预应力混凝土桥梁挂篮施工安全技术应用研究★

唐春刚，徐 伟

(1.江苏联合职业技术学院无锡交通分院,江苏 无锡 214151; 2.中铁十二局集团第三工程有限公司,山西 太原 030024)

现代桥梁工程中,挂篮悬浇施工技术因其自身便利性、灵活性、可控性等优点,在预应力混凝土连续梁桥施工中被广泛应用。挂篮悬浇施工技术可有效处理桥梁施工缺陷,创设稳定、安全的施工环境,施工效果良好,保障了桥梁施工质量,其技术应用价值得到了较好的体现,为推动桥梁事业持续发展发挥了重要的作用[1-2]。

预应力混凝土桥梁挂篮施工相对来说施工复杂技术含量高,是施工单位施工过程中的关键环节。随着施工技术日益完善,施工管理经验越来越丰富,施工安全与质量的重要性越来越突出。对此,施工单位要充分考虑工程项目实际情况,以技术规范为指导,研究挂篮施工过程的安全可靠性,形成合理的施工组织计划和方案,做好各环节施工作业,以严谨周密的安全防护保障措施为挂篮施工保驾护航[3]。

1 工程背景

某高速公路特大桥连续梁采用72 m+120 m+72 m预应力混凝土连续箱梁。梁体按照单箱单室、变高度、变截面结构设计,箱梁顶宽设为12.6 m,箱梁底宽设为7 m。顶板厚度除梁端附近外均为50 cm,底板厚度52 cm～120 cm,按直线线性变化,腹板厚60 cm～85 cm,105 cm,按折线变化。桥梁横隔板设在端支点、中跨中及中支点4处,横隔板设有孔洞;梁底下缘按二次抛物线变化。

该桥梁主跨段公路路面净宽度24.6 m,高速公路双向四车道加应急车道,两侧各预留两车道,总计39.6 m,立交要求为42 m×5.5 m(净宽×净高),车流量大,安全风险高。

根据跨高速公路连续梁的施工工艺要求及总体安排,连续梁采用全封闭挂篮施工,挂篮施工安全防护是本工程的重难点。

2 挂篮施工技术

2.1 挂篮施工概况

桥梁挂篮施工前,底模平台、外侧模及前上横梁至底模间垂直高度作业面内均采用了封闭防护处理,确保了施工期间在一个隔绝、封闭的操作空间范围内操作,挂篮全封闭防护示意图见图1。该项目采用泵送混凝土浇筑预应力连续梁,根据施工管理要求和现场施工条件,对施工防护和设施配置进行了研究,设计了专项方案,以及安全防护设施稳定可靠的要求,同时遵循了节约和兼顾的原则。

2.2 挂篮设计

本桥挂篮为三角形挂篮,由三角形桁架、提吊系统及走行系统及模板系统(外模、内模、底模)四部分组成。

挂篮结构形式、主要性能及特点:适应最大梁段重:244 t;适用施工节段长:3 m～4 m;适用梁体宽度7 m、顶板12.6 m;适用梁高:6 m～10 m;挂篮自重:160 t;挂篮由六部分组成:菱形主构架、底模平台、内外模板、悬吊系统、走行系统和锚固系统[4-5]。主桁系由菱形构架、平联、前横梁和后锚梁四部分组成,其中菱形构架和平联采用型钢,前横梁和后锚梁采用型钢组拼[6],挂篮设计见表1。

2.3 挂篮施工过程

1)挂篮设计、制作和安装施工准备:结合该项目桥梁结构特点和工程实际情况,不断优化挂篮施工设计方案,以满足经济性、实用性和安全性。例如根据该桥型特点,内模通过采用拆卸及整体滑移相结合的方式,充分体现了施工空间大、重量轻、刚度好的优点。

通过加大挂篮制作材料的检查力度、有效落实工序验收程序、严控结构焊接的质量,实现了挂篮制作加工的质量稳定性和施工安全性,具体措施见表2。

表2 挂篮制作安全检查环节与措施

2)挂篮荷载试验:挂篮施工前必须通过加载试验,检验挂篮在悬灌及走行过程中的安全性,从而保证施工的安全顺利进行。加载按挂篮及最大梁段重之和的1.2倍进行。挂篮的荷载实验在挂篮桥面安装完后进行[7]。最大梁段重为1号块,质量244 t。小里程10号块开始跨越路面,大里程13号块开始跨越路面,18号块中跨合拢跨越结束。检验上跨公路工作状态倾覆稳定、挂篮走行状态倾覆稳定性,在前6号块安全后,后面施工梁段重量显著变轻,确保了跨线公路的安全,避免造成危害[8]。

3)挂篮防护:为便于操作安全,挂篮防护一般通过以下措施进行:挂篮采用三角形挂篮,减少挂篮作业高度;采用挂钢框架密布钢丝网封闭挂篮底模平台、外侧模、挂篮的前端、后端等部位,包围挂篮整体,使挂篮成为一个独立的与外隔绝的封闭操作空间[9]。

a.防护尺寸范围。防护范围的几个界限:防护总高度9.1 m,底下前横梁与挂篮前移1.5 m外,后横梁与左右后侧方向1.0 m外,梁体与上移高度1 m外。

b.采用5 mm网眼尺寸的钢丝网封闭防护,避免施工中钢筋或碎石掉落到桥下造成伤害。

c.采用Φ40精轧螺纹钢的防护框架吊杆,底模前后横梁上悬挂20型槽钢吊杆,在20型槽钢上铺设16型槽钢,间距0.6 m;在16型槽钢上铺钢板,厚度3 mm;采用6 mm 钢板加强梁体平面投影外的区域,形成一个平台;同时采用无缝隙焊接焊高钢板50 cm,确保不漏水[10];在平台上焊接间距2.0 m、直径40 mm的立柱钢管,钢管用∠40×40角钢横向连接成整体。

d.防护框架吊杆采用Φ40精轧螺纹钢。

e.加强日常巡检,安全员负责监督落实。每日清理网内堆积的杂物,及时修复破损的安全网;遇有雨天或养护用水积水时,安置水泵及时抽干。

f.挂篮防护详见图2—图4。

4)挂篮走行:挂篮走行轨道是挂篮施工的关键。合理安装滑梁吊点扣架,采用精轧螺纹钢和竖向预埋钢筋相连。挂篮走行时速度控制在0.1 mm/min,按实际情况对称进行,挂篮走行到位后,锚固挂篮,并调整平面位置和高程;监理旁站监督全过程。预应力梁穿束、张拉、压浆和封锚完毕后,方可拆除后锚;再将所有滑移梁转换到滑动状态,在倒链受力的情况下,旋紧精轧螺纹钢的上下螺帽[11]。

5)挂篮滑动:a.在挂篮滑动时,为防止反扣轮从轨道内脱出,通过反扣轮将力传到轨道上,并在反扣轮前后端设置紧急制动装置。b.挂篮走行到位后,及时将连接并压紧后锚扁担与预埋的精轧螺纹钢,采用Φ40精轧螺纹钢后锚,数量大于6根。挂篮走行结束,方可解除警报[12]。c.拆除底模保护须在安装底模吊带后,在已成梁段上用精轧螺纹钢锚固底模后横梁,底模保护精轧螺纹钢转换成工作状态。转换滑移梁后吊点到工作状态,挂篮到位[13]。

3 挂篮走行的安全保证措施

挂篮走行前,挂篮各构件及连接处必须严格检查,检查走行系统与梁段连接的强度、稳定性;采用经纬仪,合理控制中线与箱梁轴线偏差;检查走行轨道的平顺性;检查走行轨道的间距、高差、平面位置[14],确保无安全隐患后开始下道工序。

挂篮走行过程需注意的措施如表3所示。

4 挂篮防倾覆措施

挂篮在设计时应考虑各种荷载对挂篮的影响,计算挂篮构件的主应力值,进行受力与变形分析,通过抗倾覆检算确保施工安全。挂篮在运至施工现场时,必须进行挂篮质量检测,对不合格部件坚决不予验收[15]。为保证高速公路整体施工运营安全,施工时按表4做好防止挂篮倾覆措施。

表3 挂篮走行过程安全措施

表4 挂篮防倾覆措施

5 其他施工易造成安全事故的分析和措施

1)高空作业防护:预应力箱梁施工属高空作业项目施工,必须按照高处作业相关安全技术规范、规程及分级标准来实施,安全防护措施必须可靠有效。

严格设计检算高空作业的安全设施,制定专项施工方案并获批,安全技术交底在先。特种工应持证上岗严格按要求进行操作。高空作业超过2 m以上者必须系安全带,必要时设置防护网等防落设施。为确保施工人员、设备的安全,遇到六级以上大风和雨、雪、雾天,应停止高空作业[16]。

2)安全文明施工设置:加强安全宣传教育、设置有效的警示标志,严禁施工人员以任何缘由进入高速公路行车区域。在施工路段前方300 m设置“前方施工”交通警示标志;在跨路挂篮通道前方100 m设置“减速行使”的警示牌,以方便车辆安全通过。在跨高速公路挂篮下部设置明显限速、限高标志牌(限高5 m),贴高强反光膜,为保证雨雾天及夜间的正常通行,挂篮上设置闪烁灯光及雾灯。

3)施工中小物件的掉落防护:在挂篮施工常有小物件掉落,如螺帽、铁丝、铁钉、钢筋头、小工具、小木头等,这些物件通过超出挂篮范围的全封闭操作平台完全可以将其收到操作平台以内,周边高出梁面的5 mm的铁丝网可以阻挡小物件,不至于飞出挂篮之外。施工人员要做到“活完、料净、脚下清”,养成良好的习惯,不涉及施工的、暂时没用的工具、杂物一律清理出全封闭挂篮。每天检查铁丝网是否有破损,如有破损及时更换或修补。

4)混凝土梁端凿毛处理:混凝土强度在达到2.5 MPa时人工凿毛,强度为10 MPa时采用电锤凿毛。凿毛之前在全封闭挂篮内需要凿毛的范围采用厚彩条布封闭,防止小于5 mm的混凝土碎屑或者大量粉尘飘落路面。凿毛完毕,及时清理封闭挂篮内的混凝土碎渣,收集袋装后,吊至梁面运送到指定地点废弃。

5)桥梁横向张拉:桥梁纵向张拉作业时,必须在全封闭挂篮内施工。

6)意外出现断丝滑丝:张拉时千斤顶后安装挡板,挡板可以采用竹胶板,悬挂于封闭铁丝网内侧,同时安装防护网,防止夹片或钢绞线断丝飞出。

7)千斤顶坠落:张拉千斤顶的移动采用悬挂倒链上下移动,并采用钢丝绳与挂篮主构架连接。

此外,对于高速公路特大桥连续梁桥挂篮施工的全过程要采用最新信息技术进行实时监控,一方面通过采集准确、科学、真实的数据信息来服务挂篮施工,用数据说话,减少施工偏差;另一方面还能够及时发现施工安全隐患,提高施工人员的安全意识,减少事故发生率,有效保障工程施工质量和施工安全。

该高速公路特大桥预应力混凝土连续箱梁施工,结合工程项目的实际情况,采取悬臂挂篮施工工艺,通过挂篮施工前的加工、安装、试载等精心设计,挂篮行走、滑动施工过程中的安全保障设置,为后续梁体混凝土浇筑以及合拢段施工等打下了坚实的基础,确保了预应力混凝土连续梁桥的施工质量和安全稳定性。