新型公路臨邊防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

曾獻(xiàn)軍

（撫州贛東公路設(shè)計(jì)院有限公司，江西 撫州344000）

0 引言

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷增長(zhǎng)的背景下，為了滿足人們的出行需求，我國(guó)在公路建設(shè)活動(dòng)中的投資不斷增長(zhǎng)。在公路工程施工建設(shè)過(guò)程中，為保障工程施工建設(shè)的安全，就需要開展新型公路臨邊防護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，并將設(shè)計(jì)方案合理應(yīng)用到工程施工活動(dòng)中，以提升工程施工建設(shè)活動(dòng)的整體質(zhì)量。因此，研究此項(xiàng)課題具有十分重要的意義。

1 新型臨邊防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用價(jià)值

截至2021年年底，我國(guó)每萬(wàn)人擁有的公路里程數(shù)為37.4km，僅為美國(guó)的18%，擁有的高速公路里程數(shù)為1.2km，僅為美國(guó)的50%，公路的綜合密度更是僅占美國(guó)的37%，在通達(dá)深度方面，盡管我國(guó)的高速公路已經(jīng)覆蓋了城鎮(zhèn)人口超過(guò)20萬(wàn)的城市，但美國(guó)的州際公路連接了所有人口超過(guò)5萬(wàn)的城市。從上述數(shù)據(jù)中可以了解到，盡管當(dāng)前我國(guó)公路建設(shè)取得了良好的成就，但從軌跡對(duì)比與發(fā)展規(guī)律的角度看，為了保證我國(guó)的公路建設(shè)能夠滿足第二個(gè)百年奮斗目標(biāo)的發(fā)展需求，加快公路建設(shè)，使我國(guó)的公路網(wǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，是切實(shí)提升公路交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展質(zhì)量與效率的重要舉措。需要注意的是，在當(dāng)前的公路工程施工建設(shè)活動(dòng)中，一旦發(fā)生安全問題，不僅會(huì)對(duì)工程后續(xù)施工活動(dòng)的順利開展造成阻礙，還會(huì)使工程參與方遭受較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。現(xiàn)階段，為了切實(shí)保證工程施工建設(shè)活動(dòng)的安全性，確保路網(wǎng)體系的有效完善，公路工程施工過(guò)程中，在明確施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，應(yīng)開展公路臨邊防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，依據(jù)工作成果，在公路兩側(cè)設(shè)置臨邊防護(hù)裝置，不僅可以有效降低施工人員、建材、設(shè)備跌落的概率，保障工程的正常推進(jìn)，還能為路網(wǎng)體系的高效建設(shè)提供有效的支持。

2 當(dāng)前公路臨邊防護(hù)裝置應(yīng)用存在的缺陷

改革開放以來(lái)，我國(guó)公路交通建設(shè)取得了歷史性的成就，截至2021年年底，我國(guó)公路總里程達(dá)到了528萬(wàn)km，并且在當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，公里總里程仍在不斷增長(zhǎng)?，F(xiàn)階段，為了在保證路網(wǎng)系統(tǒng)正常建設(shè)的基礎(chǔ)上，切實(shí)保證施工建設(shè)的安全性與可靠性，依據(jù)公路施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，開展臨邊防護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并將其應(yīng)用到公路施工建設(shè)過(guò)程中，成為一項(xiàng)極為必要的工作。對(duì)當(dāng)前公路臨邊防護(hù)裝置應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)查分析后可以了解到，目前臨邊防護(hù)裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用方式主要有兩種，這兩種方式在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中均存在著一定的缺陷。

第一種臨邊防護(hù)裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用方式為：先在公路兩側(cè)的混凝土邊緣基體上鉆孔，并設(shè)置膨脹螺釘，然后通過(guò)螺栓緊固的方式使公路基體與防護(hù)支架連接到一起，盡管這種施工方式相對(duì)簡(jiǎn)單，但這種防護(hù)裝置設(shè)置方法在應(yīng)用過(guò)程中存在著一定的缺陷。具體來(lái)說(shuō)，首先，這種防護(hù)裝置在應(yīng)用過(guò)程中需要在混凝土基體上鉆孔，這一情況的出現(xiàn)不僅對(duì)公路基體產(chǎn)生了破壞，還會(huì)產(chǎn)生噪聲，對(duì)施工人員的身體健康造成威脅；其次，這一方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要現(xiàn)場(chǎng)鉆孔，會(huì)增加時(shí)間、人力、設(shè)備資源的消耗，導(dǎo)致工程的施工成本有所上漲；再次，鉆孔過(guò)程中不可避免會(huì)產(chǎn)生一定的灰塵，這些灰塵不僅會(huì)污染施工現(xiàn)場(chǎng)周邊的環(huán)境，還會(huì)對(duì)周邊居民以及施工人員的身體健康造成威脅，并且由于鉆孔施工需要使用用電設(shè)備，設(shè)備的應(yīng)用可能出現(xiàn)用電安全問題；最后，在施工活動(dòng)結(jié)束時(shí)，需要回收臨邊防護(hù)裝置，此時(shí)為了保證公路基體的質(zhì)量，需要對(duì)混凝土基體進(jìn)行重新的施工修補(bǔ)，這一情況的出現(xiàn)在增加了施工時(shí)間、人力、材料等資源的消耗量。

第二種臨邊防護(hù)裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用方式為：在公路兩側(cè)的混凝土基體施工過(guò)程中，先在基體的邊緣處預(yù)埋鋼筋定位，然后將支撐主體鋼管、斜撐加強(qiáng)鋼筋與預(yù)埋鋼筋焊接到一起，再將橫向的防護(hù)鋼管與支撐主體鋼管焊接到一起，并掛上防護(hù)網(wǎng)，最后用鐵絲將防護(hù)網(wǎng)與防護(hù)鋼管捆緊。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，首先，這種臨邊防護(hù)裝置施工方式需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接施工，這一情況的出現(xiàn)會(huì)在一定程度上造成混凝土基體內(nèi)預(yù)埋鋼筋的損傷；其次，焊接作業(yè)不可避免地會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成污染；再次，由于焊接工作中的焊點(diǎn)質(zhì)量無(wú)法得到切實(shí)的保證，一旦在施工過(guò)程中焊點(diǎn)出現(xiàn)脫開的現(xiàn)象，那么公路工程施工會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的安全隱患；最后，在開展臨邊防護(hù)裝置的回收工作中，需要對(duì)鋼筋焊接部分進(jìn)行切割處理，這種方式不僅會(huì)增大工程的施工成本，還會(huì)對(duì)鋼筋性能造成損傷。

3 優(yōu)化公路臨邊防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法

在人們施工安全意識(shí)不斷提高的背景下，國(guó)內(nèi)公路工程施工階段設(shè)置臨邊防護(hù)裝置的概率不斷提高，但在臨邊防護(hù)裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中，受作業(yè)周期、施工環(huán)境、缺乏相應(yīng)管理?xiàng)l例等因素的影響，臨邊防護(hù)裝置存在結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、材料使用不統(tǒng)一、防護(hù)效果不能滿足人們預(yù)期需要等問題。現(xiàn)階段，為了切實(shí)解決上述問題，在明確公路工程臨邊防護(hù)裝置應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，開展新型臨邊防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，切實(shí)彌補(bǔ)臨邊防護(hù)裝置應(yīng)用過(guò)程中存在的缺陷，可以為公路工程施工的順利開展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.1 新型臨邊防護(hù)裝置設(shè)計(jì)目標(biāo)

為了滿足綠色安全公路施工建設(shè)的需求，在開展新型臨邊防護(hù)裝置設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)保證設(shè)計(jì)符合相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。具體來(lái)說(shuō)，第一，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以通過(guò)選擇合適材料的方式，保證臨邊防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的安全性，確保裝置在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中抵御的抗沖擊力，能夠滿足公路工程施工建設(shè)的要求；第二，臨邊防護(hù)裝置有著良好的通透性，保證施工人員在公路工程施工過(guò)程中，能有良好的視野，降低施工事故出現(xiàn)的可能性；第三，考慮到當(dāng)前公路工程的種類較多，在臨邊防護(hù)裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)以工程結(jié)構(gòu)具體特征為基礎(chǔ)，選擇合適的臨邊防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)形式，最大限度地降低安全隱患的存在概率；第四，臨邊防護(hù)裝置應(yīng)當(dāng)有著較高的技術(shù)可行性與經(jīng)濟(jì)適用性，在保證公路工程施工安全的同時(shí)，降低臨邊防護(hù)裝置在應(yīng)用過(guò)程中所需的維護(hù)管理成本；第五，在低碳環(huán)保理念已經(jīng)成為公路工程施工基本準(zhǔn)則之一的情況下，盡可能提升臨邊防護(hù)裝置設(shè)計(jì)工作的環(huán)保性同樣成為一項(xiàng)極為必要的內(nèi)容。

3.2 新型臨邊防護(hù)裝置組成方法

新型臨邊防護(hù)裝置主要由支撐管焊件、防護(hù)網(wǎng)構(gòu)件、螺栓組件、緊鎖組件等零部件共同構(gòu)成。如圖1所示，支撐管焊件是臨邊防護(hù)裝置中的主要支撐構(gòu)件，其底部結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)不同間距尺寸預(yù)埋鋼筋，有著較強(qiáng)的適應(yīng)性，同時(shí)該臨邊防護(hù)裝置的支撐管焊件上部安裝有耳座，可以通過(guò)螺栓將防滑網(wǎng)構(gòu)件兩側(cè)的耳座緊固到一起。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，只要混凝土路面基層中預(yù)埋的鋼筋間距在L1～L2之間，那么該臨邊防護(hù)裝置就可以被應(yīng)用到該公路工程中。同時(shí)，在臨邊防護(hù)裝置實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，考慮到《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范》（JTG F90—2015）、《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 80—2016）等相關(guān)規(guī)范的要求，在進(jìn)行臨邊防護(hù)裝置設(shè)計(jì)時(shí)，可以控制護(hù)欄的高度為1.2m，支撐管焊件的間距應(yīng)小于2m，欄桿底部高度應(yīng)高于0.18m的擋腳板。

圖1 支撐管焊件結(jié)構(gòu)

3.3 新型臨邊防護(hù)裝置裝配步驟

將綠色施工技術(shù)應(yīng)用于公路工程施工建設(shè)活動(dòng)中，不僅可以有效保證工程建設(shè)活動(dòng)的質(zhì)量安全，還能實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的有效保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)公路工程建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的共同增長(zhǎng)，為我國(guó)交通行業(yè)的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展提供推動(dòng)力。考慮到公路工程本身對(duì)各類資源的消耗量較大，工程施工過(guò)程中產(chǎn)生的固體、廢氣、噪聲、廢水污染也較為嚴(yán)重，因此在將綠色理念融入工程施工過(guò)程中時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能將綠色理念融入工程施工活動(dòng)相關(guān)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，盡可能使工程施工各環(huán)節(jié)能夠與環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排理念融為一體，以便令工程施工活動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)材料、設(shè)備、人力等方面資源的高效利用以及生態(tài)環(huán)境的有效保護(hù)。具體來(lái)說(shuō)，在新型臨邊防護(hù)裝置的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要先用鎖緊組件將支撐管焊件下部與預(yù)埋鋼筋連接到一起，等到相鄰支撐管件均安裝完畢后，用螺栓組將防護(hù)網(wǎng)構(gòu)件與支撐管焊件上部的耳座連接到一起。由于在該新型臨邊防護(hù)裝置裝配過(guò)程中，施工人員更多的是利用緊鎖組件、螺栓組完成臨邊防護(hù)裝置的有效安裝的，因此在施工過(guò)程中并不會(huì)產(chǎn)生大量的揚(yáng)塵、噪聲，因此這一臨邊防護(hù)裝置的應(yīng)用有著較好的環(huán)保性。同時(shí)，螺栓組件、緊鎖組件的應(yīng)用又降低了臨邊防護(hù)裝置的拆裝難度，在減少臨邊防護(hù)裝置施工成本的同時(shí)，可以為臨邊防護(hù)裝置的重復(fù)利用創(chuàng)造良好的條件。通過(guò)這種將綠色生態(tài)理念融入臨邊防護(hù)裝置安裝工作中的方式，不僅可以切實(shí)提升臨邊防護(hù)裝置安裝工作的質(zhì)量與效益，還能提升公路工程施工活動(dòng)的安全性、可靠性與低碳性，從而保證公路工程能夠?yàn)槿藗兲峁└玫姆?wù)。

3.4 新型臨邊防護(hù)裝置設(shè)計(jì)驗(yàn)算

目前，這一新型臨邊防護(hù)裝置已經(jīng)在某高速公路橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試裝，臨邊防護(hù)裝置的材料為熱軋Q235B鋼，其屈服強(qiáng)度為235MPa，以《建筑防護(hù)欄桿技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 470—2019）為依據(jù)，對(duì)臨邊防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)算。固定約束邊界條件為：按照相應(yīng)安裝方式與承受載荷情況，固定左右支撐管焊件，下部安裝在底座的下邊緣?？紤]到當(dāng)前國(guó)內(nèi)并沒有與臨邊防護(hù)裝置相關(guān)的荷載計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，因此在計(jì)算過(guò)程中可以以《汽車及掛車側(cè)面和后下部防護(hù)要求》（GB 11567—2017）中的規(guī)定為參照，用直徑為220mm±10mm的圓形平壓頭，向臨邊防護(hù)裝置外表面各部分施加1000N的垂直靜壓力，并應(yīng)用ANSYS分析軟件，對(duì)該臨邊防護(hù)裝置的等效應(yīng)力進(jìn)行分析的方式，對(duì)應(yīng)力情況進(jìn)行觀察。在此次驗(yàn)算過(guò)程中，選擇施加垂直荷載在框架上部中間部位的上方，對(duì)危險(xiǎn)工況進(jìn)行模擬，對(duì)該新型公路臨邊防護(hù)裝置的強(qiáng)度、變形情況進(jìn)行安全校核，然后通過(guò)對(duì)等效應(yīng)力云（見圖2）應(yīng)力分布情況進(jìn)行分析的方式，切實(shí)了解該款臨邊防護(hù)裝置是否具有較強(qiáng)的實(shí)用性，能否滿足公路工程施工建設(shè)過(guò)程中對(duì)安全防護(hù)工作的需要。從等效壓力云圖中可以了解到，除了支撐焊件耳座局部應(yīng)力較為集中外，臨邊防護(hù)裝置在垂直靜壓力下的應(yīng)力小于235MPa；通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)在危險(xiǎn)工況下對(duì)臨邊防護(hù)欄剛度、強(qiáng)度的要求進(jìn)行分析計(jì)算后，可以確定，該新型臨邊防護(hù)裝置能夠滿足施工活動(dòng)的實(shí)際需要。

圖2 工況等效應(yīng)力云圖

3.5 新型臨邊防護(hù)裝置應(yīng)用特點(diǎn)

對(duì)新型臨邊防護(hù)裝置進(jìn)行整體分析后可以了解到，首先，這一裝置為快裝快拆結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中拆裝耗時(shí)相對(duì)較短，降低了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了臨邊防護(hù)裝置現(xiàn)場(chǎng)施工的耗時(shí)，節(jié)約了工程的施工成本。其次，這一裝置在安裝過(guò)程中并沒有對(duì)公路工程施工建設(shè)造成破壞的環(huán)節(jié)，不僅為公路工程整體質(zhì)量的提升提供了有效的保障，還有效降低了工程施工活動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境安全的不利影響，為低碳、綠色社會(huì)的發(fā)展提供了助力。最后，新型臨邊防護(hù)裝置有著較高的周轉(zhuǎn)率、較強(qiáng)的通用性，這一情況的出現(xiàn)間接降低了公路工程施工建設(shè)的成本，為施工現(xiàn)場(chǎng)管理工作的順利開展提供了有效的支持。因此，在當(dāng)前我國(guó)大力推進(jìn)公路路網(wǎng)體系完善工作的背景下，新型臨邊防護(hù)裝置有著較高的應(yīng)用價(jià)值以及較為廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在當(dāng)前的公路工程施工建設(shè)過(guò)程中，新型臨邊防護(hù)裝置充分考慮了施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，其應(yīng)用有著方便、牢固、污染小等優(yōu)點(diǎn)。因此，在當(dāng)前的高速公路橋梁工程施工過(guò)程中，這一技術(shù)方法有著較高的應(yīng)用價(jià)值，其合理應(yīng)用能夠?yàn)槲覈?guó)交通體系的健康發(fā)展提供有力的支持。