装配式钢爬梯在桥梁工程中的应用

唐树明

（中铁十七局集团第三工程有限公司，河北石家庄 050081）

0 引言

为保证高铁线路的高平顺性并减小占地面积，一般采用“以桥代路”方案，在线路中建设数个特大桥。为满足桥梁施工需要，通常每隔一定距离设置1 个爬梯，方便人员和小型材料上桥［1-2］。常见的爬梯为盘扣式脚手架爬梯，该类爬梯质量小、杆件间自由活动量大，随高度增加易产生晃动，且造价超过1 000 元/m，一般适用于矮墩上桥［3-4］。为降低造价、增加稳定性，京沈客专京冀段14标项目部自行设计了装配式钢爬梯，取得较好的应用效果。

1 工程概况

京沈客专京冀段14 标动车走行线特大桥全长1 424.46 m，桥址位于北京市朝阳区将台乡，线路始于东五环东侧，跨越中国铁道科学研究院集团有限公司国家铁道试验中心货场线、环行铁道，止于环行铁道内侧。桥梁墩高4.0～18.5 m，孔跨样式为：3-20 m 简支箱梁+3-24 m 简支箱梁+28-32 m 简支箱梁+1-（40+64+40）m 连续梁+1-（60+100+60）m 连续梁。其中，简支箱梁均采用支架现浇法施工。根据组织安排，每个连续梁和现浇简支箱梁作业面均设置1个爬梯。

2 设计方案

爬梯由钢结构单元组拼而成，钢爬梯单元为4 m×2 m×2 m（长×宽×高）。钢爬梯主要由框架、梯子、扶手、转角平台及其他配套构件组成。主框架采用∠10×10 cm 角钢，次框架采用∠5×5 cm 角钢；梯子采用∠10×10 cm 角钢作斜支撑、［20 槽钢作顶横支撑、压花钢板作踏面；扶手采用φ48 mm 钢管；转角平台采用压花钢板；防护采用15 cm×15 cm密目铁丝网。设计承载为8人。单节钢爬梯构造见图1。

图1 单节钢爬梯构造

3 施工工艺

3.1 爬梯加工

按照设计图纸，计算钢材下料长度，切割下料。主框架采用角钢焊接，先将底层框架4根角钢按间距排列整齐，接头为内外双面满焊，依次安装竖向4根立柱角钢，再安装顶层框架4根角钢，最后焊接次框架纵横向角钢。框架焊接后，安装横、斜支撑，横支撑为［20 槽钢焊接于顶层框架，斜支撑为∠10×10 cm 角钢焊接于顶、底层框架，在斜支撑上按20 cm间距依次焊接压花钢板踏面，钢板双面满焊。同步焊接转角平台压花钢板；扶手立柱高1 m，焊接于斜支撑；密目铁丝网焊接于框架。最后在爬梯表面喷涂防锈漆。

3.2 地基处理

基础为7.0 m×4.0 m×0.3 m（长×宽×高）C30 混凝土，施工前在基础范围内挖除杂填土，平整夯实，再进行混凝土硬化。混凝土浇筑采用插入式振捣器振捣，混凝土表面保证平整。

3.3 爬梯吊装

爬梯单元采用吊车逐节吊装就位、人工辅助固定。吊装前，测量放线爬梯的4 个角坐标，确保位置准确，采用水准仪测量爬梯外围底框架范围内基础标高，不平处用薄钢板支垫。

采用两点起吊法吊装，确保2 根钢丝绳长短一致，禁止倾斜。首节就位后，测量梯顶4个角标高，人工微调，确保水平。底框架4根横向角钢须与基础密贴，空隙处填塞薄钢板。在爬梯底框架基础打入M16 锚固膨胀螺栓，将其固定于混凝土基础，螺栓顶穿过角钢预留孔，顶部设置钢垫板，拧紧螺母，确保爬梯稳固、不移位。螺栓固定后，用砂浆包裹爬梯4个边，避免锈蚀影响。

依次逐节安装以上各节爬梯单元，为保证爬梯垂直，采用水平尺和吊锤在2 个方向成90°测量控制，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。对于爬梯单元之间的连接，须在顶、底框架角钢上预留孔，用M20 螺栓锚固，并在上1 节底框架的4 个角，成90°焊接2 块20 cm 长的∠10×10 cm 角钢作为卡槽，防止爬梯移位。最低1 节爬梯设置1个门，未施工时及下班后须上锁。

3.4 连接系安装

连接系采用I10 工字钢，一端焊接于爬梯立柱角钢，另一端焊接于相邻墩身大小里程预埋钢板。

3.5 上桥通道安装

爬梯顶部至梁面用φ48 mm 钢管焊接成宽1 m 通道，两侧焊接钢管扶手，扶手高1.2 m。通道满铺脚手板，无探头板，用铁丝双股并联绑扎于钢管，通道两侧设置高度不小于18 cm的踢脚板。

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3.6 爬梯拆除

拆除前对爬梯进行全面检查，清除多余物件，并设立拆除区，禁止人员进入。爬梯拆除应遵循先支后拆、后支先拆的原则，从上往下逐节拆除。拆除过程中，禁止猛烈敲打和强扭，材料严禁乱扔、抛掷；拆除部件用吊车逐节吊至地面堆码。高空作业时，作业人员应佩戴安全带、安全帽，做好防范措施。拆除完成后，用平板车进行转场周转。

4 稳定性验算

为了评估爬梯安全性，按构件结构及受力特点，采用杆系有限元方法进行评估验算［5-6］。验算采用Midas Civil 2006软件进行，模型主要为梁单元，爬梯底部设置四角约束Dx、Dy、Dz，每层标准爬梯4个角之间用弹性连接模拟。验算内容包括爬梯组成杆件的强度、刚度、整体稳定性（见图2）。

计算荷载取值如下：

（1）自重：按钢材实际容重78.5 kN/m3计算，Midas中取自重系数z=-1；

（2）人员取限值8个人，单个人按100 kg考虑，计算人员荷载为8×100 kg×10 N/kg=8 kN，建模计算模拟此工况按最上部2层加载，每层4个人加载考虑计算；

（3）风荷载：北京地区基本风压取0.45 kN/m2，风压高度变化系数0.74，风荷载体型系数1，计算作用在框架∠10×10 cm 角钢上风荷载（线荷载）为0.45×0.74×1×0.1=0.034 kN/m；

（4）模型高度：取值20 m。

表1 计算荷载取值

验算主要考虑如下工况：（1）强度计算：1.2×楼梯自重+1.4×（人员荷载+风荷载）；（2）刚度计算：1.0×（人员荷载+楼梯自重）；（3）稳定性计算：1.2×楼梯自重+1.4×（人员荷载+风荷载）。

通过以上3个工况评估，爬梯组成杆件的强度、刚度、整体稳定性满足要求，其中爬梯最大竖向变形为2.33 mm，满足规范不大于L/400=2 900/400=7.25 mm 的要求；爬梯构件在自重、人员荷载及水平风荷载作用下的最大组合应力值为109.11 MPa，小于型钢设计值205 MPa，满足要求；最低临界荷载系数达173.5，结构整体稳定可靠。

5 效益分析

对于常见的盘扣式脚手架爬梯和自制钢爬梯2种方案，首先对其稳定性、材料周转性、经济效益等方面的优缺点进行对比（见表2）。

图2 钢爬梯结构受力验算

表2 爬梯优缺点对比

由表2 可知，自制钢爬梯在稳定性、材料周转性、经济效益等方面更加合理。

然后，对2 种方案的经济效益进行对比分析（见表3）。自制钢爬梯采用多节拼装，每节高2 m，底宽4 m×2 m。盘扣式脚手架爬梯采用上、下通道，分开为2组，单组底宽2 m×1.5 m。

表3 爬梯方案经济效益对比

由表3可知，相对于盘扣式脚手架爬梯，自制钢爬梯节约成本680 元/m，按照京沈客专京冀段14 标动车走行线特大桥同时展开4 个工作面，每个工作面墩高20 m，可节约成本5.44万。

6 结束语

基于京沈客专京冀段14 标动车走行线特大桥，自制装配式钢爬梯应用于桥梁施工。结果表明，自制装配式钢爬梯整体稳定性较好，尤其在桥梁高墩，可承受多人交叉上下，并具有拼装速度快、利于重复使用、节约成本等优点，可在类似工程项目中推广应用。