马浩

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南长沙 410000）

1 工程概况

红河州建（个）元高速公路项目3#路基开挖在国道G245上方山坡上，土石方开挖时有可能有坠物掉落国道上，为了国道的交通安全，特在国道该路段设置防护棚支架进行防护。路基第一段影响区域，与G245国道水平距离约为161.62～259.9m，垂直距离约为134.4～178m，坡度约为1:1.169～1:1.46；第二段影响区域与G245国道水平距离约为68.92～138.31m，垂直距离约为39～62.6m，坡度约为1:1.767～1:2.209，地势陡峭。

2 防护棚架设计及结构验算

2.1 施工设计

该防护棚架设置两段，第一段约828.69m长，第二段约83.46m长，棚架沿国道设置，立柱横向间距约3.5～6m，顶盖宽由山坡边沿至路面外侧，两侧高差约0.2m，靠山为高边侧，形成2.5%的排水横坡。立柱采用扩大混凝土独立基础，纵向间距6m，长宽高为80cm×80cm×50cm，埋深于岩层面上，顶面设钢预埋件与钢管立柱相焊接，立柱为φ529×10钢管，纵向每隔约100m位置两钢管间设柱间联结系。柱顶与2I45a纵向分配梁焊接，顶上设横向分配梁2I45a，间距为1.5m，其上满铺钢模板，模板纵肋为[6.3，间距约50cm，模板面板厚6mm，与纵肋相焊，模板上铺40cm厚中粗砂，四周采用砂袋垒码，顶上铺压防雨布，防止粗砂滑走、吹走。

2.2 结构验算

2.2.1 设计荷载

（1）风荷载

横风压：W0=k0k1k3wd

其中：wd-设计基准风压，取5年基准期元江基本风压。

其中：γ-空气重力重度，取0.012kN/m3。

其中：k2-考虑地面粗糙度类别和梯度风速调度变化修正系数，取1.0；K4-阵风风速系数，取1.38；K5-地面地理条件系数，取1.0；v10-安全棚所在地区5年基准期基准风速。查规范取20.6m/s。

（2）自重荷载

防护棚架结构自重，进行计算时应考虑。其中：砂自重重度：g1=16kN/m3（一般干密度为14kN/m3，含水稍密为16kN/m3）；型钢自重重度：g1=78.56kN/m3。

（3）坠物荷载

假定：①下落物体为刚体；②下落过程为自由落体过程；③坠物穿过砂层后，冲击到型钢，忽略型钢的弹性变形；④下落物体最大质量不超过100kg，m=100kg计；⑤坠物最不利落点横向分配梁跨中位置。

坠物在一定高度上具有一定的势能mgH，该物体下落时，该势能转化为动能，对碰撞物来讲，该物体将能量转变成冲击力，此时自由落体运动开始转变受阻的减速运动，由此方程：

式中：m-下落物体质量；H-下落物体的下落高度（m）；Vt-下落物体在碰撞瞬间时的速度（m/s）；VT-下落物体在碰撞运动结束时的速度（m/s），取0。

求解上述联列方程得出下面各式：

由于分配梁在力的作用下产生挠度，以简支梁为例，当一个集中荷载作用在梁的跨中时，该点产生的位移为：

式（7）中，型钢I45，E=2.1×108kPa，I=3.224×10-4m4，L=6m，H=50m，Δhs=0.5m。求得冲击力F=877kN，按3根横向分配梁承受此荷载考虑。

2.2.2 计算强度及稳定性结果分析

（2）横向分配梁2I45a：

2I45a抗弯模量：W=2×Wx=2×1430×103mm3

（3）纵向分配梁2I45a：

截面特性：同上。

（4）钢管柱φ529×10：

2.3 结论

综合上述计算结果，安全防护支架能防御从50m高空坠落100kg重物。

3 防护棚架施工

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程如下：场地平整→测量放样→立柱基础施工→钢管立柱安装→纵向分配梁安装→横向分配梁安装→δ6钢板及[6.3纵肋安装→砂袋垒码及中粗砂施工→支架拆除。

3.2 施工准备

（1）防护棚架安装之前应对现场是否具备开工条件进行核查，提前做好规划布置工作；开工前现场应提前做好相关安全警示标识以及交通疏解工作。

（2）现场所需物资、设备种类繁多，开工前应根据设计图纸，提前将各种物资、器具存放在指定仓库内，保证施工的连续性。

3.3 立柱基础施工

（1）基础采用机械配合人工开挖，垂直开挖，开挖基坑平面尺寸为0.8m×0.8m，开挖深度根据现场进行调整；

（2）基础采用C20混凝土分层浇筑，每25cm一层，在每一位置的振动时间一般为15—20s，不得过久，应以振至混凝土混合料泛浆，不明显下降，不冒气泡，表面均匀为度；

（3）混凝土浇筑完成后，用透明塑料薄膜封闭覆盖混凝土面层，防止混凝土开裂；

（4）模板拆除后，露出地面部分周边做好防撞标识，涂以10cm黄黑相间呈45°的普通漆。

3.4 钢管立柱安装

待立柱基础施工完毕后，安装φ529×10螺旋钢管立柱。左右对称施工，螺旋管高度按照6m高度进行安装，底部与预埋钢板进行焊接。立柱安装应保证垂直度，不得存在倾斜现象，垂直度偏差不得大于1%，以免钢管立柱偏心受压影响支架整体稳定性。

3.5 纵向双拼I45a分配梁安装

钢管立柱上部为双拼I45a工字钢分配梁，居中布置。分配梁与钢管立柱顶板焊接防倾覆。单跨钢管立柱顶部双拼工字钢横梁应水平，保证净空。

3.6 横向双拼I45a分配梁安装

纵向分配梁上方布置横向双拼I45a工字钢，间距按照1.5m进行布置，纵横向分配梁之间进行焊接，焊缝饱满。横向分配梁靠近山坡一侧，应锚入山体不小于10cm。

3.7 δ6钢板与[6.3纵肋安装

在进行[6.3纵肋安装之前，应先在横向分配梁做好相应标识，按照0.5m间距进行划线布置，并将[6.3纵肋与其与δ6钢板进行焊接。焊接完成后，将其用25T吊机进行整体吊装就位，并在端部及其跨中，将其与横向分配梁焊接，增强稳定性。

3.8 砂袋垒码及中粗砂施工

（1）砂袋垒码。顶面封闭层结构设计为四周用砂袋垒码50cm，内部填充40cm厚中粗砂。中粗砂起到减震作用与抗冲击作用。靠近道路外侧砂袋垒码分三层，底部沿横向并排布置三个砂袋，第二层两个砂袋，第三层一个砂袋，居中码放；靠近山体一侧砂袋应紧贴山体，沿着山坡走向码放三层，每一层各一个砂袋，防止飞石沿着边坡滑落。

（2）中粗砂施工。综合多方面因素，决定采用吨袋吊装的方式施工：先在取料场用吨袋装好，高度约40cm，用挖机或者吊车吊装至自卸车内，现场采用25t吊车进行吊装。吊装时可根据现场路面宽度选择支腿全伸或者半伸。

3.9 防护棚拆除

路基施工完成后，应及时对防护棚架进行拆除，拆除原则为先搭后拆，从上至下依次拆除。拆除过程中应左右对称拆除，避免倾覆现象发生。

拆除方法如下：

（1）根据现场交通情况，支架拆除应按照分段拆除方式进行施工；

（2）首先用25t吊车将砂袋及中粗砂吊至自卸车上，吊装过程中若有砂粒散落至道路上，应及时清理；

（3）用氧气乙炔切割钢板，切缝选在钢板拼接缝处，然后用吊车缓缓吊下，转运；

（4）然后依次拆除[6.3槽钢、横向分配梁、纵向分配梁，每次吊装前应保证人员到达安全位置后，方可进行起吊，避免吊装过程中摆动，撞击到人；

（5）钢管立柱拆除时，可利用吊车先将钢管立柱顶部吊起，并用钢丝绳将钢管柱与相邻钢管立柱进行临时栓结。待底座约束全部解除后，缓缓将其放置在转运车上；

（6）基础破除后，并将道路进行恢复。

4 结语

上跨国道施工是施工安全隐患的重点防范区域，在克服国道上车流量、交通不便、地势险要的困难下，顺利完成了整个防护棚架的施工，对同类工程有一定的参考价值。