混凝土斜拉橋涂裝作業防護平臺設計與施工技術研究

蘭柯

（杭州本創科技有限公司，浙江 杭州 310012）

隨著我國橋梁建設快速發展，橋梁運營維護管養逐漸成為交通發展的主流。斜拉橋是一種組合體系橋梁，由于其獨特優美的造型及超大跨越能力，常被用于城市主要交通干線上。其中的涂裝防護是保證大橋混凝土結構耐久性的關鍵。傳統施工模式，針對已建項目進行涂裝作業有些需要進行交通轉換導改，需要搭設安全棚洞防護。搭設后的防護功能和效果在很大程度得到保障，但是由于支架搭設需長期占道，且搭設時封道要求很高，甚至出現全橋封閉的情況，這對城市交通造成了很大的壓力，且搭設費用相對較大，短期施工顯得不夠經濟。如何實現安全、經濟、高效地涂裝作業顯得尤為重要。

1 工程概況

婺城大橋位于金華西二環線上橫跨婺江，是連接南北兩岸城市的交通通道。大橋為三跨雙索面混凝土斜拉橋，其跨徑布置為95.5m+222m+95.5m，采用塔梁固結體系。主橋主塔為H 型混凝土結構，塔高70.4m。塔柱尺寸6m×3m 矩形斷面。塔柱在45m 位置設置一道上橫梁，上橫梁寬度5.3m，橫梁高度4m，在主梁下部設置一道下橫梁，橫梁寬度8m×4m。塔柱頂標高110.78m。

大橋已建成13 年，2020 年檢測單位對大橋進行了一次定期檢測，根據現場檢測情況，發現主橋橋塔柱表面混凝土已有風化剝落，出現了一些裂縫病害。大橋外觀需進行缺陷修復及涂裝裝飾保護，從而進一步對大橋結構進行保護。大橋是一座混凝土斜拉橋，其中H 型橋塔作為整個涂裝工程的關鍵部位，是大橋維修的關鍵。同時項目業主及當地交警部門要求施工作業不能影響大橋日常交通運行，在不能長期占用機動車道的情況下進行涂裝作業，并實現在合同工期內完成大橋主塔涂裝施工。

2 結構設計

2.1 設計思路

采用底兜防護+環塔平臺方案，在設計過程中主要考慮以下因素：

（1）主要涂裝防護區域為中間上橫梁，需要重點進行防護。同時需要隨著工作界面移動而移動的作業平臺，橫梁底篼距離橫梁混凝土頂面距離不超過1.8m，方便施工作業人員進行涂裝作業；

（2）為了保證作業平臺在高空作業的安全性和提供有效作業空間，要保證防護平臺的有效作業面積和合理凈空高度；

（3）底兜防護平臺和環塔平臺都設計成裝配式節段件，最大程度縮短組拼時間；

（4）在主塔柱近地面位置設置一個環塔平臺和爬梯，方便吊籃的落置和可作為人員上下安全通道，避免對大橋交通產生任何直接影響。在橫梁上設置一個底兜平臺，實現橫梁涂裝作業防護全覆蓋、可移動。對橋上交通車流不產生任何障礙。

2.2 涂裝平臺設計

方案考慮不會對車道造成長期占用，采用一種新型防護平臺結構系統。主要由2 個部分構成，一個是主塔橫梁的防護，另一個是塔柱位置的防護。具體如下圖所示。

圖1 橫梁底兜防護平臺設計圖

圖2 環塔平臺設計圖

采用環塔平臺作為吊籃作業人員上下通道，同時可以作為吊籃設備的起落的平臺，有效避免了吊籃落地占道的安全風險，同時環塔平臺可以作為防護平臺，防止涂裝施工作業時雜物墜落。在環塔平臺防護安裝之后，可以大大降低涂裝施工造成的作業安全風險，同時可以避免施工對交通車流帶來的影響，對于防護作業要求極高的城市道路、交通主干道有著很好的適用性。針對橋下塔柱尺寸6m×3m 設計環塔平臺尺寸9m×9m，平臺涉及圍護面積區域大，安裝作業期間需要臨時封道施工。

采用底兜防護作為橋塔橫梁涂裝作業的防護平臺，底兜防護結構由軌道系統、吊架系統、底兜防護平臺三部分組成。主要作用有：首先作為橫梁涂裝作業的操作平臺，可以進行涂裝作業，其次防護平臺采用軌道系統，做到可以橫向遷移，方便隨時對施工作業位置進行移動式調整，防護區域全方位覆蓋。針對大橋橫梁截面尺寸5.3m×4m 設計底兜平臺尺寸9m×9m，涉及平臺結構面積區域大，防護平臺安裝作業期間需要臨時封道作業。在橫梁底兜防護平臺安裝完成之后，可以實現大橋上橫梁涂裝防護的全覆蓋，確保大橋維護無障礙化施工。

2.3 防護平臺的計算

對防護平臺建立MIDAS 模型計算分析，采用C140型鋼，壁厚2mm 作為平臺框格梁，面板采用1.5mm 厚度花紋鋼面板，三角支撐牛腿采用L125×80×10，每個豎桿布置3 顆錨栓。采用M22 化學錨栓，預埋長度25cm。

表1 環塔平臺計算模擬分析的參數設置

表2 環塔平臺受力計算模擬分析數值

對橫梁底篼防護平臺建立MIDAS 模型，其中采用C140 型鍍鋅鋼，壁厚2mm 作為底篼平臺框格梁，主縱梁采用HN248×124×5×8，吊桿采用φ25 圓鋼，吊架位置扁擔梁采用HN346×174×6×9，下設滾輪直徑200mm。另外軌道縱向采用通長鋼絲繩進行固定。在扁擔梁支撐腿下方設置防傾倒豎桿。

表3 橫梁底篼防護平臺計算模擬分析的參數設置

對底篼防護平臺進行整體穩定性分析，設置不變荷載（自重、底板、圍擋）、可變荷載（風載、活載）為變量，分析5 階內結構模態穩定性，一階模態如上圖所示，根據《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTG D64-2015）[4]關于結構彈性穩定性要求λmin=5.97 ≥4.0，結構整體穩定性滿足要求。

表4 橫梁底篼防護平臺受力計算模擬分析數值

3 施工技術

3.1 環塔平臺

環塔平臺結構采用裝配式設計，施工流程為預埋螺栓打設→三角牛腿安裝→平臺框格梁安裝、護欄扶手安裝→竹膠板面板安裝。環塔平臺搭設需要根據安裝位置進行有組織的短暫封道作業，預埋螺栓采用M22 化學錨栓固定，控制錨固長度不小于設計要求，加強對錨栓打設位置的精度質量控制，提高三角牛腿安裝效率。施工過程中需要安排專人指揮吊裝作業，注意遠離和避讓大橋斜拉索位置，以免對大橋受力結構造成碰撞。

在環塔平臺上安裝框格梁，吊裝就位后進行焊接固結形成整體。相互垂直的2 個面采用上下疊層固定，注意安裝先后順序，同時注意爬梯位置和開口朝向，避免二次返工。

3.2 橫梁底兜防護平臺

為最大程度減少橋面安裝作業時間，底兜防護結構采用裝配式設。安裝流程為橫梁頂部滑移軌道安裝→吊架組拼，安裝吊桿、臨時吊點鋼絲繩→底兜防護平臺組拼→平臺起吊對接、臨時固定→調整位置、吊桿固定→解除臨時固定、設置纜風繩。

下部底兜防護平臺9m×9m 采用5 片預制框格梁（9m×1.8m）組拼而成，可以縮短現場安裝拼接時間。同時防護欄桿采用整體預制，各型鋼結構件連接均采用節點板高強螺栓固定。

上部軌道及吊架系統安裝需要同步進行，縱橫向型鋼采用螺栓定位固定，吊架系統在橋面上安裝組拼成一個整體后進行起吊作業。起吊過程中注意控制吊點平衡。其中關鍵工序有吊架系統先升至低空高度（6m），利用登高車作業將每個挑梁吊點位置組裝吊桿和抗風橫聯，可有效降低高空安裝難度，提高安裝作業精度，同時避免出現高空作業風險。

圖3 橫梁底兜吊架安裝起吊

下部底兜防護平臺在橋面封道區域內完成組拼后進行起吊。注意吊點位置對稱布置，吊裝鋼絲繩預留長度保持一致，保證底兜防護平臺在吊裝過程中平穩。吊架主橫梁上對稱貫通設置2 根φ16mm 鋼絲繩作為4 個臨時固定吊點，用4 個額定荷載3 噸葫蘆設置在底篼防護平臺4 個吊點位置。后由專人指揮通過2 臺200t 吊車配合同步抬升，使底篼防護平臺達到指定拼接區域，用鋼絲繩+葫蘆和4 個吊點進行防護平臺臨時固定，作業人員通過手拉葫蘆進行調整防護平臺與吊架吊桿間距，直至調整到合適位置后再通過高強螺栓緊固6 根φ25 圓鋼吊桿，防護平臺由臨時固定轉換為永久固定，此時可以解除臨時固定。最后底兜防護平臺四個角點各安裝1 條纜風繩固定，增加底篼防護平臺結構整體抗風穩定性。

圖4 橫梁底兜防護平臺安裝起吊

4 對比分析

對比該防護體系和傳統門洞支架，該防護體系后續施工使用過程中，起到了良好的防護保護效果，事實證明橫梁下方橋面，未受到任何涂料和混凝土碎塊掉落，充分體現出底篼防護平臺防護效果良好。從實際安裝過程來看，項目總包方進行底篼防護平臺安裝，最終實現了6 小時快速安裝作業。另外須合理選擇施工時段，避免早晚高峰期交通擁堵，最大程度降低了安裝作業對城市交通通行造成的壓力。

表5 底兜平臺防護體系與傳統門洞防護棚方案對比分析

傳統防護方案采用門洞防護棚支架，封路占道對交通影響較大，對城市交通流量較大的區域不宜采用。而采用底兜+防護平臺的結構形式可以避免長期占道，實現真正的無障礙施工，做到安全、綠色、高效、和諧和經濟的交通建設。

5 總結

隨著十四五時期提出基礎建設高質量發展的要求，國家社會對工程建設相關的安全、環保要求也越來越高。此新型防護平臺有以下特點：

（1）結構簡單，安裝便捷，節約成本，且能滿足涂裝高空作業的安全；

（2）實現真正的無障礙施工，有效克服了傳統門洞防護棚支架防護對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現長期涂裝作業，防護安全可靠性強，結構整體穩定性強，安全有保障。

依靠該防護平臺，金華婺城大橋主塔整體涂裝順利完工。工程實踐表明，該底兜防護平臺+環塔平臺安裝，施工費用經濟合理，安全性較高。同時順利完成了大橋主塔涂裝作業，縮短了工期。為之后同類項目的建設提供了良好的參考價值，具有良好的推廣前景。