橋面兜底吊防護棚設計與應用技術

趙懷ZHAO Huai

（中國鐵建港航局集團有限公司第四工程分公司，重慶 400025）

0 引言

經濟快速發展為交通建設帶來了蓬勃發展的廣闊前景，目前城市化發展導致公路與鐵路市場建設規模不斷擴增，交通網的不斷完善，道路上下交錯情況越發常見，與之配套的安全防護措施的研究也逐漸為人們所重視。某高速公路穿越山谷橋梁全長491.45m，共5 聯，跨徑組合為：9×50+37.5，下部結構為鉆孔灌注樁，空心薄壁墩，墩高40m～54m，上部結構均采用預應力砼先簡支后橋面連續T 梁。本橋第4、5 跨均上跨既有道路和石材加工場。

1 防護棚方案確定

1.1 防護棚作用

①防止橋面掉落雜物，保證橋下道路車輛、人員通行安全；②為橋梁上部結構施工人員提供操作平臺，便于在梁板底部操作。

1.2 防護棚方案比選

上跨既有道路、構筑物橋梁需設置防護棚，防護棚類型常規采用落地防護棚形式。根據橋梁結構形式、橋梁凈高、既有道路形式等角度綜合分析，與落地防護棚與兜底吊防護棚之間進行比選設計。

1.2.1 落地防護棚

優點：在地面施工，操作便捷；針對性保護所搭設范圍內既有道路；

缺點：占道施工，對既有道路行車有一定影響；材料、機械設備投入大，成本高；位置固定，保護范圍有一定受限。

1.2.2 兜底吊防護棚

優點：結構輕便，投入少，造價低，施工工期短，安裝拆除便捷；適用于高墩，橋下凈空較高的橋梁結構中；針對性的防護施工位置，可跟隨施工點位移動，無固定位置安裝；對于既有道路、構筑物無干擾，保持原有地形地貌，保證道路通行安全；可作為工人操作平臺，便于橋面下方作業。

缺點：結構剛度小，無法多人同時作業；橋梁凈高較少時無法使用。

1.2.3 結論

通過比選后，根據現場環境及施工條件綜合考慮后確定兜底吊式防護棚方案。

2 兜底防護棚設計

2.1 結構設計說明

梁底兜底防護棚的搭設主要解決跨線施工的安全防護措施，即以架設好的該跨梁板作為受力點，橫橋向采用多根吊桿固定，下附組合式桁架主橫梁，其上附以縱向聯系，鋪設輕型骨架，再采用彩鋼板等輕質板材滿覆加固，考慮物體掉落時的滾動出兜底防護棚，外挑端頭超出梁板外邊緣不少于1.5m，同時還需要做好臨邊防護欄桿、踢腳板及排水設施。

兜底防護棚采取整幅吊頂懸掛跨越所保護路、構筑物。兜底防護棚須滿足凈空大于2m 的要求，且防護吊棚凈空大于5.5m。

吊掛式兜底防護棚架在一跨預制梁架設完成后，從后場分段加工，運輸至現場進行拼裝，臨時封閉交通，安裝就位。防護吊棚施工兜底防護立面圖如圖1 所示。

圖1 防護吊棚施工兜底防護立面圖（單位：mm）

2.2 兜底防護棚架材質要求

①吊桿采用?32mm 精軋螺紋鋼，強度為PSB830 的，代表著屈服強度為830MPa，抗拉強度為1030MPa，梁端用一個錨桿專用螺母進行固定。

②兜底防護棚走形主梁和平臺橫向主梁均采用2[14槽鋼，平臺上鋪厚度0.5mm 鋼板網后再鋪設厚度2cm 腳手板（竹膠板）；鋼材均采用235 鋼。

③滑道采用[10 槽鋼?；郎现瘟翰捎?6#工字鋼，支撐梁之間采用L50 角鐵交叉斜撐。

④螺母墊板采用厚20mm 鋼板，材質為Q235。

2.3 兜底防護棚計算

根據實際情況按三種不同工況進行計算：

工況1：平臺兩端設置吊桿

工況2：平臺兩端及中部設置多根吊桿

工況3：平臺兩端及中部設置多根吊桿考慮風荷載

2.3.1 工況1 計算

①兜底防護平臺計算模型：采用midas/civil 進行計算，考慮兜底防護平臺底部中央承受單人的重量60kg。荷載基本組合為1.2 恒載+1.4 活載。

②兜底防護平臺反力計算：在荷載基本組合情況下，兜底防護平臺軸力、彎矩圖分別見圖2、圖3。

圖2 荷載基本組合下兜底防護平臺軸力圖

圖3 荷載基本組合下兜底防護平臺彎矩圖

③兜底防護平臺應力計算：在荷載基本組合作用下，各構件應力計算結果如下：

箱梁下側2[14 槽鋼最大應力為110MPa＜215MPa；

箱梁上側2[14 槽鋼最大應力為40MPa＜215MPa；

L50×4 角鐵最大應力為152MPa（中央承受單人的重量60kg）＜215MPa；

吊桿最大應力為113MPa＜270MPa；應力詳見圖4。

圖4 承載能力（荷載基本組合）極限狀態下應力圖（應力MPa）

④結論：由于吊桿的應力較大，同時防止兜底防護平臺擺動，需要增加4 根吊桿。

2.3.2 工況2 計算

①兜底防護平臺計算模型：本次采用midas/civil 進行計算，考慮兜底防護平臺底部中央承受單人的重量60kg。荷載基本組合為1.2 恒載+1.4 活載。

②兜底防護平臺反力計算：在荷載基本組合情況下，兜底防護平臺軸力、彎矩圖分別見圖5、圖6。

圖5 荷載基本組合下兜底防護平臺軸力圖

圖6 荷載基本組合下兜底防護平臺彎矩圖

③兜底防護平臺應力計算：在荷載基本組合作用下，各構件應力計算結果如下：

箱梁下側2 [14 槽鋼最大應力為19MPa＜215MPa；

箱梁上側2 [14 槽鋼最大應力為38MPa＜215MPa；

L50×4 角鐵最大應力為152MPa（中央承受單人的重量60kg）＜215MPa；

吊桿最大應力為1MPa＜270MPa；應力詳見圖7。

圖7 承載能力（荷載基本組合）極限狀態下應力圖（應力MPa）

2.3.3 工況3 計算

①兜底防護平臺計算模型：本次采用midas/civil 進行計算，未考慮兜底防護平臺底部中央承受單人重量60kg。荷載基本組合為1.2 恒載+1.4活載+1.4×0.6 風荷載。

②兜底防護平臺反力計算：在荷載基本組合情況下，兜底防護平臺軸力、彎矩圖分別見圖8、圖9。

圖8 荷載基本組合下兜底防護平臺軸力圖

圖9 荷載基本組合下兜底防護平臺彎矩圖

③兜底防護平臺應力計算：在荷載基本組合作用下，各構件應力計算結果如下：

箱梁下側2 [14 槽鋼最大應力為112.2MPa＜215MPa；

箱梁上側2 [14 槽鋼最大應力為43MPa＜215MPa；

L50×4 角鐵最大應力為202MPa（中央承受單人的重量60kg）＜215MPa；

吊桿最大應力為101.4MPa ＜270MPa；應力詳見圖10。

圖10 承載能力（荷載基本組合）極限狀態下應力圖（應力MPa）

吊架最大變形為10cm，10cm ＜16500/150=11cm；（鋼結構設計規范附錄A），應力詳見圖11。

圖11 正常使用極限狀態下變形圖（mm）

2.3.4 主要結論

經過對工況1、工況2、工況3 計算分析，各工況結論如下：

①箱梁下側2 [14 槽鋼最大應力滿足規范要求；②箱梁上側2[14 槽鋼最大應力滿足規范要求；③L50×4 角鐵最大應力滿足規范要求；④吊桿最大應力滿足規范要求；⑤吊架最大變形滿足規范要求；⑥吊架穩定及傾覆滿足規范要求（吊架為受拉構件）。

3 施工技術

3.1 兜底防護棚安裝

兜底防護棚采用后場加工，現場分段組拼安裝的方式進行施工，施工工序如下：

①兜底防護棚拼裝：將兜底防護棚架主、橫梁運輸至現場進行分3 節拼裝。②吊桿安裝：將吊桿懸掛在梁板預設的管道和現澆段上，以便在兜底防護棚提升后快速進行連接固定。在兜底防護棚架連接固定前，需測量兜底防護棚架的標高，確保兜底防護棚架這個面板處于水平狀態。③兜底防護棚吊裝：拼裝完成后，將后場加工好的面板通過U 型螺栓將預制梁板與兜底防護棚主、橫梁間連接固定（每塊板固定不少于4 個U 型螺栓）。將整塊兜底防護棚架組拼完成后，采用吊車將兜底防護棚提升至橋面以下與橋面上預先放置好的吊桿進行連接固定。④雨水排放措施：為防止雨水集中和墜物滾落，在吊桿兜底防護棚架外側設置外挑并設防護欄桿，將雨水集中排到既有道路兩側和對落物起到攔截作用。⑤交通疏導：為確保安全兜底防護棚拼裝、吊桿安裝、兜底防護棚吊裝等均在既有道路外進行，同時為確保安全可進行臨時管制道路。

3.2 兜底防護棚的拆除

橋梁上部構造施工完成后，拆除安全兜底防護棚，拆除方式采用分段整體下放，吊裝至道路邊上，然后進行解體，采用平板運輸車將解體的構件運輸到后場。下放期間，采用臨時管制交通，在施工區域設置相應的標志、標牌，安全員現場指揮，保證拆除施工安全進行。兜底防護棚拆除應做好以下準備工作：

①拆除前應按規定進行拆除前的全面檢查。

②清除棚頂上的材料、工具和雜物，清除拆除作業面范圍內的障礙物。

③拆除作業應設置警戒線、警戒標志，在統一指揮下進行拆除。

④通長水平加固桿和剪刀撐等加固件，必須在兜底防護棚拆卸到相關的位置時方可拆除。

⑤作業人員按規定使用安全防護用品。

⑥分段拆除完成后應及時清理遺留的雜物，確保道路整潔。

4 結語

①新建橋梁上跨既有道路或建（構）筑物時可根據現場實際環境和施工條件采用兜底式防護平臺，保證施工安全和橋下道路運行安全。

②兜底式防護棚既能防墜落也可當操作平臺，經過特殊設計后計算證明防護棚剛度、穩定性滿足要求。

③兜底式防護棚需廠家加工分段形成，根據橋面寬度情況可分成若干段落，做好進場驗收工作，并在安裝和拆除時做好過程管理工作。