全封閉掛籃在跨越既有公路連續梁(剛構)橋懸灌施工中的應用

李友明，白曉紅，彭亮英，曹衛軍

(中鐵二局集團有限公司，四川成都 610031)

隨著公路交通系統的進一步完善，新建鐵路、公路跨越既有公路是不可避免且越來越多；當既有公路寬度較大時，無法采用簡支橋梁跨越，此時，預應力混凝土連續梁(剛構)橋就成為跨越既有公路的首選橋型。從技術、安全、經濟和減小對交通干擾的角度，預應力混凝土連續梁(剛構)橋一般采用掛籃懸臂澆筑施工，但必須采取相應的防護方案，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濟的技術方案有重要意義。

1 跨越既有公路連續梁(剛構)橋的工程特點及主要施工安全風險

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，預應力混凝土連續梁(剛構)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與橋下交通車輛間安全距離很小。

(2)施工工期長。根據跨越道路寬度及斜交情況，預應力混凝土連續梁(剛構)橋主跨跨度為48～128 m，懸灌梁段數量5～17段；按10 d/節段的進度指標，施工周期至少60～180 d。

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

1.2 主要施工安全風險

跨越既有公路的預應力混凝土連續梁(剛構)橋懸灌施工，除一般工程環境條件下梁體懸灌施工所面臨的施工安全風險外，還面臨的主要施工安全風險有：防護系統結構的強度、剛度或整體穩定性不足、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 防護方案的技術特點分析

跨越既有公路的預應力混凝土連續梁(剛構)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型鋼棚架，對橋梁懸灌施工過程中可能發生的墜物傷害道路上通行車輛、行人進行安全防護，其結構從下至上為混凝土條形基礎、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構及欄桿等設施，具體結構尺寸根據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構為依托安裝防護系統，防止橋梁懸灌施工過程中可能發生的墜物下落，保證道路上通行車輛、行人安全。兩種防護方案各自技術特點見表1。

表1 兩種防護方案的技術特點一覽表

3 全封閉掛籃的防護系統設計

3.1 全封閉掛籃的防護系統組成

全封閉掛籃的防護系統包括底部防護系統、兩側防護系統、前后端防護系統、橋面防護系統等部分。鑒于掛籃主桁與底模平臺、外側模、內模系統間通過吊桿(吊帶)連接成整體，其中，底模平臺、外側模、內模系統相互獨立，再加上掛籃在梁體懸灌施工過程中需分部調整位置、逐梁段前移，目前，大多數全封閉掛籃的防護系統的底部防護系統、兩側防護系統、前后端防護系統間均通過柔性連接(鋼筋拉固)，存在掛籃各部位置調整不便、逐梁段前移時防護系統穩定性欠佳等問題，因此，通過各部位防護系統間重疊防護實現分離設置，可實現防護系統與掛籃結構剛性連接，顯著提高防護系統穩定性。

3.2 全封閉掛籃的防護系統結構設計

3.2.1 底部防護系統

3.2.1.1 防護范圍

全封閉掛籃底部防護系統的防護范圍[2](縱橋向長度、橫橋向寬度和豎向高度)：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)；橫橋向寬度一般按梁寬+(掛籃外側模操作平臺寬度+0.3 m)×2；豎向高度則因掛籃兩側及前、后端有所不同，其中，掛籃兩側及前端高度應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 防護結構設計

底部防護系統采用全鋼結構，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，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設置，其底部設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網眼的密目鋼絲網封閉[3]。對于一般公路，梁體混凝土施工及養護用水對交通影響不大，底部防護系統不必采取特殊的防排水措施；否則，應將底部防護系統的面板、踢腳板焊接成整體或增設防水層，并設置集水箱和自動抽排系統。

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

3.2.2 兩側防護系統

3.2.2.1 防護范圍

全封閉掛籃兩側防護系統的防護范圍(縱橋向長度、豎向高度)：縱橋向長度按底部防護系統縱向長度略短考慮，保證兩側防護系統能全部置于底部防護系統范圍；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欄桿重疊不小于0.2 m確定。

3.2.2.2 防護結構設計

兩側防護系統附著于掛籃外側模板的桁架結構，由豎桿、縱向連接桿、斜桿和防護網等部分組成。根據掛籃外側模板桁架的操作平臺立桿材料規格不同(鋼管、矩管或角鋼)，豎桿、縱向連接桿、斜桿的材料規格與其一致即可，以便與連接固定；豎桿間距與掛籃外模桁架對應，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造要求確定[4]。兩側防護系統從上至下均采用不大于5 mm網眼的密目鋼絲網封閉。為避免在梁體分段懸澆時兩側防護系統與底部防護系統沖突，兩側防護系統的下部段落結構設計時應考慮到分塊拆除的需要。若梁體高度較大，應利用掛籃外模桁架對兩側防護系統加固設計。

兩側防護系統結構承受的荷載主要包括自重和風荷載，應結合施工環境確定，同時也應考慮構造要求和功能需求。

3.2.3 前后防護系統

3.2.3.1 防護范圍

全封閉掛籃前后防護系統的防護范圍(橫橋向寬度、豎向高度)：前防護系統的橫橋向寬度按底部防護系統橫橋向寬度略短考慮，保證前部防護系統能全部置于底部防護系統范圍；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準按前述的底部防系統的護欄進行防護。后防護系統的橫橋向寬度為兩側防護系統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欄桿重疊不小于0.2 m確定。

3.2.3.2 防護結構設計

前防護系統附著于掛籃主桁架前端，由豎桿、橫向連接桿、斜桿和防護網等部分組成；根據掛籃掛籃主桁前橫梁的操作平臺立桿材料規格不同(鋼管、矩管或角鋼)，豎桿、橫向連接桿、斜桿的材料規格與其一致即可，以便與連接固定。后防護系統附著于掛籃外側模板的桁架結構，由豎桿、橫向連接桿、斜桿和防護網等部分組成，材料規格與兩側防護系統一致即可，以便與連接固定。前后防護系統與兩側防護系統的具體結構設計要求基本相同。若梁體高度較大，應利用掛籃主桁架對前防護系統加固設計。

前后防護系統結構承受的荷載主要包括自重和風荷載，應結合施工環境確定，同時也應考慮構造要求和功能需求。

3.2.4 橋面防護系統

3.2.4.1 防護范圍

全封閉掛籃的防護系統只能保證正在懸灌梁段范圍的交通安全，覆蓋在道路范圍內的已經施工完成的梁段也應在橋面進行防護，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 防護結構設計

橋面防護系統設置于已施工梁段兩側，其具體結構有兩種方案：一是參照(建質辦函[2019]90號)《房屋市政工程安全生產標準化指導圖冊》[5]執行，并按不大于5 m間距設置一道拋撐和從上之下采用阻燃型密目式安全立網封閉。二是采用普通扣件式鋼管搭設，由豎桿、縱橋向連接桿、剪刀撐、拋撐和防護網等部分組成；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網眼的密目鋼絲網封閉；其它按扣件式鋼管腳手架搭設要求執行。

橋面防護系統結構承受的荷載主要包括自重和風荷載，應結合施工環境確定，同時也應考慮構造要求和功能需求。

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對掛籃結構的影響

4.1.1 對掛籃結構桿件的強度、剛度的影響

全封閉掛籃的防護系統除橋面防護系統外，其它防護系統均附著在掛籃結構上，包括防護系統結構自重、風荷載及作業人員荷載等荷載均作用在掛籃結構桿件，因此，在掛籃結構檢算時應充分考慮其不利影響。

4.1.2 對掛籃結構整體穩定性影響

在掛籃結構整體穩定性檢算時，應充分考慮到施工期間可能發生最不利風荷載，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，安全系數不得小于規范要求。

4.1.3 兩側、前后防護系統及掛籃外模桁架與底模防護系統間的影響

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

4.1.4 防護系統對掛籃走行前的約束解除和走行就位調整的影響

為避免全封閉掛籃防護系統間的沖突，掛籃走行前的約束解除和走行就位調整應嚴格按照下放底模平臺系統→下放外模桁架、內模桁架系統→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、內模桁架系統→提升底模平臺系統→其它加固→檢查驗收的順序進行，各部系統下放或提升的行程應嚴格按要求進行。

4.2 全封閉掛籃對梁體施工的影響及技術措施

4.2.1 全封閉掛籃引起的梁體不平衡重及配重

由于三跨連續梁的主跨跨越既有公路，僅需主跨側掛籃采用全封閉防護系統，因此，單個主墩上的兩側掛籃重量存在明顯偏差，將引起梁體不平衡重。一般情況下，施工單位應提出不平衡重的配重方案，經監理、監控和設計單位同意后實施；若監控和設計單位確認不平衡重對梁體的影響不大，且采取相應的技術措施進行施工控制，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發生沖突，在施工組織安排時應提前協調。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調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 掛籃全封閉結構設計及檢算

掛籃全封閉結構及檢算工作宜由掛籃設計單位負責，與掛籃結構設計同步進行、綜合考慮。除與掛籃結構一起進行整體計算分析外，全封閉系統還應按照3.2部分要求進行結構局部檢算。

4.2.3.2 掛籃全封閉結構的檢查驗收

掛籃全封閉結構的檢查驗收包括加工完成后的桿件驗收及試拼裝、現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(相關人員應履行簽字手續)。對于驗收過程中發現的問題，必須由項目技術負責人確認整治方案。

4.2.3.3 掛籃全封閉結構使用過程中的控制點

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

5 結束語

全封閉掛籃防護方案與防護棚架方案的明顯優勢，使得其越來越廣泛應用。為實現全封閉掛籃防護方案結構技術可行、安全可靠、經濟合理，在方案設計、實施時應高度關注以下幾點應：

(1)重疊防護是實現全封閉掛籃的各部位防護系統間分離設置的前提，并據此實現防護系統與掛籃結構剛性連接，達到提高防護系統整體穩定性的目的。

(2)防護系統結構承受的荷載主要包括自重、作業人員重量、風荷載等，應結合作業要求、施工環境確定，同時也應考慮結構構造要求和功能需求。

(3)全封閉掛籃的防護系統對掛籃結構的強度、剛度和整體穩定性以及掛籃施工作業均有一定程度的影響，應準確分析評估并采取相應措施。

(4)全封閉掛籃對梁體懸灌施工的影響主要表現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，應結合現場實際情況采取相應措施。