45 m T梁跨线架设安全风险及防护技术分析

李亮宾，胡富平，申铁军，李逢源

(山西路桥建设集团有限公司，山西 太原 030006)

0 引 言

本项目为45 m预应力混凝土T梁跨线桥上跨晋城至长治高速公路，采用分离式交叉架设，T梁跨线桥T梁共5片，单独预制，简支安装。45 m T梁单片混凝土为66.75 m3，自重173.55 t。根据该桥桥型方案和总体施工规划，结合自有设备状况，经反复比选，桥梁上部T梁架设采用公路架桥机架梁的施工方案。其中对上跨晋城至长治高速公路全部安排在白天车流密度较小时架设，其安全防护措施结合考虑对晋城至长治高速公路公路的影响降低到最小并确保高速行车安全确定的。

1 跨线桥架设安全风险分析

1.1 两侧边坡开挖施工安全风险

上跨晋城至长治高速公路施工时需进行边坡开挖施工，桥梁的桥墩位于高速公路两侧一级边坡上，高速公路在桥址处为挖方路堑，按设计桥梁施工时需对高速公路两侧边坡进行开挖，地面线至开挖线约为7 m。本项就其发生概率来讲比较小，但损失程度比较大，对公路影响较大。

1.2 防护棚架基础施工安全风险

防护棚架基础地基处治是否合理，地基承载力是否满足设计要求，本项就其发生概率来讲比较小，但损失程度比较大，对公路影响较大。

1.3 防护棚架搭设施工安全风险

防护棚架为T梁架设和桥梁施工最关键的步骤。防护棚架设置位置、本身结构安全、防护棚架顶排水设计以及防护棚架长时期存在。防护棚架搭设以及拆除过程中施工工序以及对另半幅的正常行车的影响，应做好充足的准备和完善的交通导改措施，否则会导致高速交通堵塞，严重情况下对高速公路上的行车将会造成安全隐患。本项就其发生概率来讲比较低，但损失程度较高，对高速公路的安全有一定的影响。

1.4 架桥机自身安全性能

架桥机应是一种结构安全、性能优良、运行工作范围广、操作方便的钢结构轨道式预制梁吊装架设设备。

2 防护技术分析

2.1 边坡开挖防护

边坡开挖时为防止坡面滑落物落入高速公路路基范围内影响高速公路行车安全，特设置边坡开挖防护墙，防护墙的基础设置在高速公路碎落台部位。防护墙高度为500 cm，防护墙用3 mm厚钢板组成，钢板固定在Φ400 mm×5 mm钢管柱上，柱间距为450 cm，两端为，为增加钢板的刚度，在其背面纵横向设置了加劲肋。钢柱固定在混凝土条形基础上，钢柱下的条形基础局部加设了50 cm×50 cm锚固墩，条形基础位于高速公路碎落台上，内侧形状随高速公路边坡形式，为增加基础稳定性，在每根钢柱左右侧加设风缆绳(规格为26 mm)。

(1)防护墙设置的目的

为防止开挖高速公路边坡时零星土块掉入到高速公路路面上来，设置防护墙，水平向受力主要是风力，竖向力就是钢柱及钢板的自重，考虑到桥梁施工期间为夏秋季节，因此考虑风力时，取50年一遇作为计算风力的标准，取受水平力最大的钢柱进行计算，受水平力最大的钢柱为紧邻最边上的那一根钢柱，其承担的顺高速公路方向钢板的迎风面积宽度为4.5 m，根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2014)计算，见表1。

表1 防护墙水平向受风力计算表

(2)防护墙抗倾覆稳定性计算

防护墙受水平力为50年一遇风力，防护墙自重及风缆绳拉力，在这三个力作用下检算防护墙的倾覆稳定性。由上述表格计算可知，防护墙所受50年一遇最大风力为F=32.0 kN，结构的自重(包括条形基础、锚固墩、钢柱及钢板的重量)为G=48.2 kN，26 mm钢丝绳在考虑的安全系数下所能提供的拉力为L=48.6 kN。抗倾覆计算受力图式为

倾覆弯矩Mq=32×3.0=96 kN·m

抗倾覆弯矩Mk=48.2×0.25+48.6×cos45°×4=149.5 kN·m

抗倾覆稳定系数K=Mk/Mq=1.6>1.2

防护墙的抗倾覆满足要求。

(3)防护墙抗滑稳定性计算

由前面计算可知，滑动力就是五十年一遇风力Fh=32 kN，抗滑动的力有基础跟地面的摩擦力、风缆绳的拉力，Fk=0.25×48.2+48.6×cos45°=46.4 kN。

抗滑稳定系数Kc=Fk/Fh=1.5>1.2。故防护墙的抗滑满足要求。

(4)防护墙基底承载力计算

基底以上竖向力为结构的自重、两侧风缆绳的竖向分力合计为

N=48.2+2×48.6×cos45°=116.9 kN，基底面积S=4.75×0.5=2.375 m2。

基底应力ó=N /S=49.2 kPa。两侧边坡为黄土，黄土的承载力在120 kPa以上，故基底承载力满足要求。

由以上计算可知，防护墙的抗倾覆稳定性、抗滑稳定性与基底承载力均满足要求，该防护墙能满足施工开挖对晋城至长治高速公路防护的要求。

2.2 防护棚架基础安全防护

在进行焊接和桥面施工前，为了有效防止高空落物对晋城至长治高速公路交通造成的影响，在交叉处T梁下方沿着晋城至长治高速公路分左右幅各设置一道防护棚架。防护棚架支架基础为条形基础形式。条形基础采用C30混凝土，基础底配置Φ16钢筋网片，网格间距@150 mm。条形基础上部采用法兰盘与φ400 mm×5 mm无缝钢管柱连接。

(1)A0条形基础长22.0 m，宽1.0 m，高1.0 m，设置在高速水稳层上，先剔除高速沥青混凝土面层，再植入Φ20地锚钢筋，长度80 cm，植入深度40 cm，间距@1 000 mm。

(2)A1条形基础长22.0 m，宽1.0 m，高1.0 m，设置在长24.0 m、高1.0 m宽2 m的C20扩大基础上。

(3)A2条形基础长22.0 m，宽1.0 m，高1.0 m，设置在高速水稳层上，先剔除高速沥青混凝土面层，再植入Φ20地锚钢筋，长度80 cm，植入深度40 cm，间距@1 000 mm。

(4)A3条形基础长22.0 m，宽1.0 m，高1.0 m，设置在高速水稳层上，先剔除高速沥青混凝土面层，再植入Φ20地锚钢筋，长度80 cm，植入深度40 cm，间距@1 000 mm。

2.3 防护棚架架体安全防护

(1)防护棚净高5.5 m，长22 m，即在桥宽12 m外各伸出5.0 m；防护棚采用直径400 mm×5 mm钢管来搭设两侧支撑，间距3 m，并用100 mm×100 mm×8 mm的等边角钢作为斜撑连接固定。

(2)立柱顶部顺高速路方向铺设两根I45b工字钢，其上横高速路方向间隔300 cm铺设一根I45b工字钢做横梁，横梁上顺高速公路方向间隔90 cm铺设一根I20b工字钢，工字钢上满铺15 mm厚胶木板，胶木板上铺设3 mm厚薄铁皮。搭设支撑时在防护棚顶面设置向晋城至长治高速公路外侧倾斜的坡度，以便集中向外侧排水，在汇水处设置积水管道，将棚顶积水引流至高速外边沟或急流槽中。

(3)为确保晋城至长治高速公路安全，在防护棚两端设置防抛网，防抛网采用3 m高密目钢丝网，用φ48钢管作为横竖肋，钢管底部与顺晋城至长治高速公路方向I45b工字钢连接牢固。

(4)根据风险发生的概率及可能存在的风险源，防护棚架要考虑的安全风险因素主要有以下几种：防护棚架的本身安全问题；防护棚架对高速公路视距和限高的影响；防护棚架是否设有防抛措施；防护棚架架设和拆除阶段的安保措施和保障机动车辆通行的安全措施；防护棚架对高速公路净空的影响，本项目跨线桥上跨晋城至长治高速公路，交叉角度为90°，采用分离式立体交叉，梁底距公路路面最小净空高度为6.0 m，停车视距满足《公路工程技术标准》和《公路路线设计规范》中设计速度为80 km/h时停车视距为160 m的要求。防护棚架设置方案合理。

2.4 架桥机自身安全防护

本项目架桥机采用LBQJ200/60型双轨导梁式结构，该机设计合理，具有组装方便、刚度大、稳定性能好等优点，主要特点是：采用免预制梁配重、前导梁伸缩辅助过孔。既可以增加前内导梁，又可以预制梁配重平衡过孔，该架桥机是一种结构安全、性能优良、运行工作范围广、操作方便的钢结构轨道式预制梁吊装架设设备，能够实现小半径弯桥、满足大坡度、隧道口桥梁以及斜桥架设的要求。适应于各种公路桥梁的架设，其配套的柴油机运梁平车具有安全性能好、运输速度快、受场地的限制比较少的特点，是运输、架设预制梁最佳配套设备。完全可以满足跨度60 m内(起重量200T)各种大型预制梁的架设。

(1)架桥机由液压系统、电器系统、主导梁架、行走系统、纵向轨道、联系横梁、横向轨道、起重天车等八部分组成。

(2)DF50/200Ⅲ型轮轨式双导梁三角桁架架桥机技术参数，见表2。

表2 LBQJ200/60型双轨导梁式架桥机技术参数表

3 总体安全评估

45 m T梁跨线桥上跨晋城至长治高速公路，设置方案合理，防护棚架已对晋城至长治高速公路公路车辆正常通行的影响已降到最小。为施工防护安全措施，应满足《公路工程施工安全技术规范》(JTG F90-2015)、《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81-2017)和《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81-2017)中有关规定，即能保证施工正常进行，又能满足高速公路运营的安全防护要求。

4 结束语

通过安全风险分析，K15+381晋城至长治高速公路跨线桥上跨G55晋城至长治高速公路公路施工期风险等级属Ⅰ、Ⅱ级低中度可接受，对晋城至长治高速公路公路的运营安全不构成严重影响。运营阶段风险等级属Ⅰ、Ⅱ级低中度可接受，风险可控。制定科学、成熟、有效的防护措施，充分考虑桥梁施工对周边环境的影响，最大限度地降低工程施工对高速公路运行秩序、运营安全带来的不利影响。施工过程中应对防护防护棚架进行动态监测，确保施工安全。