葉 鑫，劉 淵，邱業(yè)亮

(1.中交二航局建筑科技有限公司，武漢 430040；2.海工結(jié)構(gòu)新材料及維護(hù)加固技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430040；3.汕頭市礐石大橋有限公司，汕頭 515000)

斜拉橋橋塔常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其受力復(fù)雜，所處環(huán)境惡劣，常年經(jīng)受風(fēng)吹、日曬和雨淋，加快了混凝土的劣化和鋼筋的銹蝕速度，嚴(yán)重影響了橋塔結(jié)構(gòu)的耐久性和美觀[1]。由于此類橋梁一般交通流量較大，進(jìn)行防腐涂裝修復(fù)不可避免地需要邊通車邊施工，而高空作業(yè)會(huì)對(duì)下方通行的車輛帶來巨大的安全隱患，因此需要進(jìn)行防護(hù)棚的搭設(shè)，以避免安全事故的發(fā)生。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

礐石大橋主橋?yàn)殡p塔雙索面斜拉橋?？鐝浇M合為2×47+100+518+100+2×47=906 m。斜拉橋主梁在主跨和100 m邊跨采用鋼箱梁，在兩邊各兩孔47 m跨范圍內(nèi)采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，主梁為“混合型”結(jié)構(gòu)。斜拉橋塔為鋼筋混凝土鉆石形結(jié)構(gòu)，塔身全高為142.5 m，底部為高樁承合結(jié)構(gòu)16根2.5 m鉆孔灌注柱基礎(chǔ)。主橋沿主塔兩側(cè)各有20對(duì)斜拉索、索面略向內(nèi)側(cè)，最大通航凈高為38 m。橫截面按雙向六車道布置，全寬為30.35 m。

1.2 防護(hù)棚概況

于橋面以上5.5 m處以鋼管柱、321貝雷片、雙拼工字鋼搭設(shè)一個(gè)安全防護(hù)棚，防護(hù)范圍為30.5 m×21 m。結(jié)構(gòu)形式如下：

1)基礎(chǔ)

采用C30混凝土條形基礎(chǔ)，設(shè)置于防撞護(hù)欄外側(cè)，基礎(chǔ)頂面預(yù)埋1 cm厚鋼板；塔柱兩側(cè)基礎(chǔ)之間縱向進(jìn)行連接固定。

2)立柱

立柱采用φ426×6 mm鋼管柱，底部與基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板焊接固定，并采用加筋板進(jìn)行加強(qiáng)，立柱內(nèi)側(cè)與防撞護(hù)欄固定，外側(cè)斜撐與人行道護(hù)欄立柱底部焊接固定。

3)縱向主梁

縱向主分配梁采用雙拼工25型鋼嵌入鋼管立柱里面，并通過連接板進(jìn)行焊接固定。

4)橫向主梁

采用321標(biāo)準(zhǔn)貝雷梁。貝雷梁搭在縱向主梁上，并通過U型扣進(jìn)行固定；每榀貝雷梁之間在跨中處用[10型鋼縱向連接。

5)小縱梁

采用12 m工12型鋼均布在貝雷梁上，間距為75 cm，通過M20螺栓及鋼板固定在貝雷梁上；其中跨主塔中橫梁部分采用6 m的工12型鋼對(duì)接焊，形成12 m工字鋼，并在兩側(cè)腹板處焊接連接板。

6)施工平臺(tái)

平臺(tái)中間部分鋪花紋鋼板，兩側(cè)鋪鋼板網(wǎng)[2]。安全護(hù)欄采用φ48腳手管，壁厚3.5 mm，間距2 m，滿掛安全防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)高1.2 m。

防護(hù)棚立面布置圖如圖1所示。

2 防護(hù)棚設(shè)計(jì)

2.1 防護(hù)棚設(shè)計(jì)

為保證主塔涂裝及塔字施工的安全，在主塔正下方搭設(shè)防護(hù)棚架[3]。根據(jù)《高處作業(yè)分級(jí)》(GB3608—2008)，H>30 m的可能墜落范圍半徑為6 m，最小防護(hù)長度為：6 m(可能墜落范圍半徑)+0.75(吊籃寬度)+7.5(主塔寬度)+0.75(吊籃寬度)+6 m(可能墜落范圍半徑)=21 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，由于燈柱及原橋面STC混凝土的影響，塔側(cè)三根立柱的間距布置為5.4 m+3.6 m。防護(hù)棚架總長11+8.5+11=30.5 m。

2.2 荷載取值

1)防護(hù)棚自重：防護(hù)棚的主要材料為鋼材，7.85×103 kg/m3；

2)花紋鋼板：厚度3 mm，按24 kg/m2計(jì)算；

3)施工人員荷載：q1=0.15 kN/m2；

4)塔字荷載：塔字采用集中荷載，分布在中間2根縱梁上，單元荷載為0.54 kN/m；

5)其他材料堆載：除吊籃外，其他機(jī)械設(shè)備禁止放置在防護(hù)棚架上，靠近主塔的兩榀貝雷梁之間材料設(shè)備重量不超過2 t，均布荷載為：q2=0.2 kN/m2；

6)風(fēng)荷載:參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2012);

7)偶然荷載：高空墜物

高空墜物集中力按10 kg考慮，墜落高度為132 m，取作用到棚架上的集中力q5=2.54 kN/m2；作用于塔柱兩側(cè)跨中3 m×5 m的花紋鋼板上。

2.3 荷載組合

1)結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算工況：1.2棚架自重+1.2花紋鋼板恒載+1.4塔字荷載+1.4施工人員荷載+1.4材料堆載+1.4高空墜物荷載。

2)橫向抗風(fēng)穩(wěn)定性分析：靜陣風(fēng)荷載參照《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》。

2.4 受力驗(yàn)算

1)支點(diǎn)反力

荷載組合工況下，支點(diǎn)反力如圖2所示。其中，最大支反力為靠近塔柱的立柱，其值為104.7 kN。

2)應(yīng)力

立柱、縱向主梁、橫向主梁和小縱梁在組合工況下的應(yīng)力見表1，可以看出，計(jì)算應(yīng)力均滿足要求。

表1 組合工況防護(hù)棚各構(gòu)件應(yīng)力

3)剛度驗(yàn)算

結(jié)構(gòu)豎直方向的最大位移為貝雷梁跨中位置，為6.8 mm

4)屈曲穩(wěn)定性

(1)整體穩(wěn)定性分析

一階屈曲模態(tài)的荷載安全系數(shù)為19.4>4,屈曲穩(wěn)定性滿足要求。

(2)立柱壓桿穩(wěn)定性分析

采用一端固定，另一端自由。根據(jù)歐拉公式，細(xì)長壓桿的臨界力為3 186 kN，棚架立柱最大壓力為104.6 kN，遠(yuǎn)小于φ426×6 mm鋼管立柱壓桿的臨界力，壓桿穩(wěn)定性滿足要求。

5)側(cè)向抗風(fēng)穩(wěn)定性

上部結(jié)構(gòu)自重作用下的彎矩MG為10 464 kN·m，風(fēng)荷載作用下的彎矩MF為413.82 kN·m，MG/MF=25.3≥2.5，結(jié)構(gòu)抗風(fēng)穩(wěn)定性滿足要求。

6)高空墜物花紋鋼板局部受力分析

由于縱向工字鋼布置間距為75 cm，花紋鋼板為單向受力板[4]，取1 m進(jìn)行分析，在高空墜物2.5 kN/m2的荷載及自重荷載作用下，花紋鋼板的最大應(yīng)力為1.9 MPa，變形量非常小,滿足規(guī)范要求。

3 防護(hù)棚施工

3.1 施工準(zhǔn)備

1)技術(shù)準(zhǔn)備

(1)對(duì)主塔現(xiàn)場(chǎng)的條件及其相關(guān)資料進(jìn)行調(diào)查。

(2)進(jìn)行防護(hù)棚架設(shè)計(jì)方案交底，并組織進(jìn)行技術(shù)及安全交底。

2)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

(1)制定相關(guān)的交通管制措施，劃定警戒區(qū)和確定施工時(shí)間。

(2)安裝吊裝過程中注意安全防護(hù)，防止吊裝過程中出現(xiàn)安全事故；安裝過程中設(shè)立吊裝警戒區(qū)，禁止非安裝施工和管理人員以外的所有人員進(jìn)入。

(3)配備施工用電、用水的條件及消防器材。

3.2 防護(hù)棚安裝

1)鋼管立柱及混凝土預(yù)制塊安裝。混凝土條形基礎(chǔ)設(shè)置在材料加工場(chǎng)地預(yù)制，施工時(shí)不影響交通行車。在加工場(chǎng)地制作2 m×0.7 m×0.5 m以及1 m×0.7 m×0.5 m的C30混凝土預(yù)制件共計(jì)32個(gè)。預(yù)制件中預(yù)埋4根鋼筋和一塊0.6 m×0.6 m的鋼板。鋼管立柱的制作，按照設(shè)計(jì)圖紙將耳板焊接在立柱圓管上。將提前加工好的立柱運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，采用隨車吊將其焊接在C30混凝土預(yù)制塊上，采用二級(jí)角焊縫，焊腳尺寸為6 mm，立柱與預(yù)埋鋼板通過1 cm厚加筋板加強(qiáng)。立柱安裝需保證其垂直度；立柱安裝好后，及時(shí)與主橋防撞護(hù)欄及外側(cè)人行道護(hù)欄立柱焊接固定，防止其傾倒。

2)在鋼管立柱頂部架設(shè)分配梁。將雙拼工25縱向主分配梁采用隨車吊吊裝安裝，雙拼工字鋼嵌入立柱鋼管內(nèi)，并進(jìn)行焊接固定。

3)架設(shè)貝雷梁、布設(shè)小分配梁及菱形花紋鋼板；采用全幅間斷封閉交通，進(jìn)行施工。綜合考慮棚架橫梁受力(盡可能使橫梁正負(fù)彎矩接近)、鋼絲繩受力及鋼絲繩等因素，吊點(diǎn)設(shè)在距離橫梁跨中1/3處。每片橫梁設(shè)4個(gè)吊點(diǎn)吊裝。

3.3 防護(hù)棚拆除

在主塔涂裝及中橫梁塔字安裝完成后，即進(jìn)行拆除施工。防護(hù)棚的拆除施工，原則上是從塔設(shè)標(biāo)高位置向下進(jìn)行。拆除前，施工班組應(yīng)對(duì)防護(hù)棚進(jìn)行全面檢查，確定無嚴(yán)重變形的情況后，方可進(jìn)行拆除施工，如遇到強(qiáng)風(fēng)、雨雪等特殊氣候，不得進(jìn)行防護(hù)棚架的拆除施工。實(shí)施拆除作業(yè)班組進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后，先進(jìn)行檢查加固松動(dòng)部位，清除棚頂垃圾及各種物體，清理時(shí)現(xiàn)場(chǎng)有專人看護(hù)，防止掉物傷人[5]。其構(gòu)件吊裝拆除時(shí)的吊點(diǎn)及吊幅半徑布置與安裝吊點(diǎn)布置一致。

拆除注意事項(xiàng)：

1)拆除作業(yè)按照防護(hù)棚安裝的反順序進(jìn)行。

2)在棚體的拆除過程中，絕不允許分立面拆除或上下兩步同時(shí)拆除。

3)拆除時(shí)要一步一清。所有桿件、扣件在拆除前分離，不允許桿件上附著扣件。

4)所有花紋鋼板，應(yīng)自外向里豎立搬運(yùn)，防止自里向外翻起后，面上垃圾物件直接從高處墜落傷人。

4 結(jié) 論

a.防護(hù)棚受力驗(yàn)算結(jié)果表明，防護(hù)棚架的設(shè)計(jì)是安全可靠的，其支反力、應(yīng)力、剛度和穩(wěn)定性均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

b.主塔防腐施工時(shí)，防護(hù)棚可以有效攔截高空墜物，避免安全事故的發(fā)生，本項(xiàng)目的順利實(shí)施為今后類似的工程項(xiàng)目提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，具有積極的實(shí)踐意義。

c.防護(hù)棚安裝完后不影響橋面正常通行，防護(hù)效果非?？煽?，外形也比較美觀，防護(hù)棚所有構(gòu)件均可在后場(chǎng)加工成型，不占用橋面場(chǎng)地，現(xiàn)場(chǎng)吊裝，施工速度快，周期短，安全便捷。

d.隨著我國公路建設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展階段，大跨徑的斜拉橋和懸索橋越來越多，可以展望，在纜索結(jié)構(gòu)的管養(yǎng)和更換中，防護(hù)棚也將有著舉足輕重的作用。