桥面兜底吊防护棚设计与应用技术

赵怀ZHAO Huai

（中国铁建港航局集团有限公司第四工程分公司，重庆 400025）

0 引言

经济快速发展为交通建设带来了蓬勃发展的广阔前景，目前城市化发展导致公路与铁路市场建设规模不断扩增，交通网的不断完善，道路上下交错情况越发常见，与之配套的安全防护措施的研究也逐渐为人们所重视。某高速公路穿越山谷桥梁全长491.45m，共5 联，跨径组合为：9×50+37.5，下部结构为钻孔灌注桩，空心薄壁墩，墩高40m～54m，上部结构均采用预应力砼先简支后桥面连续T 梁。本桥第4、5 跨均上跨既有道路和石材加工场。

1 防护棚方案确定

1.1 防护棚作用

①防止桥面掉落杂物，保证桥下道路车辆、人员通行安全；②为桥梁上部结构施工人员提供操作平台，便于在梁板底部操作。

1.2 防护棚方案比选

上跨既有道路、构筑物桥梁需设置防护棚，防护棚类型常规采用落地防护棚形式。根据桥梁结构形式、桥梁净高、既有道路形式等角度综合分析，与落地防护棚与兜底吊防护棚之间进行比选设计。

1.2.1 落地防护棚

优点：在地面施工，操作便捷；针对性保护所搭设范围内既有道路；

缺点：占道施工，对既有道路行车有一定影响；材料、机械设备投入大，成本高；位置固定，保护范围有一定受限。

1.2.2 兜底吊防护棚

优点：结构轻便，投入少，造价低，施工工期短，安装拆除便捷；适用于高墩，桥下净空较高的桥梁结构中；针对性的防护施工位置，可跟随施工点位移动，无固定位置安装；对于既有道路、构筑物无干扰，保持原有地形地貌，保证道路通行安全；可作为工人操作平台，便于桥面下方作业。

缺点：结构刚度小，无法多人同时作业；桥梁净高较少时无法使用。

1.2.3 结论

通过比选后，根据现场环境及施工条件综合考虑后确定兜底吊式防护棚方案。

2 兜底防护棚设计

2.1 结构设计说明

梁底兜底防护棚的搭设主要解决跨线施工的安全防护措施，即以架设好的该跨梁板作为受力点，横桥向采用多根吊杆固定，下附组合式桁架主横梁，其上附以纵向联系，铺设轻型骨架，再采用彩钢板等轻质板材满覆加固，考虑物体掉落时的滚动出兜底防护棚，外挑端头超出梁板外边缘不少于1.5m，同时还需要做好临边防护栏杆、踢脚板及排水设施。

兜底防护棚采取整幅吊顶悬挂跨越所保护路、构筑物。兜底防护棚须满足净空大于2m 的要求，且防护吊棚净空大于5.5m。

吊挂式兜底防护棚架在一跨预制梁架设完成后，从后场分段加工，运输至现场进行拼装，临时封闭交通，安装就位。防护吊棚施工兜底防护立面图如图1 所示。

图1 防护吊棚施工兜底防护立面图（单位：mm）

2.2 兜底防护棚架材质要求

①吊杆采用ϕ32mm 精轧螺纹钢，强度为PSB830 的，代表着屈服强度为830MPa，抗拉强度为1030MPa，梁端用一个锚杆专用螺母进行固定。

②兜底防护棚走形主梁和平台横向主梁均采用2[14槽钢，平台上铺厚度0.5mm 钢板网后再铺设厚度2cm 脚手板（竹胶板）；钢材均采用235 钢。

③滑道采用[10 槽钢。滑道上支撑梁采用16#工字钢，支撑梁之间采用L50 角铁交叉斜撑。

④螺母垫板采用厚20mm 钢板，材质为Q235。

2.3 兜底防护棚计算

根据实际情况按三种不同工况进行计算：

工况1：平台两端设置吊杆

工况2：平台两端及中部设置多根吊杆

工况3：平台两端及中部设置多根吊杆考虑风荷载

2.3.1 工况1 计算

①兜底防护平台计算模型：采用midas/civil 进行计算，考虑兜底防护平台底部中央承受单人的重量60kg。荷载基本组合为1.2 恒载+1.4 活载。

②兜底防护平台反力计算：在荷载基本组合情况下，兜底防护平台轴力、弯矩图分别见图2、图3。

图2 荷载基本组合下兜底防护平台轴力图

图3 荷载基本组合下兜底防护平台弯矩图

③兜底防护平台应力计算：在荷载基本组合作用下，各构件应力计算结果如下：

箱梁下侧2[14 槽钢最大应力为110MPa＜215MPa；

箱梁上侧2[14 槽钢最大应力为40MPa＜215MPa；

L50×4 角铁最大应力为152MPa（中央承受单人的重量60kg）＜215MPa；

吊杆最大应力为113MPa＜270MPa；应力详见图4。

图4 承载能力（荷载基本组合）极限状态下应力图（应力MPa）

④结论：由于吊杆的应力较大，同时防止兜底防护平台摆动，需要增加4 根吊杆。

2.3.2 工况2 计算

①兜底防护平台计算模型：本次采用midas/civil 进行计算，考虑兜底防护平台底部中央承受单人的重量60kg。荷载基本组合为1.2 恒载+1.4 活载。

②兜底防护平台反力计算：在荷载基本组合情况下，兜底防护平台轴力、弯矩图分别见图5、图6。

图5 荷载基本组合下兜底防护平台轴力图

图6 荷载基本组合下兜底防护平台弯矩图

③兜底防护平台应力计算：在荷载基本组合作用下，各构件应力计算结果如下：

箱梁下侧2 [14 槽钢最大应力为19MPa＜215MPa；

箱梁上侧2 [14 槽钢最大应力为38MPa＜215MPa；

L50×4 角铁最大应力为152MPa（中央承受单人的重量60kg）＜215MPa；

吊杆最大应力为1MPa＜270MPa；应力详见图7。

图7 承载能力（荷载基本组合）极限状态下应力图（应力MPa）

2.3.3 工况3 计算

①兜底防护平台计算模型：本次采用midas/civil 进行计算，未考虑兜底防护平台底部中央承受单人重量60kg。荷载基本组合为1.2 恒载+1.4活载+1.4×0.6 风荷载。

②兜底防护平台反力计算：在荷载基本组合情况下，兜底防护平台轴力、弯矩图分别见图8、图9。

图8 荷载基本组合下兜底防护平台轴力图

图9 荷载基本组合下兜底防护平台弯矩图

③兜底防护平台应力计算：在荷载基本组合作用下，各构件应力计算结果如下：

箱梁下侧2 [14 槽钢最大应力为112.2MPa＜215MPa；

箱梁上侧2 [14 槽钢最大应力为43MPa＜215MPa；

L50×4 角铁最大应力为202MPa（中央承受单人的重量60kg）＜215MPa；

吊杆最大应力为101.4MPa ＜270MPa；应力详见图10。

图10 承载能力（荷载基本组合）极限状态下应力图（应力MPa）

吊架最大变形为10cm，10cm ＜16500/150=11cm；（钢结构设计规范附录A），应力详见图11。

图11 正常使用极限状态下变形图（mm）

2.3.4 主要结论

经过对工况1、工况2、工况3 计算分析，各工况结论如下：

①箱梁下侧2 [14 槽钢最大应力满足规范要求；②箱梁上侧2[14 槽钢最大应力满足规范要求；③L50×4 角铁最大应力满足规范要求；④吊杆最大应力满足规范要求；⑤吊架最大变形满足规范要求；⑥吊架稳定及倾覆满足规范要求（吊架为受拉构件）。

3 施工技术

3.1 兜底防护棚安装

兜底防护棚采用后场加工，现场分段组拼安装的方式进行施工，施工工序如下：

①兜底防护棚拼装：将兜底防护棚架主、横梁运输至现场进行分3 节拼装。②吊杆安装：将吊杆悬挂在梁板预设的管道和现浇段上，以便在兜底防护棚提升后快速进行连接固定。在兜底防护棚架连接固定前，需测量兜底防护棚架的标高，确保兜底防护棚架这个面板处于水平状态。③兜底防护棚吊装：拼装完成后，将后场加工好的面板通过U 型螺栓将预制梁板与兜底防护棚主、横梁间连接固定（每块板固定不少于4 个U 型螺栓）。将整块兜底防护棚架组拼完成后，采用吊车将兜底防护棚提升至桥面以下与桥面上预先放置好的吊杆进行连接固定。④雨水排放措施：为防止雨水集中和坠物滚落，在吊杆兜底防护棚架外侧设置外挑并设防护栏杆，将雨水集中排到既有道路两侧和对落物起到拦截作用。⑤交通疏导：为确保安全兜底防护棚拼装、吊杆安装、兜底防护棚吊装等均在既有道路外进行，同时为确保安全可进行临时管制道路。

3.2 兜底防护棚的拆除

桥梁上部构造施工完成后，拆除安全兜底防护棚，拆除方式采用分段整体下放，吊装至道路边上，然后进行解体，采用平板运输车将解体的构件运输到后场。下放期间，采用临时管制交通，在施工区域设置相应的标志、标牌，安全员现场指挥，保证拆除施工安全进行。兜底防护棚拆除应做好以下准备工作：

①拆除前应按规定进行拆除前的全面检查。

②清除棚顶上的材料、工具和杂物，清除拆除作业面范围内的障碍物。

③拆除作业应设置警戒线、警戒标志，在统一指挥下进行拆除。

④通长水平加固杆和剪刀撑等加固件，必须在兜底防护棚拆卸到相关的位置时方可拆除。

⑤作业人员按规定使用安全防护用品。

⑥分段拆除完成后应及时清理遗留的杂物，确保道路整洁。

4 结语

①新建桥梁上跨既有道路或建（构）筑物时可根据现场实际环境和施工条件采用兜底式防护平台，保证施工安全和桥下道路运行安全。

②兜底式防护棚既能防坠落也可当操作平台，经过特殊设计后计算证明防护棚刚度、稳定性满足要求。

③兜底式防护棚需厂家加工分段形成，根据桥面宽度情况可分成若干段落，做好进场验收工作，并在安装和拆除时做好过程管理工作。