預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁掛籃施工安全技術(shù)應(yīng)用研究★

唐春剛，徐 偉

(1.江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無錫交通分院,江蘇 無錫 214151; 2.中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司,山西 太原 030024)

現(xiàn)代橋梁工程中,掛籃懸澆施工技術(shù)因其自身便利性、靈活性、可控性等優(yōu)點(diǎn),在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工中被廣泛應(yīng)用。掛籃懸澆施工技術(shù)可有效處理橋梁施工缺陷,創(chuàng)設(shè)穩(wěn)定、安全的施工環(huán)境,施工效果良好,保障了橋梁施工質(zhì)量,其技術(shù)應(yīng)用價(jià)值得到了較好的體現(xiàn),為推動(dòng)橋梁事業(yè)持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要的作用[1-2]。

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁掛籃施工相對(duì)來說施工復(fù)雜技術(shù)含量高,是施工單位施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著施工技術(shù)日益完善,施工管理經(jīng)驗(yàn)越來越豐富,施工安全與質(zhì)量的重要性越來越突出。對(duì)此,施工單位要充分考慮工程項(xiàng)目實(shí)際情況,以技術(shù)規(guī)范為指導(dǎo),研究掛籃施工過程的安全可靠性,形成合理的施工組織計(jì)劃和方案,做好各環(huán)節(jié)施工作業(yè),以嚴(yán)謹(jǐn)周密的安全防護(hù)保障措施為掛籃施工保駕護(hù)航[3]。

1 工程背景

某高速公路特大橋連續(xù)梁采用72 m+120 m+72 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。梁體按照單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),箱梁頂寬設(shè)為12.6 m,箱梁底寬設(shè)為7 m。頂板厚度除梁端附近外均為50 cm,底板厚度52 cm～120 cm,按直線線性變化,腹板厚60 cm～85 cm,105 cm,按折線變化。橋梁橫隔板設(shè)在端支點(diǎn)、中跨中及中支點(diǎn)4處,橫隔板設(shè)有孔洞;梁底下緣按二次拋物線變化。

該橋梁主跨段公路路面凈寬度24.6 m,高速公路雙向四車道加應(yīng)急車道,兩側(cè)各預(yù)留兩車道,總計(jì)39.6 m,立交要求為42 m×5.5 m(凈寬×凈高),車流量大,安全風(fēng)險(xiǎn)高。

根據(jù)跨高速公路連續(xù)梁的施工工藝要求及總體安排,連續(xù)梁采用全封閉掛籃施工,掛籃施工安全防護(hù)是本工程的重難點(diǎn)。

2 掛籃施工技術(shù)

2.1 掛籃施工概況

橋梁掛籃施工前,底模平臺(tái)、外側(cè)模及前上橫梁至底模間垂直高度作業(yè)面內(nèi)均采用了封閉防護(hù)處理,確保了施工期間在一個(gè)隔絕、封閉的操作空間范圍內(nèi)操作,掛籃全封閉防護(hù)示意圖見圖1。該項(xiàng)目采用泵送混凝土澆筑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁,根據(jù)施工管理要求和現(xiàn)場施工條件,對(duì)施工防護(hù)和設(shè)施配置進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了專項(xiàng)方案,以及安全防護(hù)設(shè)施穩(wěn)定可靠的要求,同時(shí)遵循了節(jié)約和兼顧的原則。

2.2 掛籃設(shè)計(jì)

本橋掛籃為三角形掛籃,由三角形桁架、提吊系統(tǒng)及走行系統(tǒng)及模板系統(tǒng)(外模、內(nèi)模、底模)四部分組成。

掛籃結(jié)構(gòu)形式、主要性能及特點(diǎn):適應(yīng)最大梁段重:244 t;適用施工節(jié)段長:3 m～4 m;適用梁體寬度7 m、頂板12.6 m;適用梁高:6 m～10 m;掛籃自重:160 t;掛籃由六部分組成:菱形主構(gòu)架、底模平臺(tái)、內(nèi)外模板、懸吊系統(tǒng)、走行系統(tǒng)和錨固系統(tǒng)[4-5]。主桁系由菱形構(gòu)架、平聯(lián)、前橫梁和后錨梁四部分組成,其中菱形構(gòu)架和平聯(lián)采用型鋼,前橫梁和后錨梁采用型鋼組拼[6],掛籃設(shè)計(jì)見表1。

2.3 掛籃施工過程

1)掛籃設(shè)計(jì)、制作和安裝施工準(zhǔn)備:結(jié)合該項(xiàng)目橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工程實(shí)際情況,不斷優(yōu)化掛籃施工設(shè)計(jì)方案,以滿足經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和安全性。例如根據(jù)該橋型特點(diǎn),內(nèi)模通過采用拆卸及整體滑移相結(jié)合的方式,充分體現(xiàn)了施工空間大、重量輕、剛度好的優(yōu)點(diǎn)。

通過加大掛籃制作材料的檢查力度、有效落實(shí)工序驗(yàn)收程序、嚴(yán)控結(jié)構(gòu)焊接的質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了掛籃制作加工的質(zhì)量穩(wěn)定性和施工安全性,具體措施見表2。

表2 掛籃制作安全檢查環(huán)節(jié)與措施

2)掛籃荷載試驗(yàn):掛籃施工前必須通過加載試驗(yàn),檢驗(yàn)掛籃在懸灌及走行過程中的安全性,從而保證施工的安全順利進(jìn)行。加載按掛籃及最大梁段重之和的1.2倍進(jìn)行。掛籃的荷載實(shí)驗(yàn)在掛籃橋面安裝完后進(jìn)行[7]。最大梁段重為1號(hào)塊,質(zhì)量244 t。小里程10號(hào)塊開始跨越路面,大里程13號(hào)塊開始跨越路面,18號(hào)塊中跨合攏跨越結(jié)束。檢驗(yàn)上跨公路工作狀態(tài)傾覆穩(wěn)定、掛籃走行狀態(tài)傾覆穩(wěn)定性,在前6號(hào)塊安全后,后面施工梁段重量顯著變輕,確保了跨線公路的安全,避免造成危害[8]。

3)掛籃防護(hù):為便于操作安全,掛籃防護(hù)一般通過以下措施進(jìn)行:掛籃采用三角形掛籃,減少掛籃作業(yè)高度;采用掛鋼框架密布鋼絲網(wǎng)封閉掛籃底模平臺(tái)、外側(cè)模、掛籃的前端、后端等部位,包圍掛籃整體,使掛籃成為一個(gè)獨(dú)立的與外隔絕的封閉操作空間[9]。

a.防護(hù)尺寸范圍。防護(hù)范圍的幾個(gè)界限:防護(hù)總高度9.1 m,底下前橫梁與掛籃前移1.5 m外,后橫梁與左右后側(cè)方向1.0 m外,梁體與上移高度1 m外。

b.采用5 mm網(wǎng)眼尺寸的鋼絲網(wǎng)封閉防護(hù),避免施工中鋼筋或碎石掉落到橋下造成傷害。

c.采用Φ40精軋螺紋鋼的防護(hù)框架吊桿,底模前后橫梁上懸掛20型槽鋼吊桿,在20型槽鋼上鋪設(shè)16型槽鋼,間距0.6 m;在16型槽鋼上鋪鋼板,厚度3 mm;采用6 mm 鋼板加強(qiáng)梁體平面投影外的區(qū)域,形成一個(gè)平臺(tái);同時(shí)采用無縫隙焊接焊高鋼板50 cm,確保不漏水[10];在平臺(tái)上焊接間距2.0 m、直徑40 mm的立柱鋼管,鋼管用∠40×40角鋼橫向連接成整體。

d.防護(hù)框架吊桿采用Φ40精軋螺紋鋼。

e.加強(qiáng)日常巡檢,安全員負(fù)責(zé)監(jiān)督落實(shí)。每日清理網(wǎng)內(nèi)堆積的雜物,及時(shí)修復(fù)破損的安全網(wǎng);遇有雨天或養(yǎng)護(hù)用水積水時(shí),安置水泵及時(shí)抽干。

f.掛籃防護(hù)詳見圖2—圖4。

4)掛籃走行:掛籃走行軌道是掛籃施工的關(guān)鍵。合理安裝滑梁吊點(diǎn)扣架,采用精軋螺紋鋼和豎向預(yù)埋鋼筋相連。掛籃走行時(shí)速度控制在0.1 mm/min,按實(shí)際情況對(duì)稱進(jìn)行,掛籃走行到位后,錨固掛籃,并調(diào)整平面位置和高程;監(jiān)理旁站監(jiān)督全過程。預(yù)應(yīng)力梁穿束、張拉、壓漿和封錨完畢后,方可拆除后錨;再將所有滑移梁轉(zhuǎn)換到滑動(dòng)狀態(tài),在倒鏈?zhǔn)芰Φ那闆r下,旋緊精軋螺紋鋼的上下螺帽[11]。

5)掛籃滑動(dòng):a.在掛籃滑動(dòng)時(shí),為防止反扣輪從軌道內(nèi)脫出,通過反扣輪將力傳到軌道上,并在反扣輪前后端設(shè)置緊急制動(dòng)裝置。b.掛籃走行到位后,及時(shí)將連接并壓緊后錨扁擔(dān)與預(yù)埋的精軋螺紋鋼,采用Φ40精軋螺紋鋼后錨,數(shù)量大于6根。掛籃走行結(jié)束,方可解除警報(bào)[12]。c.拆除底模保護(hù)須在安裝底模吊帶后,在已成梁段上用精軋螺紋鋼錨固底模后橫梁,底模保護(hù)精軋螺紋鋼轉(zhuǎn)換成工作狀態(tài)。轉(zhuǎn)換滑移梁后吊點(diǎn)到工作狀態(tài),掛籃到位[13]。

3 掛籃走行的安全保證措施

掛籃走行前,掛籃各構(gòu)件及連接處必須嚴(yán)格檢查,檢查走行系統(tǒng)與梁段連接的強(qiáng)度、穩(wěn)定性;采用經(jīng)緯儀,合理控制中線與箱梁軸線偏差;檢查走行軌道的平順性;檢查走行軌道的間距、高差、平面位置[14],確保無安全隱患后開始下道工序。

掛籃走行過程需注意的措施如表3所示。

4 掛籃防傾覆措施

掛籃在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮各種荷載對(duì)掛籃的影響,計(jì)算掛籃構(gòu)件的主應(yīng)力值,進(jìn)行受力與變形分析,通過抗傾覆檢算確保施工安全。掛籃在運(yùn)至施工現(xiàn)場時(shí),必須進(jìn)行掛籃質(zhì)量檢測,對(duì)不合格部件堅(jiān)決不予驗(yàn)收[15]。為保證高速公路整體施工運(yùn)營安全,施工時(shí)按表4做好防止掛籃傾覆措施。

表3 掛籃走行過程安全措施

表4 掛籃防傾覆措施

5 其他施工易造成安全事故的分析和措施

1)高空作業(yè)防護(hù):預(yù)應(yīng)力箱梁施工屬高空作業(yè)項(xiàng)目施工,必須按照高處作業(yè)相關(guān)安全技術(shù)規(guī)范、規(guī)程及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施,安全防護(hù)措施必須可靠有效。

嚴(yán)格設(shè)計(jì)檢算高空作業(yè)的安全設(shè)施,制定專項(xiàng)施工方案并獲批,安全技術(shù)交底在先。特種工應(yīng)持證上崗嚴(yán)格按要求進(jìn)行操作。高空作業(yè)超過2 m以上者必須系安全帶,必要時(shí)設(shè)置防護(hù)網(wǎng)等防落設(shè)施。為確保施工人員、設(shè)備的安全,遇到六級(jí)以上大風(fēng)和雨、雪、霧天,應(yīng)停止高空作業(yè)[16]。

2)安全文明施工設(shè)置:加強(qiáng)安全宣傳教育、設(shè)置有效的警示標(biāo)志,嚴(yán)禁施工人員以任何緣由進(jìn)入高速公路行車區(qū)域。在施工路段前方300 m設(shè)置“前方施工”交通警示標(biāo)志;在跨路掛籃通道前方100 m設(shè)置“減速行使”的警示牌,以方便車輛安全通過。在跨高速公路掛籃下部設(shè)置明顯限速、限高標(biāo)志牌(限高5 m),貼高強(qiáng)反光膜,為保證雨霧天及夜間的正常通行,掛籃上設(shè)置閃爍燈光及霧燈。

3)施工中小物件的掉落防護(hù):在掛籃施工常有小物件掉落,如螺帽、鐵絲、鐵釘、鋼筋頭、小工具、小木頭等,這些物件通過超出掛籃范圍的全封閉操作平臺(tái)完全可以將其收到操作平臺(tái)以內(nèi),周邊高出梁面的5 mm的鐵絲網(wǎng)可以阻擋小物件,不至于飛出掛籃之外。施工人員要做到“活完、料凈、腳下清”,養(yǎng)成良好的習(xí)慣,不涉及施工的、暫時(shí)沒用的工具、雜物一律清理出全封閉掛籃。每天檢查鐵絲網(wǎng)是否有破損,如有破損及時(shí)更換或修補(bǔ)。

4)混凝土梁端鑿毛處理:混凝土強(qiáng)度在達(dá)到2.5 MPa時(shí)人工鑿毛,強(qiáng)度為10 MPa時(shí)采用電錘鑿毛。鑿毛之前在全封閉掛籃內(nèi)需要鑿毛的范圍采用厚彩條布封閉,防止小于5 mm的混凝土碎屑或者大量粉塵飄落路面。鑿毛完畢,及時(shí)清理封閉掛籃內(nèi)的混凝土碎渣,收集袋裝后,吊至梁面運(yùn)送到指定地點(diǎn)廢棄。

5)橋梁橫向張拉:橋梁縱向張拉作業(yè)時(shí),必須在全封閉掛籃內(nèi)施工。

6)意外出現(xiàn)斷絲滑絲:張拉時(shí)千斤頂后安裝擋板,擋板可以采用竹膠板,懸掛于封閉鐵絲網(wǎng)內(nèi)側(cè),同時(shí)安裝防護(hù)網(wǎng),防止夾片或鋼絞線斷絲飛出。

7)千斤頂墜落:張拉千斤頂?shù)囊苿?dòng)采用懸掛倒鏈上下移動(dòng),并采用鋼絲繩與掛籃主構(gòu)架連接。

此外,對(duì)于高速公路特大橋連續(xù)梁橋掛籃施工的全過程要采用最新信息技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,一方面通過采集準(zhǔn)確、科學(xué)、真實(shí)的數(shù)據(jù)信息來服務(wù)掛籃施工,用數(shù)據(jù)說話,減少施工偏差;另一方面還能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工安全隱患,提高施工人員的安全意識(shí),減少事故發(fā)生率,有效保障工程施工質(zhì)量和施工安全。

該高速公路特大橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工,結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況,采取懸臂掛籃施工工藝,通過掛籃施工前的加工、安裝、試載等精心設(shè)計(jì),掛籃行走、滑動(dòng)施工過程中的安全保障設(shè)置,為后續(xù)梁體混凝土澆筑以及合攏段施工等打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),確保了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的施工質(zhì)量和安全穩(wěn)定性。