一种新型桥面防撞护栏施工平台的结构设计

周志红，刘道寿，徐娟，高晓枫

（湖南工业职业技术学院机械工程学院，长沙 410208）

0 引言

随着中国经济持续快速增长，高速公路桥梁工程一直保持着持续快速发展的势头，随着公路基础建设投入的不断加大，施工技术水平也在不断进步。在公路桥梁修建过程中，加强安全生产管理和控制措施是确保道路桥梁畅通的关键环节，一旦发生施工安全事故，如脚手架事故、施工设备事故等，都会造成巨大经济财产损失[1]。因此，文中以桥梁施工期间在桥面防撞护栏外侧进行施工或维护保养等工作场景为例，进行桥面防撞护栏施工平台设备结构设计，以改善施工人员作业环境的舒适度，同时确保施工现场安全作业。

1 桥面防撞护栏施工平台设置现状

作为高速公路桥梁的必备设施结构，防撞护栏对高速行车安全、行车舒适度、公路两侧景观具有一定的影响。防撞护栏的结构设计中，根据行车设计速度及实际情况、护栏的防撞性能、碰撞后的变形程度、美观和环境要求及护栏的全寿命周期成本等因素来确定其防撞等级，防撞护栏施工方案一般采用定制钢模分段拼装浇注。目前桥梁施工现场桥面防撞护栏外侧工作或维护保养时，特别是高架桥施工项目，需将施工人员放置于桥面防撞护栏外侧作业，如外侧模板的安装与拆卸、接缝处理、排水系统作业、混凝土浇注、灌浆等施工作业时。桥面防撞护栏外侧施工作业区域属悬空状态，给现场施工人员带来极大的不便和安全隐患，如施工平台摇晃、坠落等。此时如何确保施工作业人员的人身安全及工程施工质量，是项目施工现场优先考虑解决的事情。现阶段，随着施工安全意识的提高，国内公路桥梁桥面防撞护栏施工期间采用专用操作施工平台或设备的情况得到极大的改善，但鉴于工程施工周期、施工成本、作业环境及无相应管理法规条例等客观因素下，桥面防撞护栏施工平台结构相对简单，结构刚性差、制作质量低劣等现象，不能很好地解决施工作业人员的人身安全和劳动强度的问题，存在一定的安全隐患。如图1所示，目前现场处理方案多数采用简易铁支架上端悬挂与安全绳相结合的方式。此方式作业有诸多不确定因素，事故率高，具体分析如下：1）由于简易铁支架搭接在桥面防撞护栏或预埋钢筋上，容易产生滑移，导致在简易铁支架上的施工作业人员处于摇晃或脱落等不安全状态；2）简易支架现场就地取材焊接制作而成，制造工艺质量标准不统一且结构无强度安全验算，整体刚性偏弱，易变形、晃动，难以满足施工作业的使用要求，存在安全隐患；3）在图1所示环境下作业，操作人员劳动强度大，在作业的同时要时刻留意自身安全状态，施工效率低且施工质量得不到保证。

图1 目前桥面防撞护栏外侧施工方案示意

在中国知网、万方数据库等知名论文网站数据库中，关于桥面防撞护栏施工平台设计研究的资料比较少，防撞护栏的相关研究内容主要集中在防撞护栏本体的研究。曾硕[2]分析了目前高速公路桥梁外侧防撞护栏创新设计现状问题，提出防撞护栏创新设计理念与设计方式；赵欢[3]主要进行桥面系防撞护栏施工向标准化、精细化和规范化管理等方向的研究；宋旭明等[4]提出一种新型装配式防撞护栏，通过有限元分析计算证明，该新型护栏导向性好，具备更佳的吸能缓冲效果，能有效提高乘车安全性；汪昱洲等[5]针对农村公路的路侧险要路段的安全问题，提出了路侧险要路段的风险水平判别标准，并对不同风险水平等级的路侧险要路段采取了不同类型的安全生命防护工程对策，使其满足“安全、有效、经济、实用”的要求。以上文献均涉及防撞护栏本体特性的研究，如结构形式、材料、设计理念、安装方式、安全风险级别等内容，对防撞护栏现场施工装备的应用研究相对匮乏。

2 新型桥面防撞护栏施工平台结构设计方案

2.1 桥面防撞护栏施工平台结构及工作原理

根据上述桥面外侧防撞护栏施工平台应用现状，考虑现场施工安全，本文设计出一种新型桥面防撞护栏施工平台结构，该装置可以很好地改善桥面防撞护栏外侧作业环境：作业时平稳、无晃动，作业人员所处的作业环境舒适度大幅提升，促进施工作业效率与施工质量的提高，同时大大降低施工安全事故[6]。由于施工平台刚性好，可循环利用，有利于施工成本的控制，具体结构如图2、图3所示。

结合图2、图3所示结构，将新型桥面防撞护栏施工平台结构说明如下。

图2 桥面防撞护栏施工平台结构示意图

图3 桥面防撞护栏施工平台结构分解示意图

桥面防撞护栏施工平台主要由行走机构、配重、机架与通道部分、活动挂篮部分和导向部分等组成，其相互装配关系如下：1）行走机构（行走轮组件）均布安装于机架结构的底部，配重部分位于机架非作业区域一侧，固定在机架底部区域；2）机架与通道部分主要含有通道行走平台、侧面防护、作业区域上下通行楼梯及防护等功能部件；3）导向部分采用活动式结构，由支架、导轮及螺栓组件组成，可采用伸缩式或固定式两种结构，导向部分一端固定于机架上，另一端导轮顶在桥面防撞护栏内侧面，主要确保施工平台移动位置正确，不偏移正确的路线，以避免安全事故；4）活动挂篮部件通过销轴组件与机架连接，作业时活动挂篮打开，非作业时活动挂篮收拢至机架中，活动挂篮收拢与打开状态如图4所示。

如图4所示，活动挂篮处于作业状态时，先将定位螺栓旋至非工作空间状态，释放活动挂篮旋转自由度，再将活动挂篮打开，然后装配好快插支架。非作业状态时，先将快插支架取下，活动挂篮收拢放置于机架内，再旋出定位螺栓，使螺栓杆将其约束固定。其中快插支架的主要作用是在活动挂篮收拢状态下方便施工人员的通行。活动挂篮结构的运用可更大程度地有效解决在施工过程中避开障碍物，同时方便工作开始时施工平台的布展，以及工作结束后施工平台的转移。

图4 活动挂篮状态示意图

新型桥梁防撞护栏施工平台是利用倾翻力矩平衡原理来保证施工作业人员能安全作业，其工作原理为：利用设备自身重力产生的稳定力矩大于活动挂篮侧施工人员、施工物料或施工器具的重力所产生的倾翻力矩之和，确保施工环境安全可靠。核算公式如下：

式中：G为防撞护栏施工平台的质量，kg；L为防撞护栏施工平台的重心到倾翻边缘的垂直距离，m；Gi为施工人员质量、施工物料的质量或施工器具的质量，kg；Li为施工人员、施工物料或施工器具等各自的重心到倾翻边的垂直距离，m；K为稳定安全系数，装备自身重力产生的稳定力矩值与操作人员及施工物料的重力产生的倾翻力矩值的比值，稳定安全系数一般取1.3～2.0。

2.2 桥面防撞护栏施工平台操作使用说明

高速公路桥梁桥面防撞护栏施工期间，采用桥面防撞护栏施工平台，施工人员应严格按照设备施工安全操作规程操作，禁止危险操作，其主要操作说明如下：1）将桥面防撞护栏施工平台现场合理放置。桥面平整，无异常突起或凹坑，将设备调整好位置后，导向部分导轮紧靠桥面防撞护栏内侧表面，以确保施工空间。2）施工人员携带施工材料或施工器具从通道进入右侧机架底部挂篮区域，特别需要注意的是，携带物料的质量要符合安全操作规程。3）旋转定位螺栓，释放活动挂篮的旋转自由度，将活动挂篮打开到位，并插上快插支架。4）施工作业状态。过程中由桥面操作人员驱动防撞护栏施工平台移动，注意导向部分的导轮始终顶在防撞护栏内侧面。5）施工结束状态。取下快插支架，收拢活动挂篮，再旋转定位螺栓定位，限制活动挂篮的旋转自由度，最后施工人员从通道返回桥面。

3 结语

新型桥面防撞护栏施工平台设计充分考虑了施工现场安全情况，解决了桥面防撞护栏外侧作业强度大、安全性差的事故隐患。施工平台结构刚性好，解决了作业时晃动问题，极大地提升了施工人员的作业舒适度，促进了施工作业效率与质量的提升。目前此桥面防撞护栏施工平台装置已获得实用新型专利（CN212103693U），其研究成果对桥梁工程中防撞护栏施工作业有一定的借鉴意义。