橋面兜底吊防護棚設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)

趙懷ZHAO Huai

（中國鐵建港航局集團有限公司第四工程分公司，重慶 400025）

0 引言

經(jīng)濟快速發(fā)展為交通建設(shè)帶來了蓬勃發(fā)展的廣闊前景，目前城市化發(fā)展導(dǎo)致公路與鐵路市場建設(shè)規(guī)模不斷擴增，交通網(wǎng)的不斷完善，道路上下交錯情況越發(fā)常見，與之配套的安全防護措施的研究也逐漸為人們所重視。某高速公路穿越山谷橋梁全長491.45m，共5 聯(lián)，跨徑組合為：9×50+37.5，下部結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁，空心薄壁墩，墩高40m～54m，上部結(jié)構(gòu)均采用預(yù)應(yīng)力砼先簡支后橋面連續(xù)T 梁。本橋第4、5 跨均上跨既有道路和石材加工場。

1 防護棚方案確定

1.1 防護棚作用

①防止橋面掉落雜物，保證橋下道路車輛、人員通行安全；②為橋梁上部結(jié)構(gòu)施工人員提供操作平臺，便于在梁板底部操作。

1.2 防護棚方案比選

上跨既有道路、構(gòu)筑物橋梁需設(shè)置防護棚，防護棚類型常規(guī)采用落地防護棚形式。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式、橋梁凈高、既有道路形式等角度綜合分析，與落地防護棚與兜底吊防護棚之間進行比選設(shè)計。

1.2.1 落地防護棚

優(yōu)點：在地面施工，操作便捷；針對性保護所搭設(shè)范圍內(nèi)既有道路；

缺點：占道施工，對既有道路行車有一定影響；材料、機械設(shè)備投入大，成本高；位置固定，保護范圍有一定受限。

1.2.2 兜底吊防護棚

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)輕便，投入少，造價低，施工工期短，安裝拆除便捷；適用于高墩，橋下凈空較高的橋梁結(jié)構(gòu)中；針對性的防護施工位置，可跟隨施工點位移動，無固定位置安裝；對于既有道路、構(gòu)筑物無干擾，保持原有地形地貌，保證道路通行安全；可作為工人操作平臺，便于橋面下方作業(yè)。

缺點：結(jié)構(gòu)剛度小，無法多人同時作業(yè)；橋梁凈高較少時無法使用。

1.2.3 結(jié)論

通過比選后，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境及施工條件綜合考慮后確定兜底吊式防護棚方案。

2 兜底防護棚設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計說明

梁底兜底防護棚的搭設(shè)主要解決跨線施工的安全防護措施，即以架設(shè)好的該跨梁板作為受力點，橫橋向采用多根吊桿固定，下附組合式桁架主橫梁，其上附以縱向聯(lián)系，鋪設(shè)輕型骨架，再采用彩鋼板等輕質(zhì)板材滿覆加固，考慮物體掉落時的滾動出兜底防護棚，外挑端頭超出梁板外邊緣不少于1.5m，同時還需要做好臨邊防護欄桿、踢腳板及排水設(shè)施。

兜底防護棚采取整幅吊頂懸掛跨越所保護路、構(gòu)筑物。兜底防護棚須滿足凈空大于2m 的要求，且防護吊棚凈空大于5.5m。

吊掛式兜底防護棚架在一跨預(yù)制梁架設(shè)完成后，從后場分段加工，運輸至現(xiàn)場進行拼裝，臨時封閉交通，安裝就位。防護吊棚施工兜底防護立面圖如圖1 所示。

圖1 防護吊棚施工兜底防護立面圖（單位：mm）

2.2 兜底防護棚架材質(zhì)要求

①吊桿采用?32mm 精軋螺紋鋼，強度為PSB830 的，代表著屈服強度為830MPa，抗拉強度為1030MPa，梁端用一個錨桿專用螺母進行固定。

②兜底防護棚走形主梁和平臺橫向主梁均采用2[14槽鋼，平臺上鋪厚度0.5mm 鋼板網(wǎng)后再鋪設(shè)厚度2cm 腳手板（竹膠板）；鋼材均采用235 鋼。

③滑道采用[10 槽鋼?；郎现瘟翰捎?6#工字鋼，支撐梁之間采用L50 角鐵交叉斜撐。

④螺母墊板采用厚20mm 鋼板，材質(zhì)為Q235。

2.3 兜底防護棚計算

根據(jù)實際情況按三種不同工況進行計算：

工況1：平臺兩端設(shè)置吊桿

工況2：平臺兩端及中部設(shè)置多根吊桿

工況3：平臺兩端及中部設(shè)置多根吊桿考慮風(fēng)荷載

2.3.1 工況1 計算

①兜底防護平臺計算模型：采用midas/civil 進行計算，考慮兜底防護平臺底部中央承受單人的重量60kg。荷載基本組合為1.2 恒載+1.4 活載。

②兜底防護平臺反力計算：在荷載基本組合情況下，兜底防護平臺軸力、彎矩圖分別見圖2、圖3。

圖2 荷載基本組合下兜底防護平臺軸力圖

圖3 荷載基本組合下兜底防護平臺彎矩圖

③兜底防護平臺應(yīng)力計算：在荷載基本組合作用下，各構(gòu)件應(yīng)力計算結(jié)果如下：

箱梁下側(cè)2[14 槽鋼最大應(yīng)力為110MPa＜215MPa；

箱梁上側(cè)2[14 槽鋼最大應(yīng)力為40MPa＜215MPa；

L50×4 角鐵最大應(yīng)力為152MPa（中央承受單人的重量60kg）＜215MPa；

吊桿最大應(yīng)力為113MPa＜270MPa；應(yīng)力詳見圖4。

圖4 承載能力（荷載基本組合）極限狀態(tài)下應(yīng)力圖（應(yīng)力MPa）

④結(jié)論：由于吊桿的應(yīng)力較大，同時防止兜底防護平臺擺動，需要增加4 根吊桿。

2.3.2 工況2 計算

①兜底防護平臺計算模型：本次采用midas/civil 進行計算，考慮兜底防護平臺底部中央承受單人的重量60kg。荷載基本組合為1.2 恒載+1.4 活載。

②兜底防護平臺反力計算：在荷載基本組合情況下，兜底防護平臺軸力、彎矩圖分別見圖5、圖6。

圖5 荷載基本組合下兜底防護平臺軸力圖

圖6 荷載基本組合下兜底防護平臺彎矩圖

③兜底防護平臺應(yīng)力計算：在荷載基本組合作用下，各構(gòu)件應(yīng)力計算結(jié)果如下：

箱梁下側(cè)2 [14 槽鋼最大應(yīng)力為19MPa＜215MPa；

箱梁上側(cè)2 [14 槽鋼最大應(yīng)力為38MPa＜215MPa；

L50×4 角鐵最大應(yīng)力為152MPa（中央承受單人的重量60kg）＜215MPa；

吊桿最大應(yīng)力為1MPa＜270MPa；應(yīng)力詳見圖7。

圖7 承載能力（荷載基本組合）極限狀態(tài)下應(yīng)力圖（應(yīng)力MPa）

2.3.3 工況3 計算

①兜底防護平臺計算模型：本次采用midas/civil 進行計算，未考慮兜底防護平臺底部中央承受單人重量60kg。荷載基本組合為1.2 恒載+1.4活載+1.4×0.6 風(fēng)荷載。

②兜底防護平臺反力計算：在荷載基本組合情況下，兜底防護平臺軸力、彎矩圖分別見圖8、圖9。

圖8 荷載基本組合下兜底防護平臺軸力圖

圖9 荷載基本組合下兜底防護平臺彎矩圖

③兜底防護平臺應(yīng)力計算：在荷載基本組合作用下，各構(gòu)件應(yīng)力計算結(jié)果如下：

箱梁下側(cè)2 [14 槽鋼最大應(yīng)力為112.2MPa＜215MPa；

箱梁上側(cè)2 [14 槽鋼最大應(yīng)力為43MPa＜215MPa；

L50×4 角鐵最大應(yīng)力為202MPa（中央承受單人的重量60kg）＜215MPa；

吊桿最大應(yīng)力為101.4MPa ＜270MPa；應(yīng)力詳見圖10。

圖10 承載能力（荷載基本組合）極限狀態(tài)下應(yīng)力圖（應(yīng)力MPa）

吊架最大變形為10cm，10cm ＜16500/150=11cm；（鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范附錄A），應(yīng)力詳見圖11。

圖11 正常使用極限狀態(tài)下變形圖（mm）

2.3.4 主要結(jié)論

經(jīng)過對工況1、工況2、工況3 計算分析，各工況結(jié)論如下：

①箱梁下側(cè)2 [14 槽鋼最大應(yīng)力滿足規(guī)范要求；②箱梁上側(cè)2[14 槽鋼最大應(yīng)力滿足規(guī)范要求；③L50×4 角鐵最大應(yīng)力滿足規(guī)范要求；④吊桿最大應(yīng)力滿足規(guī)范要求；⑤吊架最大變形滿足規(guī)范要求；⑥吊架穩(wěn)定及傾覆滿足規(guī)范要求（吊架為受拉構(gòu)件）。

3 施工技術(shù)

3.1 兜底防護棚安裝

兜底防護棚采用后場加工，現(xiàn)場分段組拼安裝的方式進行施工，施工工序如下：

①兜底防護棚拼裝：將兜底防護棚架主、橫梁運輸至現(xiàn)場進行分3 節(jié)拼裝。②吊桿安裝：將吊桿懸掛在梁板預(yù)設(shè)的管道和現(xiàn)澆段上，以便在兜底防護棚提升后快速進行連接固定。在兜底防護棚架連接固定前，需測量兜底防護棚架的標高，確保兜底防護棚架這個面板處于水平狀態(tài)。③兜底防護棚吊裝：拼裝完成后，將后場加工好的面板通過U 型螺栓將預(yù)制梁板與兜底防護棚主、橫梁間連接固定（每塊板固定不少于4 個U 型螺栓）。將整塊兜底防護棚架組拼完成后，采用吊車將兜底防護棚提升至橋面以下與橋面上預(yù)先放置好的吊桿進行連接固定。④雨水排放措施：為防止雨水集中和墜物滾落，在吊桿兜底防護棚架外側(cè)設(shè)置外挑并設(shè)防護欄桿，將雨水集中排到既有道路兩側(cè)和對落物起到攔截作用。⑤交通疏導(dǎo)：為確保安全兜底防護棚拼裝、吊桿安裝、兜底防護棚吊裝等均在既有道路外進行，同時為確保安全可進行臨時管制道路。

3.2 兜底防護棚的拆除

橋梁上部構(gòu)造施工完成后，拆除安全兜底防護棚，拆除方式采用分段整體下放，吊裝至道路邊上，然后進行解體，采用平板運輸車將解體的構(gòu)件運輸?shù)胶髨觥Ｏ路牌陂g，采用臨時管制交通，在施工區(qū)域設(shè)置相應(yīng)的標志、標牌，安全員現(xiàn)場指揮，保證拆除施工安全進行。兜底防護棚拆除應(yīng)做好以下準備工作：

①拆除前應(yīng)按規(guī)定進行拆除前的全面檢查。

②清除棚頂上的材料、工具和雜物，清除拆除作業(yè)面范圍內(nèi)的障礙物。

③拆除作業(yè)應(yīng)設(shè)置警戒線、警戒標志，在統(tǒng)一指揮下進行拆除。

④通長水平加固桿和剪刀撐等加固件，必須在兜底防護棚拆卸到相關(guān)的位置時方可拆除。

⑤作業(yè)人員按規(guī)定使用安全防護用品。

⑥分段拆除完成后應(yīng)及時清理遺留的雜物，確保道路整潔。

4 結(jié)語

①新建橋梁上跨既有道路或建（構(gòu)）筑物時可根據(jù)現(xiàn)場實際環(huán)境和施工條件采用兜底式防護平臺，保證施工安全和橋下道路運行安全。

②兜底式防護棚既能防墜落也可當操作平臺，經(jīng)過特殊設(shè)計后計算證明防護棚剛度、穩(wěn)定性滿足要求。

③兜底式防護棚需廠家加工分段形成，根據(jù)橋面寬度情況可分成若干段落，做好進場驗收工作，并在安裝和拆除時做好過程管理工作。