跨高速公路掛籃施工的工藝及安全防護措施探討

金大智,魯成銘,盧 楠

(1.天門市公路養護中心,湖北省天門市鐘惺大道54號 431700;2.天門市交通工程公司,湖北省天門市竟陵辦事處學院路99-2號 431700;3.河北水利電力學院 交通工程系,河北省滄州市黃河西路49號 061001)

1 工程概況

項目路線與許廣高速交叉,交角為93°,擬在上跨許廣高速處設置(42+70+42)m混凝土變截面連續箱梁,其中70m主跨上跨許廣高速,凈空大于5.5m。箱梁采用單箱單室斷面,箱梁頂板寬12.5m,底板寬6.5m。墩頂處箱梁梁高為4.2m,跨中以及現澆梁段梁高均為2m,箱梁高度按1.8次拋物線變化;箱梁頂板厚為28cm;箱梁底板根部厚為120cm,跨中厚為30cm,箱梁底板厚也按1.8次拋物線變化;腹板厚度50～70cm。

項目的施工重點是上跨許廣高速處懸澆梁掛籃施工及其安全防護。施工方法為主梁采用掛籃施工,0#塊和邊跨現澆段支架均采用落地支架進行施工。掛籃安全防護采取掛籃兜底防護的形式進行。

2 掛籃設計

2.1 掛籃組成

結合項目施工特點及跨高速實際,掛籃設計為菱型掛籃結構,其主要結構分別為主桁系統、懸吊系統、行走及錨固系統、底籃系統、模板系統、孔筋系統,如圖1、圖2。掛籃主要構件包括上橫梁、主桁、后錨、反扣裝置、軌道、滑輪等,如圖3所示。掛籃技術參數見表1。

表1 主要構件參數表

圖1 菱型掛籃立面圖Fig.1 Diamond shaped hanging basket elevation diagram

圖2 菱型掛籃側面圖Fig.2 Diamond shaped hanging basket side view

軌道

軌道連接板

反扣裝置

滑輪圖3 部分構件詳圖Fig.3 Partial component details

2.2 安全驗算

根據項目設計文件以及相關標準、規范,考慮混凝土自重、施工作業人員重量、施工荷載以及對應掛籃構配件等荷載因素,采用1.2倍荷載取值。分別對底?？v梁、底模后橫梁、前下橫梁、吊點、側模、內模、前上橫梁、主桁架以及其他細部構件等結構進行受力分析,并編制計算書。各構件受力檢算結果須滿足使用條件,以確保掛籃結構滿足安全使用要求。

3 掛籃安裝

掛籃安裝步驟依次為:滑軌安裝、桁架安裝、橫向聯結桁架安裝、后下橫梁安裝、前橫梁安裝、底縱梁安裝、底模板安裝、外側模安裝、內模安裝[1]。

3.1 滑軌安裝

精確放樣出掛籃的行走軌道軸線,然后安裝軌道的墊梁和行走軌道,按要求操平墊實,并嚴格控制軌道間的中心距與圖紙一致。要確保軌道安裝順直,使軌道頂面保持水平,且軌道的高差小于5mm。

利用箱梁的豎向精軋螺紋鋼將軌道壓緊(軌道頂面錨固處小壓橫梁、螺母和墊板)。采用合格的連接器把豎向精軋鋼筋接長到能錨固到軌道的長度,每2m軌道,錨點不少于2處[2]。

3.2 桁架安裝

安裝前支座和反扣輪組,使它們分別座落在軌道規定的位置上,同時安裝臨時后支座和臨時前鋼支座。

以軌道為基準線,放出主桁安裝的軸線及平面位置,然后調整掛籃的前支座位置。先把單片主桁片上的桿和結點箱體在地面上組裝成一個單片菱形。在安裝桿與結點箱的后銷軸時,要跟反扣輪吊帶一起安裝,并且還要注意主桁片的安裝位置(腹板高側、低側)、前支座的高低、反扣輪吊帶的長短。

后錨要及時壓緊,確?？v向穩定,把橫向的10t葫蘆收緊,確?？v橫穩定[3]。

3.3 安裝橫向聯結桁架

橫向桁架用吊機分片吊裝,用螺栓擰緊主桁片上的桿,吊裝橫向的聯結桁架。先臨時固定一片,然后再吊裝另外一片,臨時3只10t葫蘆固定在豎桿件兩側,再用橫向支承架把3片桁架聯成一個整體。橫向聯結桁架的上下水平桿和豎桿上角鋼的接觸處滿焊,焊縫寬度為8mm。桁架在沒連接成型前,要設置牢固的臨時支撐。

3.4 安裝后下橫梁

先安裝橫梁吊具,在橫梁的雙拼型鋼間,一個吊具上焊有兩塊設有穿銷軸孔的連接鋼板,吊具伸進兩鋼板間,插入吊具銷軸,安裝好保險插銷。在吊具上端擰入吊桿,擰滿吊具螺紋(長度11cm),并在吊具上口劃線做好標記,以便于每次檢查吊桿擰入的位置。

掛籃的底模平臺(后下橫梁)吊點是短吊桿和長吊桿。必須要先安裝中間的短吊桿,讓底模貼緊后,再提高兩側的長吊桿,以確保底板底面的線型美觀,箱梁底板吊桿的上、下面使用鐵件墊平。

3.5 安裝前橫梁

前上橫梁要水平布置,并且焊接在結點箱的臨時鋼板上。

前下橫梁的構造、安裝與后下橫梁一樣。

起吊前下橫梁,臨時用兩只葫蘆吊住,把安好的前上橫梁吊桿擰進橫梁吊具中,利用前吊桿來調節前下橫梁的高度。

3.6 安裝底縱梁

底縱梁逐根安放在設計的位置上,點焊固定縱梁與前后下橫梁,確保前后橫梁的間距,保證吊桿的垂直受力。在縱梁跨中、縱梁底部處橫向設置一根小槽鋼,并與縱梁點焊,以加強縱梁的橫向穩定性。

3.7 安裝底模板

吊上底模板,逐塊安裝鋪平整。

3.8 安裝外側模

把側模運到現場,使用起重設備把側模提升至底籃的外側縱梁處臨時固定,穿好吊桿,把導梁、滑梁水平穿插在側模板上。導梁前端吊在前上橫梁上,導梁后端吊在箱梁上。后端有兩只吊具(滾動吊具、承重吊具),承重吊具安裝在前、滾動吊具安裝在后,側模整體的懸吊在外滑梁上。

3.9 內模的安裝

先安裝吊桿的連接器和內滑梁,再安裝內模的支撐架,最后安裝內模板,注意內模的斜度。調整底模和側模的標高及軸線,完成掛籃拼裝。

掛籃安裝完成后,須再次全面檢查,并且用全站儀對中,調整掛籃中線位置,使用水準儀調平,用吊桿來調整標高,標高調整時須嚴格按照監控單位發出的監控指令執行。

4 掛籃預壓

4.1 預壓目的

驗證掛籃的強度、剛度、穩定性,以便消除掛籃的塑性變形,確定掛籃的彈性變形,為施工的線性控制提供依據[4]。

4.2 預壓方法

在掛籃拼裝完成后進行壓載試驗,使用專業噸袋裝砂,分3級對支架進行加載。第一次加載到使用荷載的50%,持荷穩定后,開始第二次加載,再次加載使用荷載的50%,持荷穩定后,開始第三次加載,加載使用荷載的10%。壓載試驗結束后,使用吊車均勻卸掉砂袋。壓載試驗以及卸載過程要做好沉降觀測,并記錄好觀測值。

5 掛籃行走

(1)預應力筋完成張拉后,進行掛籃行走。

(2)拆除精軋螺紋鋼,并將模后錨點放松。

(3)使用千斤頂支起掛籃,將行走軌道前移到位,調平,并對軌道進行清理,涂抹硅脂,以減小掛籃前進時的阻力[5]。然后放松千斤頂,讓掛籃落到軌道上。

(4)錨固壓軌道的分配梁,檢查后,行走小車。

(5)松解掛籃的錨固系統,然后將底籃放在設計的位置上,并使用后橫梁和前橫梁將底籃懸吊起來。同時,后錨力將逐漸傳到行走吊帶上,使主縱梁上的行走小車承受掛籃向前傾覆的反力。

(6)使用千斤頂反復頂推,使掛籃向前移動,前橫梁則帶動內外模板以及底籃,通過滑梁上的固定小車向前移動。必要時可通過鏈滑車來助力,以使內外模保持同步前進[6]。

(7)掛籃移動速度應該保持均勻,左右同步正直前移。

(8)掛籃移動到規定位置后,將掛籃錨固,然后進行下一節段的施工。

6 掛籃施工流程

(1)掛籃安裝就位并錨固、試載。

(2)安裝外側模板,調整模板標高。

(3)鋼筋綁扎,布置預應力管道,內側模板安裝。

(4)將模板高度調整到設計位置。

(5)按照澆筑底板—腹板—翼緣板—頂板的先后順序澆筑混凝土。

(6)用儀器觀察掛籃澆筑各階段的變形。

(7)混凝土強度滿足設計要求后拆模,然后施加預應力[7]。

(8)將掛籃與箱梁混凝土脫離,準備好掛籃前移工作。

(9)掛籃前移,然后重復上述步驟,進行下一節段的施工。

7 安全防護

使用防護支架和防護網對掛籃進行密封,并在掛籃主體下方布置兜底防護平臺(如圖4所示)?？梢杂行Ы档褪┕ν饨绛h境的影響[8],確保下行高速公路車輛的安全,防止掛籃施工過程中的零碎散料(如:鋼筋頭、螺栓、螺帽、灰漿、電焊條、焊接電火花、小型工具等)掉落到行車道上[9]。

圖4 掛籃兜底防護示意圖Fig.4 Schematic diagram of basket bottom protection

7.1 掛籃的安全防護設施

(1)在前橫梁前進方向的一側,按1m間距布置牛腿,并在牛腿上滿鋪木板。圍繞四周使用角鋼焊制1.2m高的圍欄,圍欄內側用鐵絲網封閉,圍欄外側布設密封網。

(2)在縱梁至前橫梁位置,設置操作通道,通向前橫梁。采用角鋼焊制通道的臺階,并與前橫梁牢固焊接。通道的兩側設置扶手,并用密封網封閉。

(3)在前托梁前進方向的一側,按1m間距焊接角鋼牛腿,并在牛腿上滿鋪木板和竹膠板。3個側向焊接1.2m高的圍欄,圍欄內側用鐵絲網封閉,圍欄外側布設密封網,并在欄桿下端安裝18cm高的擋腳板。

(4)在后托梁一側按1m間距焊接角鋼牛腿,并在牛腿上滿鋪木板。圍繞四周使用角鋼焊制0.5m高的圍欄,在后托梁兩端預留缺口。圍欄內側用密封網封閉,圍欄外側布設安全網。

(5)從后托梁兩端預留缺口處至前托梁設置雙側通道,通道上鋪滿木板,兩側使用密封網全封閉,通道下方滿布安全防護網。

(6)在已成型梁面設置臨邊防護。掛籃前移后,立即在梁面遮板預埋鋼筋上焊接槽鋼立柱,間距2.0m。并在立桿上焊接兩道橫向鋼管,形成1.2m高的防護排架。在設置好的鋼管防護架內側綁扎一層鐵絲網,外側用密封網封閉。

7.2 掛籃走行安全措施

掛籃在走行前進行如下檢查:

(1)走行時必須使用千斤頂或者倒鏈作為動力,且禁止使用卷揚機進行牽引。在走行過程中,滾輪必須與走行軌道完全接觸,并確保掛籃主桁保持水平狀態。

(2)掛籃滑軌:需要檢查滑軌之間的連接是否牢固,是否平整;滑軌接頭處是否有型鋼墊塊;滑軌是否涂抹潤滑劑;滑軌與梁體豎向預應力筋的錨固連接情況。在走行過程中應該觀察軌道,如果發現有脫焊的情況,應立即進行補焊,并增加加筋板等加固措施。

(3)掛籃后錨:后錨的精軋螺紋鋼必須全部松掉。檢查前一梁段預埋的精軋螺紋鋼是否在距離端頭標記的位置;保險錨梁是否正確安裝,并且上面是否有雙螺母;使用的千斤頂是否工作正常,走行鋼絞線是否有損傷。

(4)掛籃主桁:需要檢查所有銷子是否都有開口銷限位;主桁支架連接螺栓是否擰緊,數量是否足夠;主桁的各個焊接連接部位是否有裂紋。

(5)模板:檢查掛籃內模、側模和底模是否已經放下;掛籃內外滑梁的精軋螺紋鋼后錨是否已經解開;滑梁后端是否放在走行吊架上;內外滑梁是否按要求設置橫向限位型鋼,以防止走行時滑脫。

(6)走行用吊桿:檢查前托梁和后托梁最外側的走行精軋螺紋吊桿是否受力,底部是否擰緊到位,頂部是否設置為雙螺母;后吊平桿是否設置了保險錨點,三角斜撐是否設置。

7.3 掛籃拆除安全措施

(1)掛籃拆除現場必須設警戒區域。警戒區域內嚴禁非操作人員通行或在支架下方繼續組織施工。地面監護人員履行職責,并配備良好的通訊裝置,做到地面高空同步協調,溝通順暢。

(2)仔細檢查吊運機械,包括索具是否安全可靠。

(3)掛籃拆除時,應先拆除模板,再從懸吊系統開始逐步拆卸。拆除前應先加固、再分解、最后拆離,過程中應防掛籃構件傾倒及下落傷人。模板下端采用纜風繩牽拉,防止模板晃動過大。

(4)起重吊裝的指揮人員必須持證上崗。作業時應與操作人員密切配合,執行規定的指揮信號。操作人員應按照指揮人員的信號進行作業,當信號不清或錯誤時,操作人員可拒絕執行。起重臂和重物下方嚴禁有人停留、工作或通過。重物吊運時,嚴禁從人上方通過。嚴禁用起重機載運人員。

(5)嚴禁斜拉、斜吊其他不明重量的物體。構件或模板,必須全部松動后方可起吊。嚴禁起吊重物長時間懸掛在空中。作業中遇突發故障,應采取措施將重物降落到安全地方,并關閉發動機或切斷電源后進行檢修。在突然停電時,應立即把所有控制器撥到零位,斷開電源總開關,并采取措施使重物降到地面。

(6)起重機的吊鉤和吊環嚴禁補焊。發現有損壞的,必須立即更換。使用的鋼絲繩,應有鋼絲繩制造廠簽發的產品技術性能和質量的證明文件。

(7)如遇強風、雨等特殊氣候,不得進行掛籃的拆除。盡量避免夜間實施拆除作業,確需夜間操作時,必須具備良好的照明設備。

(8)掛籃拆除后,及時對其進行維修保養,分類整理并妥善存放。

8 結語

上跨高速懸澆梁掛籃施工,最大的難點是保障高速公路上車輛安全、正常行駛。在跨高速范圍施工時,對中跨掛籃采用防護支架加防護網的方式進行密封,同時在掛籃主體下方設置兜底防護平臺,可以有效避免灰漿、鋼筋頭、電焊條、螺栓、螺帽、小型工具等零碎散料落入行車道,防止發生高速交通安全事故。