一種新型公路臨邊防護裝置結構設計

周志紅，朱奇，劉艷萍

（湖南工業職業技術學院，長沙 410208）

0 引言

隨著中國經濟持續快速增長，高速公路橋梁工程一直保持著持續快速發展的勢頭，并常年加大對公路基礎建設的投入。在公路橋梁修建過程中，一旦發生施工安全問題就會造成巨大經濟財產損失[1]。因此，為了能夠更好地保證現場施工安全，施工期間對公路橋梁部分兩側會設置臨時臨邊防護裝置，以防范人和物體墜落的風險。隨著施工安全意識的提高，國內高速公路橋梁施工期間設置臨時臨邊防護裝置的情況得到了極大程度的改觀。但鑒于工程施工周期、作業環境，以及無相應管理法規條例等客觀因素下，目前臨時臨邊防護裝置存在結構相對簡單、結構剛度不夠且材料使用不統一等問題。曾碩[2]主要針對目前高速公路橋梁外側防撞護欄存在的問題，闡述外側防撞護欄創新設計理念與設計方式；王為民[3]介紹了超高層建筑施工過程中的安全防護措施的設置方式，并通過對施工過程中不同階段的安全防護措施的設置進行分析；汪昱洲等[4]針對農村公路的路側險要路段的安全問題，提出了路側險要路段的風險水平判別標準，并對不同風險水平等級的路側險要路段采取了不同類型的安全生命防護工程對策，使其滿足“安全、有效、經濟、實用”的要求。以上研究分析均從高速公路橋梁營運管路階段考慮，項目施工階段相關研究相對較少。

1 臨時臨邊防護裝置現狀分析

針對公路橋梁施工期間設置臨時臨邊防護裝置現狀，有兩種主流設計方案。

1）在公路兩側混凝土邊緣基體上鉆孔，設置膨脹螺釘，再通過螺栓緊固的方式與防護支架連接，如圖1所示。其結構存在一定的設計缺陷：a. 需在混凝土基體上鉆孔，有一定破壞性；b.安裝作業需現場鉆孔，造成施工成本上升的同時鉆孔作業產生的灰塵污染了周邊環境，并存在用電安全問題；c.臨時臨邊防護裝置回收時，需對混凝土基體重新處理，造成施工成本上升。

圖1 膨脹螺釘緊固結構的臨邊防撞護欄

2）利用公路橋梁兩側混凝土邊緣基體中預埋鋼筋借位，采用支撐主體鋼管、斜撐加強鋼筋與混凝土基體中預埋鋼筋進行焊接后，再將橫向防護鋼管與支撐主體鋼管焊接，然后掛防護網，最后將網與橫向防護鋼管之間用鐵絲捆扎綁緊，如圖2所示。其結構的缺陷：a.需現場焊接，對混凝土基體中預埋鋼筋有一定程度損傷；同時施焊作業會污染周邊環境；b.臨時臨邊防護裝置回收時，需對鋼筋焊接處進行切割處理，造成施工成本上升的同時又局部損傷了鋼筋本體材料；c.結構剛度無法保障，焊點易脫開，存在安全隱患。

圖2 焊接結構的臨邊防撞護欄

2 臨邊防護裝置結構優化設計

針對上述臨時臨邊防護欄應用現狀，設計出一種新型臨邊防護欄結構，其特點是：采用了快裝快拆結構，節省了安裝和拆卸時間，降低了勞動強度與現場施工成本；新結構防護欄安裝過程對公路橋梁項目建設本身無破壞性操作，確保了施工過程質量，很好地維護了現場施工環境；新型防護欄周轉率高，通用性強，間接降低了施工成本，很好地解決了目前現有臨時臨邊防護裝置所存在的問題，有利于現場安全管理[5]。新型臨邊防護欄主要由支撐管焊件、防護網構件、螺栓組件與鎖緊組件等零組件組成。其中支撐管焊件為主要支撐構件，其底部結構能兼顧適應不同間距尺寸的預埋鋼筋，適應性強，同時上部安裝耳座與防護網構件兩側安裝耳座采用螺栓緊固。具體結構如圖3所示，只要混凝土路面基體中預埋鋼筋間距尺寸處于圖中尺寸L1與L2之間，則均可滿足使用要求。

圖3 支撐管焊件結構示意圖

結合《公路工程施工安全技術規范》（JTG F90-2015）與《建筑施工高處作業安全技術規范》（JGJ 80-2016）規范文件要求：護欄高度宜為1.2 m，支撐管焊件間距宜為2 m以內，欄桿底部應設置高度不低于18 cm的擋腳板，其具體結構如圖4所示。

圖4 一種新型臨邊防護欄結構示意圖

新型臨邊防護欄裝配步驟如下：先將支撐管焊件下端部位通過鎖緊組件使之與預埋鋼筋安裝牢固，待相鄰支撐管焊件安裝完畢后，把防護網構件通過螺栓組件與支撐管焊件上部耳座匹配安裝牢固。

目前新型臨邊防護欄已在湖南某高速公路橋梁施工現場進行了試裝，施工過程和試裝后效果反響良好，裝配效果如圖5所示。

3 臨邊防護裝置結構設計驗算

依據《建筑防護欄桿技術標準》（JGJ/T 470-2019）文件，臨邊防護欄材料擬采用熱軋Q235B鋼，屈服強度為235 MPa。其計算固定約束邊界條件：根據安裝方式及承受載荷情況，固定左右支撐管焊件1下部安裝底座下邊緣。其計算載荷：目前國內標準對臨邊護欄計算時的載荷暫無要求，參考GB 11567《汽車及掛車側面和后下部防護要求》中的規定，用直徑220 mm±10 mm 的圓形平壓頭施以1000 N的靜壓力垂直作用于該裝置外表面的各部分時，其因受力而產生的變形應符合要求[6]。本文驗算選擇施加垂直載荷在框架上部中間部位上的危險工況，進行強度、變形的安全校核。經ANSYS分析軟件分析計算，其等效應力云圖如圖6所示，總變形云圖如圖7所示。

圖6 工況等效應力云圖

圖7 工況總變形云圖

從等效應力云圖可看出，除支撐管焊件1上的耳座局部應力集中外，臨邊防護欄主體結構在此危險工況下的應力小于235 MPa， 即應力值在材料的屈服強度以下；從總變形云圖可看出：臨邊防護欄的整體總變形量為70.366 mm，最大變形發生在鋼絲網框架上部加載區域，變形方向與實際相符。通過對臨邊防護欄在危險工況下強度和剛度的分析計算，結合現場施工情況，防護欄的強度和剛度均滿足實際需求。

4 結語

新型公路橋梁臨時臨邊防護欄結構充分考慮了施工現場實際情況，取消了現場施焊工藝，避免了安裝防護欄對橋面兩側預埋鋼筋的損傷；防護欄均采用螺栓連接形式，安裝方便牢固。目前新型臨邊防護欄已在某高速公路橋梁施工現場進行了試裝，效果反響良好，可供公路橋梁工程施工現場參考使用。