裝配式鋼爬梯在橋梁工程中的應(yīng)用

唐樹(shù)明

（中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，河北石家莊 050081）

0 引言

為保證高鐵線路的高平順性并減小占地面積，一般采用“以橋代路”方案，在線路中建設(shè)數(shù)個(gè)特大橋。為滿(mǎn)足橋梁施工需要，通常每隔一定距離設(shè)置1 個(gè)爬梯，方便人員和小型材料上橋［1-2］。常見(jiàn)的爬梯為盤(pán)扣式腳手架爬梯，該類(lèi)爬梯質(zhì)量小、桿件間自由活動(dòng)量大，隨高度增加易產(chǎn)生晃動(dòng)，且造價(jià)超過(guò)1 000 元/m，一般適用于矮墩上橋［3-4］。為降低造價(jià)、增加穩(wěn)定性，京沈客專(zhuān)京冀段14標(biāo)項(xiàng)目部自行設(shè)計(jì)了裝配式鋼爬梯，取得較好的應(yīng)用效果。

1 工程概況

京沈客專(zhuān)京冀段14 標(biāo)動(dòng)車(chē)走行線特大橋全長(zhǎng)1 424.46 m，橋址位于北京市朝陽(yáng)區(qū)將臺(tái)鄉(xiāng)，線路始于東五環(huán)東側(cè)，跨越中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司國(guó)家鐵道試驗(yàn)中心貨場(chǎng)線、環(huán)行鐵道，止于環(huán)行鐵道內(nèi)側(cè)。橋梁墩高4.0～18.5 m，孔跨樣式為：3-20 m 簡(jiǎn)支箱梁+3-24 m 簡(jiǎn)支箱梁+28-32 m 簡(jiǎn)支箱梁+1-（40+64+40）m 連續(xù)梁+1-（60+100+60）m 連續(xù)梁。其中，簡(jiǎn)支箱梁均采用支架現(xiàn)澆法施工。根據(jù)組織安排，每個(gè)連續(xù)梁和現(xiàn)澆簡(jiǎn)支箱梁作業(yè)面均設(shè)置1個(gè)爬梯。

2 設(shè)計(jì)方案

爬梯由鋼結(jié)構(gòu)單元組拼而成，鋼爬梯單元為4 m×2 m×2 m（長(zhǎng)×寬×高）。鋼爬梯主要由框架、梯子、扶手、轉(zhuǎn)角平臺(tái)及其他配套構(gòu)件組成。主框架采用∠10×10 cm 角鋼，次框架采用∠5×5 cm 角鋼；梯子采用∠10×10 cm 角鋼作斜支撐、［20 槽鋼作頂橫支撐、壓花鋼板作踏面；扶手采用φ48 mm 鋼管；轉(zhuǎn)角平臺(tái)采用壓花鋼板；防護(hù)采用15 cm×15 cm密目鐵絲網(wǎng)。設(shè)計(jì)承載為8人。單節(jié)鋼爬梯構(gòu)造見(jiàn)圖1。

圖1 單節(jié)鋼爬梯構(gòu)造

3 施工工藝

3.1 爬梯加工

按照設(shè)計(jì)圖紙，計(jì)算鋼材下料長(zhǎng)度，切割下料。主框架采用角鋼焊接，先將底層框架4根角鋼按間距排列整齊，接頭為內(nèi)外雙面滿(mǎn)焊，依次安裝豎向4根立柱角鋼，再安裝頂層框架4根角鋼，最后焊接次框架縱橫向角鋼?？蚣芎附雍螅惭b橫、斜支撐，橫支撐為［20 槽鋼焊接于頂層框架，斜支撐為∠10×10 cm 角鋼焊接于頂、底層框架，在斜支撐上按20 cm間距依次焊接壓花鋼板踏面，鋼板雙面滿(mǎn)焊。同步焊接轉(zhuǎn)角平臺(tái)壓花鋼板；扶手立柱高1 m，焊接于斜支撐；密目鐵絲網(wǎng)焊接于框架。最后在爬梯表面噴涂防銹漆。

3.2 地基處理

基礎(chǔ)為7.0 m×4.0 m×0.3 m（長(zhǎng)×寬×高）C30 混凝土，施工前在基礎(chǔ)范圍內(nèi)挖除雜填土，平整夯實(shí)，再進(jìn)行混凝土硬化?；炷翝仓捎貌迦胧秸駬v器振搗，混凝土表面保證平整。

3.3 爬梯吊裝

爬梯單元采用吊車(chē)逐節(jié)吊裝就位、人工輔助固定。吊裝前，測(cè)量放線爬梯的4 個(gè)角坐標(biāo)，確保位置準(zhǔn)確，采用水準(zhǔn)儀測(cè)量爬梯外圍底框架范圍內(nèi)基礎(chǔ)標(biāo)高，不平處用薄鋼板支墊。

采用兩點(diǎn)起吊法吊裝，確保2 根鋼絲繩長(zhǎng)短一致，禁止傾斜。首節(jié)就位后，測(cè)量梯頂4個(gè)角標(biāo)高，人工微調(diào)，確保水平。底框架4根橫向角鋼須與基礎(chǔ)密貼，空隙處填塞薄鋼板。在爬梯底框架基礎(chǔ)打入M16 錨固膨脹螺栓，將其固定于混凝土基礎(chǔ)，螺栓頂穿過(guò)角鋼預(yù)留孔，頂部設(shè)置鋼墊板，擰緊螺母，確保爬梯穩(wěn)固、不移位。螺栓固定后，用砂漿包裹爬梯4個(gè)邊，避免銹蝕影響。

依次逐節(jié)安裝以上各節(jié)爬梯單元，為保證爬梯垂直，采用水平尺和吊錘在2 個(gè)方向成90°測(cè)量控制，垂直度偏差不大于爬梯高度的1/500 且不大于50 mm，平面位置偏差不大于50 mm。對(duì)于爬梯單元之間的連接，須在頂、底框架角鋼上預(yù)留孔，用M20 螺栓錨固，并在上1 節(jié)底框架的4 個(gè)角，成90°焊接2 塊20 cm 長(zhǎng)的∠10×10 cm 角鋼作為卡槽，防止爬梯移位。最低1 節(jié)爬梯設(shè)置1個(gè)門(mén)，未施工時(shí)及下班后須上鎖。

3.4 連接系安裝

連接系采用I10 工字鋼，一端焊接于爬梯立柱角鋼，另一端焊接于相鄰墩身大小里程預(yù)埋鋼板。

3.5 上橋通道安裝

爬梯頂部至梁面用φ48 mm 鋼管焊接成寬1 m 通道，兩側(cè)焊接鋼管扶手，扶手高1.2 m。通道滿(mǎn)鋪腳手板，無(wú)探頭板，用鐵絲雙股并聯(lián)綁扎于鋼管，通道兩側(cè)設(shè)置高度不小于18 cm的踢腳板。

近五年，所讀之書(shū)多與小學(xué)語(yǔ)文和教育關(guān)聯(lián)不大，是跳出語(yǔ)文、跳出教育的閱讀。在這些閱讀中，中國(guó)文化讓我感到特別親切，因?yàn)樗容^貼近我們的生活，尤其是巴蜀文化及巴蜀名士的書(shū)籍，司馬相如、揚(yáng)雄、三蘇、魏了翁、劉沅、唐甄、賀麟等，更讓我著迷。為了讓學(xué)生們了解并熱愛(ài)地方文化，我們結(jié)合小學(xué)語(yǔ)文教學(xué)研究的情況，在“兒童視野下的小學(xué)語(yǔ)文教學(xué)研究”的基礎(chǔ)上，提出了小學(xué)“三味”語(yǔ)文教學(xué)的主張，即小學(xué)語(yǔ)文教學(xué)要具有兒童味、語(yǔ)文味和地方味，并在一些學(xué)校開(kāi)展了一系列探索和實(shí)踐，取得了比較好的效果。

3.6 爬梯拆除

拆除前對(duì)爬梯進(jìn)行全面檢查，清除多余物件，并設(shè)立拆除區(qū)，禁止人員進(jìn)入。爬梯拆除應(yīng)遵循先支后拆、后支先拆的原則，從上往下逐節(jié)拆除。拆除過(guò)程中，禁止猛烈敲打和強(qiáng)扭，材料嚴(yán)禁亂扔、拋擲；拆除部件用吊車(chē)逐節(jié)吊至地面堆碼。高空作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員應(yīng)佩戴安全帶、安全帽，做好防范措施。拆除完成后，用平板車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)場(chǎng)周轉(zhuǎn)。

4 穩(wěn)定性驗(yàn)算

為了評(píng)估爬梯安全性，按構(gòu)件結(jié)構(gòu)及受力特點(diǎn)，采用桿系有限元方法進(jìn)行評(píng)估驗(yàn)算［5-6］。驗(yàn)算采用Midas Civil 2006軟件進(jìn)行，模型主要為梁?jiǎn)卧?，爬梯底部設(shè)置四角約束Dx、Dy、Dz，每層標(biāo)準(zhǔn)爬梯4個(gè)角之間用彈性連接模擬。驗(yàn)算內(nèi)容包括爬梯組成桿件的強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定性（見(jiàn)圖2）。

計(jì)算荷載取值如下：

（1）自重：按鋼材實(shí)際容重78.5 kN/m3計(jì)算，Midas中取自重系數(shù)z=-1；

（2）人員取限值8個(gè)人，單個(gè)人按100 kg考慮，計(jì)算人員荷載為8×100 kg×10 N/kg=8 kN，建模計(jì)算模擬此工況按最上部2層加載，每層4個(gè)人加載考慮計(jì)算；

（3）風(fēng)荷載：北京地區(qū)基本風(fēng)壓取0.45 kN/m2，風(fēng)壓高度變化系數(shù)0.74，風(fēng)荷載體型系數(shù)1，計(jì)算作用在框架∠10×10 cm 角鋼上風(fēng)荷載（線荷載）為0.45×0.74×1×0.1=0.034 kN/m；

（4）模型高度：取值20 m。

表1 計(jì)算荷載取值

驗(yàn)算主要考慮如下工況：（1）強(qiáng)度計(jì)算：1.2×樓梯自重+1.4×（人員荷載+風(fēng)荷載）；（2）剛度計(jì)算：1.0×（人員荷載+樓梯自重）；（3）穩(wěn)定性計(jì)算：1.2×樓梯自重+1.4×（人員荷載+風(fēng)荷載）。

通過(guò)以上3個(gè)工況評(píng)估，爬梯組成桿件的強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求，其中爬梯最大豎向變形為2.33 mm，滿(mǎn)足規(guī)范不大于L/400=2 900/400=7.25 mm 的要求；爬梯構(gòu)件在自重、人員荷載及水平風(fēng)荷載作用下的最大組合應(yīng)力值為109.11 MPa，小于型鋼設(shè)計(jì)值205 MPa，滿(mǎn)足要求；最低臨界荷載系數(shù)達(dá)173.5，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定可靠。

5 效益分析

對(duì)于常見(jiàn)的盤(pán)扣式腳手架爬梯和自制鋼爬梯2種方案，首先對(duì)其穩(wěn)定性、材料周轉(zhuǎn)性、經(jīng)濟(jì)效益等方面的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)表2）。

圖2 鋼爬梯結(jié)構(gòu)受力驗(yàn)算

表2 爬梯優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

由表2 可知，自制鋼爬梯在穩(wěn)定性、材料周轉(zhuǎn)性、經(jīng)濟(jì)效益等方面更加合理。

然后，對(duì)2 種方案的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對(duì)比分析（見(jiàn)表3）。自制鋼爬梯采用多節(jié)拼裝，每節(jié)高2 m，底寬4 m×2 m。盤(pán)扣式腳手架爬梯采用上、下通道，分開(kāi)為2組，單組底寬2 m×1.5 m。

表3 爬梯方案經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

由表3可知，相對(duì)于盤(pán)扣式腳手架爬梯，自制鋼爬梯節(jié)約成本680 元/m，按照京沈客專(zhuān)京冀段14 標(biāo)動(dòng)車(chē)走行線特大橋同時(shí)展開(kāi)4 個(gè)工作面，每個(gè)工作面墩高20 m，可節(jié)約成本5.44萬(wàn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

基于京沈客專(zhuān)京冀段14 標(biāo)動(dòng)車(chē)走行線特大橋，自制裝配式鋼爬梯應(yīng)用于橋梁施工。結(jié)果表明，自制裝配式鋼爬梯整體穩(wěn)定性較好，尤其在橋梁高墩，可承受多人交叉上下，并具有拼裝速度快、利于重復(fù)使用、節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)，可在類(lèi)似工程項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。