混凝土斜拉橋涂裝作業(yè)防護(hù)平臺(tái)設(shè)計(jì)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(guó)橋梁建設(shè)快速發(fā)展，橋梁運(yùn)營(yíng)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(dú)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(duì)已建項(xiàng)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(zhǎng)期占道，且搭設(shè)時(shí)封道要求很高，甚至出現(xiàn)全橋封閉的情況，這對(duì)城市交通造成了很大的壓力，且搭設(shè)費(fèi)用相對(duì)較大，短期施工顯得不夠經(jīng)濟(jì)。如何實(shí)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?yàn)槿珉p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(cè)單位對(duì)大橋進(jìn)行了一次定期檢測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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(duì)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(gè)涂裝工程的關(guān)鍵部位，是大橋維修的關(guān)鍵。同時(shí)項(xiàng)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(yùn)行，在不能長(zhǎng)期占用機(jī)動(dòng)車道的情況下進(jìn)行涂裝作業(yè)，并實(shí)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(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

采用底兜防護(hù)+環(huán)塔平臺(tái)方案，在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮以下因素：

（1）主要涂裝防護(hù)區(qū)域?yàn)橹虚g上橫梁，需要重點(diǎn)進(jìn)行防護(hù)。同時(shí)需要隨著工作界面移動(dòng)而移動(dòng)的作業(yè)平臺(tái)，橫梁底篼距離橫梁混凝土頂面距離不超過(guò)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(tái)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(tái)的有效作業(yè)面積和合理凈空高度；

（3）底兜防護(hù)平臺(tái)和環(huán)塔平臺(tái)都設(shè)計(jì)成裝配式節(jié)段件，最大程度縮短組拼時(shí)間；

（4）在主塔柱近地面位置設(shè)置一個(gè)環(huán)塔平臺(tái)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(duì)大橋交通產(chǎn)生任何直接影響。在橫梁上設(shè)置一個(gè)底兜平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)橫梁涂裝作業(yè)防護(hù)全覆蓋、可移動(dòng)。對(duì)橋上交通車流不產(chǎn)生任何障礙。

2.2 涂裝平臺(tái)設(shè)計(jì)

方案考慮不會(huì)對(duì)車道造成長(zhǎng)期占用，采用一種新型防護(hù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。主要由2 個(gè)部分構(gòu)成，一個(gè)是主塔橫梁的防護(hù)，另一個(gè)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(tái)設(shè)計(jì)圖

圖2 環(huán)塔平臺(tái)設(shè)計(jì)圖

采用環(huán)塔平臺(tái)作為吊籃作業(yè)人員上下通道，同時(shí)可以作為吊籃設(shè)備的起落的平臺(tái)，有效避免了吊籃落地占道的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)環(huán)塔平臺(tái)可以作為防護(hù)平臺(tái)，防止涂裝施工作業(yè)時(shí)雜物墜落。在環(huán)塔平臺(tái)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(xiǎn)，同時(shí)可以避免施工對(duì)交通車流帶來(lái)的影響，對(duì)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(duì)橋下塔柱尺寸6m×3m 設(shè)計(jì)環(huán)塔平臺(tái)尺寸9m×9m，平臺(tái)涉及圍護(hù)面積區(qū)域大，安裝作業(yè)期間需要臨時(shí)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(tái)，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(tái)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(tái)，可以進(jìn)行涂裝作業(yè)，其次防護(hù)平臺(tái)采用軌道系統(tǒng)，做到可以橫向遷移，方便隨時(shí)對(duì)施工作業(yè)位置進(jìn)行移動(dòng)式調(diào)整，防護(hù)區(qū)域全方位覆蓋。針對(duì)大橋橫梁截面尺寸5.3m×4m 設(shè)計(jì)底兜平臺(tái)尺寸9m×9m，涉及平臺(tái)結(jié)構(gòu)面積區(qū)域大，防護(hù)平臺(tái)安裝作業(yè)期間需要臨時(shí)封道作業(yè)。在橫梁底兜防護(hù)平臺(tái)安裝完成之后，可以實(shí)現(xiàn)大橋上橫梁涂裝防護(hù)的全覆蓋，確保大橋維護(hù)無(wú)障礙化施工。

2.3 防護(hù)平臺(tái)的計(jì)算

對(duì)防護(hù)平臺(tái)建立MIDAS 模型計(jì)算分析，采用C140型鋼，壁厚2mm 作為平臺(tái)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(gè)豎桿布置3 顆錨栓。采用M22 化學(xué)錨栓，預(yù)埋長(zhǎng)度25cm。

表1 環(huán)塔平臺(tái)計(jì)算模擬分析的參數(shù)設(shè)置

表2 環(huán)塔平臺(tái)受力計(jì)算模擬分析數(shù)值

對(duì)橫梁底篼防護(hù)平臺(tái)建立MIDAS 模型，其中采用C140 型鍍鋅鋼，壁厚2mm 作為底篼平臺(tái)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(zhǎng)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(tái)計(jì)算模擬分析的參數(shù)設(shè)置

對(duì)底篼防護(hù)平臺(tái)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(jì)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(tái)受力計(jì)算模擬分析數(shù)值

3 施工技術(shù)

3.1 環(huán)塔平臺(tái)

環(huán)塔平臺(tái)結(jié)構(gòu)采用裝配式設(shè)計(jì)，施工流程為預(yù)埋螺栓打設(shè)→三角牛腿安裝→平臺(tái)框格梁安裝、護(hù)欄扶手安裝→竹膠板面板安裝。環(huán)塔平臺(tái)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(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)要求，加強(qiáng)對(duì)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(guò)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(duì)大橋受力結(jié)構(gòu)造成碰撞。

在環(huán)塔平臺(tái)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(gè)面采用上下疊層固定，注意安裝先后順序，同時(shí)注意爬梯位置和開(kāi)口朝向，避免二次返工。

3.2 橫梁底兜防護(hù)平臺(tái)

為最大程度減少橋面安裝作業(yè)時(shí)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(shí)吊點(diǎn)鋼絲繩→底兜防護(hù)平臺(tái)組拼→平臺(tái)起吊對(duì)接、臨時(shí)固定→調(diào)整位置、吊桿固定→解除臨時(shí)固定、設(shè)置纜風(fēng)繩。

下部底兜防護(hù)平臺(tái)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(chǎng)安裝拼接時(shí)間。同時(shí)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(diǎn)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(gè)整體后進(jìn)行起吊作業(yè)。起吊過(guò)程中注意控制吊點(diǎn)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(gè)挑梁吊點(diǎn)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(shí)避免出現(xiàn)高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 橫梁底兜吊架安裝起吊

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

圖4 橫梁底兜防護(hù)平臺(tái)安裝起吊

4 對(duì)比分析

對(duì)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(guò)程中，起到了良好的防護(hù)保護(hù)效果，事實(shí)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(tái)防護(hù)效果良好。從實(shí)際安裝過(guò)程來(lái)看，項(xiàng)目總包方進(jìn)行底篼防護(hù)平臺(tái)安裝，最終實(shí)現(xiàn)了6 小時(shí)快速安裝作業(yè)。另外須合理選擇施工時(shí)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(duì)城市交通通行造成的壓力。

表5 底兜平臺(tái)防護(hù)體系與傳統(tǒng)門洞防護(hù)棚方案對(duì)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(duì)交通影響較大，對(duì)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(tái)的結(jié)構(gòu)形式可以避免長(zhǎng)期占道，實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)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(shí)期提出基礎(chǔ)建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展的要求，國(guó)家社會(huì)對(duì)工程建設(shè)相關(guān)的安全、環(huán)保要求也越來(lái)越高。此新型防護(hù)平臺(tái)有以下特點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)真正的無(wú)障礙施工，有效克服了傳統(tǒng)門洞防護(hù)棚支架防護(hù)對(duì)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(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(tái)，金華婺城大橋主塔整體涂裝順利完工。工程實(shí)踐表明，該底兜防護(hù)平臺(tái)+環(huán)塔平臺(tái)安裝，施工費(fèi)用經(jīng)濟(jì)合理，安全性較高。同時(shí)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(xiàng)目的建設(shè)提供了良好的參考價(jià)值，具有良好的推廣前景。