離；豎向高度按上部從掛籃外模桁架翼緣板模板開始、下部與底部防護系統(tǒng)欄桿重疊不小于0.2 m確定。

3.2.3.2 防護結(jié)構(gòu)設(shè)計

前防護系統(tǒng)附著于掛籃主桁架前端，由豎桿、橫向連接桿、斜桿和防護網(wǎng)等部分組成；根據(jù)掛籃掛籃主桁前橫梁的操作平臺立桿材料規(guī)格不同(鋼管、矩管或角鋼)，豎桿、橫向連接桿、斜桿的材料規(guī)格與其一致即可，以便與連接固定。后防護系統(tǒng)附著于掛籃外側(cè)模板的桁架結(jié)構(gòu)，由豎桿、橫向連接桿、斜桿和防護網(wǎng)等部分組成，材料規(guī)格與兩側(cè)防護系統(tǒng)一致即可，以便與連接固定。前后防護系統(tǒng)與兩側(cè)防護系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計要求基本相同。若梁體高度較大，應(yīng)利用掛籃主桁架對前防護系統(tǒng)加固設(shè)計。

前后防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)承受的荷載主要包括自重和風(fēng)荷載，應(yīng)結(jié)合施工環(huán)境確定，同時也應(yīng)考慮構(gòu)造要求和功能需求。

3.2.4 橋面防護系統(tǒng)

3.2.4.1 防護范圍

全封閉掛籃的防護系統(tǒng)只能保證正在懸灌梁段范圍的交通安全，覆蓋在道路范圍內(nèi)的已經(jīng)施工完成的梁段也應(yīng)在橋面進行防護，其防護范圍(縱橋向長度、豎向高度)為：縱橋向長度宜從0號梁段至正在施工梁段并隨掛籃移動增加；豎向高度按從梁體頂面以上高度不小于1.8 m確定。

3.2.4.2 防護結(jié)構(gòu)設(shè)計

橋面防護系統(tǒng)設(shè)置于已施工梁段兩側(cè)，其具體結(jié)構(gòu)有兩種方案：一是參照(建質(zhì)辦函[2019]90號)《房屋市政工程安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)圖冊》[5]執(zhí)行，并按不大于5 m間距設(shè)置一道拋撐和從上之下采用阻燃型密目式安全立網(wǎng)封閉。二是采用普通扣件式鋼管搭設(shè)，由豎桿、縱橋向連接桿、剪刀撐、拋撐和防護網(wǎng)等部分組成；其立桿間距不大于1.5 m，橫桿按掃地桿距梁體頂面距離不大于0.2 m、向上按0.6 m間距布置；拋撐按不大于5 m間距設(shè)置；底部0.3 m范圍采用3 mm鋼板為踢腳板，其余范圍采用不大于5 mm網(wǎng)眼的密目鋼絲網(wǎng)封閉；其它按扣件式鋼管腳手架搭設(shè)要求執(zhí)行。

橋面防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)承受的荷載主要包括自重和風(fēng)荷載，應(yīng)結(jié)合施工環(huán)境確定，同時也應(yīng)考慮構(gòu)造要求和功能需求。

4 全封閉掛籃防護方案對梁體懸灌施工的影響

4.1 全封閉掛籃的防護系統(tǒng)對掛籃結(jié)構(gòu)的影響

4.1.1 對掛籃結(jié)構(gòu)桿件的強度、剛度的影響

全封閉掛籃的防護系統(tǒng)除橋面防護系統(tǒng)外，其它防護系統(tǒng)均附著在掛籃結(jié)構(gòu)上，包括防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自重、風(fēng)荷載及作業(yè)人員荷載等荷載均作用在掛籃結(jié)構(gòu)桿件，因此，在掛籃結(jié)構(gòu)檢算時應(yīng)充分考慮其不利影響。

4.1.2 對掛籃結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性影響

在掛籃結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性檢算時，應(yīng)充分考慮到施工期間可能發(fā)生最不利風(fēng)荷載，分別按照縱、橫橋向進行混凝土澆筑工況和掛籃走行工況的安全性檢算，安全系數(shù)不得小于規(guī)范要求。

4.1.3 兩側(cè)、前后防護系統(tǒng)及掛籃外模桁架與底模防護系統(tǒng)間的影響

梁體高度隨著梁體節(jié)段逐段懸臂澆筑而逐段變小，底模防護系統(tǒng)將限制兩側(cè)、前后防護系統(tǒng)及掛籃外模桁架向下伸出，而且由于底模防護系統(tǒng)與梁底間的位置不好調(diào)整，兩側(cè)、前后防護系統(tǒng)及掛籃外模桁架需要及時拆除，因此，兩側(cè)、前后防護系統(tǒng)及掛籃外模桁架下部結(jié)構(gòu)(梁體高度變化范圍)應(yīng)采用便于拆除的結(jié)構(gòu)型式。

4.1.4 防護系統(tǒng)對掛籃走行前的約束解除和走行就位調(diào)整的影響

為避免全封閉掛籃防護系統(tǒng)間的沖突，掛籃走行前的約束解除和走行就位調(diào)整應(yīng)嚴(yán)格按照下放底模平臺系統(tǒng)→下放外模桁架、內(nèi)模桁架系統(tǒng)→頂升掛籃前支點→縱移軌道及錨固→下落主桁架→其它約束解除→走行前檢查驗收→走行就位→掛籃主桁后錨錨固→提升外模桁架、內(nèi)模桁架系統(tǒng)→提升底模平臺系統(tǒng)→其它加固→檢查驗收的順序進行，各部系統(tǒng)下放或提升的行程應(yīng)嚴(yán)格按要求進行。

4.2 全封閉掛籃對梁體施工的影響及技術(shù)措施

4.2.1 全封閉掛籃引起的梁體不平衡重及配重

由于三跨連續(xù)梁的主跨跨越既有公路，僅需主跨側(cè)掛籃采用全封閉防護系統(tǒng)，因此，單個主墩上的兩側(cè)掛籃重量存在明顯偏差，將引起梁體不平衡重。一般情況下，施工單位應(yīng)提出不平衡重的配重方案，經(jīng)監(jiān)理、監(jiān)控和設(shè)計單位同意后實施；若監(jiān)控和設(shè)計單位確認(rèn)不平衡重對梁體的影響不大，且采取相應(yīng)的技術(shù)措施進行施工控制，也可不進行配重。

4.2.2 全封閉掛籃對中跨合龍段及相鄰段施工影響

由于連續(xù)梁中跨合龍段長度一般為2.0 m，若兩個合龍段相鄰段同時懸澆施工，兩個掛籃的前防護系統(tǒng)發(fā)生沖突，在施工組織安排時應(yīng)提前協(xié)調(diào)。合龍段利用掛籃改造為吊架，掛籃改造過程及合龍段施工均可能對道路交通安全造成影響，最好能提前與交通管理部門協(xié)調(diào)進行必要的交通疏解(短期占用部分車道)，確保交通安全和施工安全。

4.2.3 施工過程控制

4.2.3.1 掛籃全封閉結(jié)構(gòu)設(shè)計及檢算

掛籃全封閉結(jié)構(gòu)及檢算工作宜由掛籃設(shè)計單位負(fù)責(zé)，與掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計同步進行、綜合考慮。除與掛籃結(jié)構(gòu)一起進行整體計算分析外，全封閉系統(tǒng)還應(yīng)按照3.2部分要求進行結(jié)構(gòu)局部檢算。

4.2.3.2 掛籃全封閉結(jié)構(gòu)的檢查驗收

掛籃全封閉結(jié)構(gòu)的檢查驗收包括加工完成后的桿件驗收及試拼裝、現(xiàn)場安裝完成后的驗收、每梁段掛籃走行前及就位后的檢查驗收，該驗收工作與掛籃驗收工作同步進行并形成完整的檢查驗收記錄表格(相關(guān)人員應(yīng)履行簽字手續(xù))。對于驗收過程中發(fā)現(xiàn)的問題，必須由項目技術(shù)負(fù)責(zé)人確認(rèn)整治方案。

4.2.3.3 掛籃全封閉結(jié)構(gòu)使用過程中的控制點

掛籃全封閉結(jié)構(gòu)使用過程中的控制點主要包括結(jié)構(gòu)件變形、結(jié)構(gòu)件與掛籃連接件變化是否正常、吊桿螺帽是否正常、踢腳板及防護網(wǎng)是否破損等。

5 結(jié)束語

全封閉掛籃防護方案與防護棚架方案的明顯優(yōu)勢，使得其越來越廣泛應(yīng)用。為實現(xiàn)全封閉掛籃防護方案結(jié)構(gòu)技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟合理，在方案設(shè)計、實施時應(yīng)高度關(guān)注以下幾點應(yīng)：

(1)重疊防護是實現(xiàn)全封閉掛籃的各部位防護系統(tǒng)間分離設(shè)置的前提，并據(jù)此實現(xiàn)防護系統(tǒng)與掛籃結(jié)構(gòu)剛性連接，達到提高防護系統(tǒng)整體穩(wěn)定性的目的。

(2)防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)承受的荷載主要包括自重、作業(yè)人員重量、風(fēng)荷載等，應(yīng)結(jié)合作業(yè)要求、施工環(huán)境確定，同時也應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求和功能需求。

(3)全封閉掛籃的防護系統(tǒng)對掛籃結(jié)構(gòu)的強度、剛度和整體穩(wěn)定性以及掛籃施工作業(yè)均有一定程度的影響，應(yīng)準(zhǔn)確分析評估并采取相應(yīng)措施。

(4)全封閉掛籃對梁體懸灌施工的影響主要表現(xiàn)在引起的梁體不平衡重及配重、對中跨合龍段及相鄰段施工影響，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況采取相應(yīng)措施。