跨高速公路挂篮施工的工艺及安全防护措施探讨

金大智,鲁成铭,卢 楠

(1.天门市公路养护中心,湖北省天门市钟惺大道54号 431700;2.天门市交通工程公司,湖北省天门市竟陵办事处学院路99-2号 431700;3.河北水利电力学院 交通工程系,河北省沧州市黄河西路49号 061001)

1 工程概况

项目路线与许广高速交叉,交角为93°,拟在上跨许广高速处设置(42+70+42)m混凝土变截面连续箱梁,其中70m主跨上跨许广高速,净空大于5.5m。箱梁采用单箱单室断面,箱梁顶板宽12.5m,底板宽6.5m。墩顶处箱梁梁高为4.2m,跨中以及现浇梁段梁高均为2m,箱梁高度按1.8次抛物线变化;箱梁顶板厚为28cm;箱梁底板根部厚为120cm,跨中厚为30cm,箱梁底板厚也按1.8次抛物线变化;腹板厚度50～70cm。

项目的施工重点是上跨许广高速处悬浇梁挂篮施工及其安全防护。施工方法为主梁采用挂篮施工,0#块和边跨现浇段支架均采用落地支架进行施工。挂篮安全防护采取挂篮兜底防护的形式进行。

2 挂篮设计

2.1 挂篮组成

结合项目施工特点及跨高速实际,挂篮设计为菱型挂篮结构,其主要结构分别为主桁系统、悬吊系统、行走及锚固系统、底篮系统、模板系统、孔筋系统,如图1、图2。挂篮主要构件包括上横梁、主桁、后锚、反扣装置、轨道、滑轮等,如图3所示。挂篮技术参数见表1。

表1 主要构件参数表

图1 菱型挂篮立面图Fig.1 Diamond shaped hanging basket elevation diagram

图2 菱型挂篮侧面图Fig.2 Diamond shaped hanging basket side view

轨道

轨道连接板

反扣装置

滑轮图3 部分构件详图Fig.3 Partial component details

2.2 安全验算

根据项目设计文件以及相关标准、规范,考虑混凝土自重、施工作业人员重量、施工荷载以及对应挂篮构配件等荷载因素,采用1.2倍荷载取值。分别对底模纵梁、底模后横梁、前下横梁、吊点、侧模、内模、前上横梁、主桁架以及其他细部构件等结构进行受力分析,并编制计算书。各构件受力检算结果须满足使用条件,以确保挂篮结构满足安全使用要求。

3 挂篮安装

挂篮安装步骤依次为:滑轨安装、桁架安装、横向联结桁架安装、后下横梁安装、前横梁安装、底纵梁安装、底模板安装、外侧模安装、内模安装[1]。

3.1 滑轨安装

精确放样出挂篮的行走轨道轴线,然后安装轨道的垫梁和行走轨道,按要求操平垫实,并严格控制轨道间的中心距与图纸一致。要确保轨道安装顺直,使轨道顶面保持水平,且轨道的高差小于5mm。

利用箱梁的竖向精轧螺纹钢将轨道压紧(轨道顶面锚固处小压横梁、螺母和垫板)。采用合格的连接器把竖向精轧钢筋接长到能锚固到轨道的长度,每2m轨道,锚点不少于2处[2]。

3.2 桁架安装

安装前支座和反扣轮组,使它们分别座落在轨道规定的位置上,同时安装临时后支座和临时前钢支座。

以轨道为基准线,放出主桁安装的轴线及平面位置,然后调整挂篮的前支座位置。先把单片主桁片上的杆和结点箱体在地面上组装成一个单片菱形。在安装杆与结点箱的后销轴时,要跟反扣轮吊带一起安装,并且还要注意主桁片的安装位置(腹板高侧、低侧)、前支座的高低、反扣轮吊带的长短。

后锚要及时压紧,确保纵向稳定,把横向的10t葫芦收紧,确保纵横稳定[3]。

3.3 安装横向联结桁架

横向桁架用吊机分片吊装,用螺栓拧紧主桁片上的杆,吊装横向的联结桁架。先临时固定一片,然后再吊装另外一片,临时3只10t葫芦固定在竖杆件两侧,再用横向支承架把3片桁架联成一个整体。横向联结桁架的上下水平杆和竖杆上角钢的接触处满焊,焊缝宽度为8mm。桁架在没连接成型前,要设置牢固的临时支撑。

3.4 安装后下横梁

先安装横梁吊具,在横梁的双拼型钢间,一个吊具上焊有两块设有穿销轴孔的连接钢板,吊具伸进两钢板间,插入吊具销轴,安装好保险插销。在吊具上端拧入吊杆,拧满吊具螺纹(长度11cm),并在吊具上口划线做好标记,以便于每次检查吊杆拧入的位置。

挂篮的底模平台(后下横梁)吊点是短吊杆和长吊杆。必须要先安装中间的短吊杆,让底模贴紧后,再提高两侧的长吊杆,以确保底板底面的线型美观,箱梁底板吊杆的上、下面使用铁件垫平。

3.5 安装前横梁

前上横梁要水平布置,并且焊接在结点箱的临时钢板上。

前下横梁的构造、安装与后下横梁一样。

起吊前下横梁,临时用两只葫芦吊住,把安好的前上横梁吊杆拧进横梁吊具中,利用前吊杆来调节前下横梁的高度。

3.6 安装底纵梁

底纵梁逐根安放在设计的位置上,点焊固定纵梁与前后下横梁,确保前后横梁的间距,保证吊杆的垂直受力。在纵梁跨中、纵梁底部处横向设置一根小槽钢,并与纵梁点焊,以加强纵梁的横向稳定性。

3.7 安装底模板

吊上底模板,逐块安装铺平整。

3.8 安装外侧模

把侧模运到现场,使用起重设备把侧模提升至底篮的外侧纵梁处临时固定,穿好吊杆,把导梁、滑梁水平穿插在侧模板上。导梁前端吊在前上横梁上,导梁后端吊在箱梁上。后端有两只吊具(滚动吊具、承重吊具),承重吊具安装在前、滚动吊具安装在后,侧模整体的悬吊在外滑梁上。

3.9 内模的安装

先安装吊杆的连接器和内滑梁,再安装内模的支撑架,最后安装内模板,注意内模的斜度。调整底模和侧模的标高及轴线,完成挂篮拼装。

挂篮安装完成后,须再次全面检查,并且用全站仪对中,调整挂篮中线位置,使用水准仪调平,用吊杆来调整标高,标高调整时须严格按照监控单位发出的监控指令执行。

4 挂篮预压

4.1 预压目的

验证挂篮的强度、刚度、稳定性,以便消除挂篮的塑性变形,确定挂篮的弹性变形,为施工的线性控制提供依据[4]。

4.2 预压方法

在挂篮拼装完成后进行压载试验,使用专业吨袋装砂,分3级对支架进行加载。第一次加载到使用荷载的50%,持荷稳定后,开始第二次加载,再次加载使用荷载的50%,持荷稳定后,开始第三次加载,加载使用荷载的10%。压载试验结束后,使用吊车均匀卸掉砂袋。压载试验以及卸载过程要做好沉降观测,并记录好观测值。

5 挂篮行走

(1)预应力筋完成张拉后,进行挂篮行走。

(2)拆除精轧螺纹钢,并将模后锚点放松。

(3)使用千斤顶支起挂篮,将行走轨道前移到位,调平,并对轨道进行清理,涂抹硅脂,以减小挂篮前进时的阻力[5]。然后放松千斤顶,让挂篮落到轨道上。

(4)锚固压轨道的分配梁,检查后,行走小车。

(5)松解挂篮的锚固系统,然后将底篮放在设计的位置上,并使用后横梁和前横梁将底篮悬吊起来。同时,后锚力将逐渐传到行走吊带上,使主纵梁上的行走小车承受挂篮向前倾覆的反力。

(6)使用千斤顶反复顶推,使挂篮向前移动,前横梁则带动内外模板以及底篮,通过滑梁上的固定小车向前移动。必要时可通过链滑车来助力,以使内外模保持同步前进[6]。

(7)挂篮移动速度应该保持均匀,左右同步正直前移。

(8)挂篮移动到规定位置后,将挂篮锚固,然后进行下一节段的施工。

6 挂篮施工流程

(1)挂篮安装就位并锚固、试载。

(2)安装外侧模板,调整模板标高。

(3)钢筋绑扎,布置预应力管道,内侧模板安装。

(4)将模板高度调整到设计位置。

(5)按照浇筑底板—腹板—翼缘板—顶板的先后顺序浇筑混凝土。

(6)用仪器观察挂篮浇筑各阶段的变形。

(7)混凝土强度满足设计要求后拆模,然后施加预应力[7]。

(8)将挂篮与箱梁混凝土脱离,准备好挂篮前移工作。

(9)挂篮前移,然后重复上述步骤,进行下一节段的施工。

7 安全防护

使用防护支架和防护网对挂篮进行密封,并在挂篮主体下方布置兜底防护平台(如图4所示)。可以有效降低施工对外界环境的影响[8],确保下行高速公路车辆的安全,防止挂篮施工过程中的零碎散料(如:钢筋头、螺栓、螺帽、灰浆、电焊条、焊接电火花、小型工具等)掉落到行车道上[9]。

图4 挂篮兜底防护示意图Fig.4 Schematic diagram of basket bottom protection

7.1 挂篮的安全防护设施

(1)在前横梁前进方向的一侧,按1m间距布置牛腿,并在牛腿上满铺木板。围绕四周使用角钢焊制1.2m高的围栏,围栏内侧用铁丝网封闭,围栏外侧布设密封网。

(2)在纵梁至前横梁位置,设置操作通道,通向前横梁。采用角钢焊制通道的台阶,并与前横梁牢固焊接。通道的两侧设置扶手,并用密封网封闭。

(3)在前托梁前进方向的一侧,按1m间距焊接角钢牛腿,并在牛腿上满铺木板和竹胶板。3个侧向焊接1.2m高的围栏,围栏内侧用铁丝网封闭,围栏外侧布设密封网,并在栏杆下端安装18cm高的挡脚板。

(4)在后托梁一侧按1m间距焊接角钢牛腿,并在牛腿上满铺木板。围绕四周使用角钢焊制0.5m高的围栏,在后托梁两端预留缺口。围栏内侧用密封网封闭,围栏外侧布设安全网。

(5)从后托梁两端预留缺口处至前托梁设置双侧通道,通道上铺满木板,两侧使用密封网全封闭,通道下方满布安全防护网。

(6)在已成型梁面设置临边防护。挂篮前移后,立即在梁面遮板预埋钢筋上焊接槽钢立柱,间距2.0m。并在立杆上焊接两道横向钢管,形成1.2m高的防护排架。在设置好的钢管防护架内侧绑扎一层铁丝网,外侧用密封网封闭。

7.2 挂篮走行安全措施

挂篮在走行前进行如下检查:

(1)走行时必须使用千斤顶或者倒链作为动力,且禁止使用卷扬机进行牵引。在走行过程中,滚轮必须与走行轨道完全接触,并确保挂篮主桁保持水平状态。

(2)挂篮滑轨:需要检查滑轨之间的连接是否牢固,是否平整;滑轨接头处是否有型钢垫块;滑轨是否涂抹润滑剂;滑轨与梁体竖向预应力筋的锚固连接情况。在走行过程中应该观察轨道,如果发现有脱焊的情况,应立即进行补焊,并增加加筋板等加固措施。

(3)挂篮后锚:后锚的精轧螺纹钢必须全部松掉。检查前一梁段预埋的精轧螺纹钢是否在距离端头标记的位置;保险锚梁是否正确安装,并且上面是否有双螺母;使用的千斤顶是否工作正常,走行钢绞线是否有损伤。

(4)挂篮主桁:需要检查所有销子是否都有开口销限位;主桁支架连接螺栓是否拧紧,数量是否足够;主桁的各个焊接连接部位是否有裂纹。

(5)模板:检查挂篮内模、侧模和底模是否已经放下;挂篮内外滑梁的精轧螺纹钢后锚是否已经解开;滑梁后端是否放在走行吊架上;内外滑梁是否按要求设置横向限位型钢,以防止走行时滑脱。

(6)走行用吊杆:检查前托梁和后托梁最外侧的走行精轧螺纹吊杆是否受力,底部是否拧紧到位,顶部是否设置为双螺母;后吊平杆是否设置了保险锚点,三角斜撑是否设置。

7.3 挂篮拆除安全措施

(1)挂篮拆除现场必须设警戒区域。警戒区域内严禁非操作人员通行或在支架下方继续组织施工。地面监护人员履行职责,并配备良好的通讯装置,做到地面高空同步协调,沟通顺畅。

(2)仔细检查吊运机械,包括索具是否安全可靠。

(3)挂篮拆除时,应先拆除模板,再从悬吊系统开始逐步拆卸。拆除前应先加固、再分解、最后拆离,过程中应防挂篮构件倾倒及下落伤人。模板下端采用缆风绳牵拉,防止模板晃动过大。

(4)起重吊装的指挥人员必须持证上岗。作业时应与操作人员密切配合,执行规定的指挥信号。操作人员应按照指挥人员的信号进行作业,当信号不清或错误时,操作人员可拒绝执行。起重臂和重物下方严禁有人停留、工作或通过。重物吊运时,严禁从人上方通过。严禁用起重机载运人员。

(5)严禁斜拉、斜吊其他不明重量的物体。构件或模板,必须全部松动后方可起吊。严禁起吊重物长时间悬挂在空中。作业中遇突发故障,应采取措施将重物降落到安全地方,并关闭发动机或切断电源后进行检修。在突然停电时,应立即把所有控制器拨到零位,断开电源总开关,并采取措施使重物降到地面。

(6)起重机的吊钩和吊环严禁补焊。发现有损坏的,必须立即更换。使用的钢丝绳,应有钢丝绳制造厂签发的产品技术性能和质量的证明文件。

(7)如遇强风、雨等特殊气候,不得进行挂篮的拆除。尽量避免夜间实施拆除作业,确需夜间操作时,必须具备良好的照明设备。

(8)挂篮拆除后,及时对其进行维修保养,分类整理并妥善存放。

8 结语

上跨高速悬浇梁挂篮施工,最大的难点是保障高速公路上车辆安全、正常行驶。在跨高速范围施工时,对中跨挂篮采用防护支架加防护网的方式进行密封,同时在挂篮主体下方设置兜底防护平台,可以有效避免灰浆、钢筋头、电焊条、螺栓、螺帽、小型工具等零碎散料落入行车道,防止发生高速交通安全事故。