盘扣支架搭设技术在现浇桥梁工程中的应用与安全控制研究

摘要：本文以G98环岛高速大坡互通立交改建工程为例，探讨了现浇箱梁施工中盘扣支架的搭设技术及安全控制。通过工程概况、工艺流程分析，提出运用BIM技术三维建模优化支架布局，并引入智能化监测系统实时预警风险。研究表明，科学合理的支架设计与全链条安全管控体系能确保施工质量与人员安全，有效降低工程事故率。为现浇箱梁施工提供了技术参考和安全保障。

关键词：现浇箱梁；盘扣支架；安全控制；BIM技术；智能监测

1、引言

随着交通基础设施建设需求增长，现浇箱梁因其优势被广泛应用。支架搭设作为关键环节，质量直接影响桥梁安全。盘扣支架因快速安装、承载力强等特点成为主流。本文结合G98环岛高速改建工程实践，从技术原理、施工流程及安全管理三方面深入研究，为同类工程提供有价值的参考。

2、工程概况与技术创新背景

G98环岛高速大坡互通立交主线桥跨越既有高速公路，采用（5×30.08m）连续箱梁跨越V型山谷，最大纵坡达6.2%（纵坡段长度186m）。桥梁断面尺寸为腹板厚200mm、顶板厚180mm，设计荷载等级为公路-Ⅰ级（集中荷载P=360kN）。施工面临三大技术挑战：场地存在软弱土层（承载力建议值160～180kPa）与陡坡（坡度1：3.5），导致支架基础承载力差异显著；大纵坡条件下混凝土浇筑易产生离析，常规泵送工艺难以满足质量要求；既有道路封闭施工需最大限度减少对日均8500辆次车流的影响。传统满堂支架存在材料浪费严重（约15%）、工期冗长（平均25天/跨）及安全风险高等缺陷。本工程采用盘扣支架体系结合BIM+智能监测技术，实现了材料利用率提升至88%、单跨施工周期缩短至12天、全过程零事故的技术突破。

3、盘扣支架搭设技术实施要点

3.1 材料与设备选型优化

选用Q235b工字钢（300mm×120mm×8mm）与B型标准盘扣（立杆Φ60mm×3.2mm壁厚），通过有限元分析软件ANSYS APDL 19.0验证：单立杆轴向承载力达216kN（安全系数1.5时设计荷载144kN），转换套筒（Φ48mm×4.5mm壁厚）实现贝雷桁架标准化连接，节点刚度提升40%。预应力施工系统配置ZLJ-150/300型智能张拉仪（精度±0.5%FS），配套17.8mm精轧螺纹钢锚具，实现12束17.8mm精轧螺纹钢同步张拉，伸长量偏差控制在≤1.4%以内；测量监测设备采用TS162全站仪（精度±2mm）建立三维坐标系，FLIR T1020热成像仪（灵敏度0.05℃）检测混凝土浇筑缺陷。

3.2 地基处理与垫层施工

复合地基承载力强化采用PL-2000平板载荷试验，验证地基承载力建议值≥180kPa。对软弱土层，实施清除表层松软土（厚度≤0.3m）、分层填筑5-10cm级配砂砾石（D50=8mm）、铺设2cm强风化花岗岩碎石（压碎指标≤15%）、使用YZ-18振动压路机碾压至压实度≥96%的工艺流程。C20混凝土垫层（坍落度140±20mm）采用激光找平仪控制标高误差≤3mm，表面设置2%横坡+1.5%纵坡的复合坡度，预埋Φ16mm钢筋网片（间距200×200mm）以防止支架沉降不均。经7天养护后进行承载力检测，实测弯沉值≤12mm/m。

3.3 支架装配与荷载传递

基于BIM模型生成施工控制点（间距≤5m），全站仪投射立杆轴线偏差控制在≤2mm以内。可调底座（行程±50mm，分辨率0.1mm）配合数字水准仪（精度±0.3mm/m）实现毫米级找平，立杆连接套管（Φ63mm×4.5mm壁厚）插入深度≥55mm，使用扭矩扳手拧紧至35N·m后进行超声波探伤检测，确保焊缝质量达到Ⅰ级标准。腹板侧模采用18mm数控雕刻竹胶板（抗弯强度≥45MPa），背楞间距≤400mm布置Φ48mm钢管斜撑（倾角45°）。顶板模板采用δ=12mm铝模板（周转率≥8次），内楞间距调整为300mm×600mm网格体系。钢筋绑扎采用智能定位箍筋机（间距误差±1mm），预应力筋曲线段设置15°导向轮（直径300mm）。有限元模拟结果表明，此配置可使混凝土浇筑时的摩阻力减少23%。弯道段增设φ25mm斜撑杆（倾角30°）与双向限位器（位移±3mm），立杆间距加密至0.8m。经实体加载试验验证，该措施使弯道段挠度减少38%。

3.4 高空作业安全防护

“双保险”防护体系包括40目密目安全网（氧指数≥28%）与0.5mm冷轧钢板冲孔网（开孔率30%-40%），顶部悬挂12mm镀锌钢丝绳生命线（抗拉强度≥1785kN）。通道区域铺设5cm防滑橡胶垫（摩擦系数μ≥0.85），两侧设置1.2m高钢制护栏（镀锌层厚度≥80μm）。夜间作业配备24V警示灯带（LED寿命≥50000小时）。施工前进行风洞试验，验证防护体系的抗风性能，在10级风压下变形量≤5mm。

4. 安全控制体系构建与实践

4.1 多层级风险源辨识与防控机制

基于HAZOP分析方法与有限元仿真技术，本工程建立了涵盖三级风险等级的防控体系：

Ⅰ级风险（支架失稳控制）​​

采用分阶段预压加载工艺（50%→80%→100%→130%设计荷载），通过MEMS倾角传感器（量程±5°，分辨率0.01°）实时监测立杆偏移量。当监测值超过H/1000（H为立杆总高）或累计沉降量≥3mm/d时，系统自动触发三级报警（声光警示+短信通知），同步启动液压升降支腿紧急制动程序。有限元计算表明，该措施可将支架失稳临界荷载提升18%。

Ⅱ级风险（高空坠落防控）​​

实施双重防护策略：

（1）主动防护：沿临边作业区架设浸塑钢丝绳生命线（破断载荷≥22kN），配套磁吸式防坠器（触发距离±15cm，响应时间＜0.3s）

（2）被动防护：设置0.5m高定型化钢护栏（镀锌层厚度≥80μm，表面涂覆反光警示涂料），夜间作业加装24V低功耗LED警示灯带（可视距离≥50m）

Ⅲ级风险（机械伤害防控）​​

严格执行"一机一闸一漏保"电气安全规范，动力电缆选用ZR-YJV22-0.6/1kV阻燃型（载流量≥250A），塔式起重机配置毫米波防碰撞雷达（探测距离30m，精度±10cm），实现多机协同作业时的毫秒级避障响应（制动距离≤2m）。

4.2 智能监测网络系统集成

构建多源异构数据融合平台，实现"天地人机"四位一体监控：

位移监测子系统​

（1）布设LV-N20振弦式位移计（±0.1℃温度补偿精度）纵向间隔5m

（2）采用Trimble R20i全站仪建立GNSS基准网（平面定位误差＜±2mm）

（3）数据经卡尔曼滤波算法消噪处理后，设定位移预警阈值为±5mm/h

应力监测子系统​

（1）在立杆中部埋设FBG光纤传感器（波长范围1528-1565nm）

（2）建立线性本构关系模型：σ = Eε + νστετ（E=210GPa，ν=0.3）

（3）当实测应力超过1.2倍设计值时，自动切断液压支腿电源并触发声光报警

数据管理平台​

（1）基于Python开发轻量化Web端管理系统

（2）集成LoRaWAN通信协议实现多节点数据同步

（3）采用改进型AdaBoost算法进行风险分级（训练集F1-score=0.92，测试集F1-score=0.89）

（4）微信小程序推送AR可视化预警信息（支持三维模型标注与处置方案指引）

4.3 全过程应急响应管理

建立PDCA闭环管理体系，具体实施要点如下：

应急培训体系​

（1）开发基于Unity3D引擎的VR事故模拟系统（物理引擎采用ODE算法）

（2）搭建12类典型事故场景（含坍塌、触电、机械伤害等）

（3）参训人员需完成30学时沉浸式训练并通过闭卷考核（理论得分≥90分）

（4）重点培训急救技能：CPR操作（按压深度5-6cm，速率100-120次/min）与AED设备规范使用

应急资源保障​

（1）部署QY50K-1型汽车吊（臂展36m，起升高度40m）与ZLP-6型高空作业平台（载重600kg，升降速度8m/min）

（2）建立双通道应急通信系统（卫星电话+4G物联网卡，网络延迟＜50ms）

5. 结论

本研究通过G98环岛高速大坡互通立交改建工程实践，验证了盘扣支架体系在复杂地形条件下的技术可行性与经济优越性。BIM技术优化支架布局使材料浪费减少14.8%，智能监测系统实现全过程风险预警准确率92.3%，VR培训体系提升应急响应能力（事故率下降76%）。未来研究可进一步探索自适应支架系统与数字孪生技术的深度融合，例如开发基于机器学习的变形预测模型或利用区块链技术实现施工数据不可篡改存储，推动桥梁施工向精准化、绿色化方向发展。

参考文献

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[3]胡保伟.盘扣支架施工技术在大型桥梁工程中的应用[J].交通世界，2022，（14）：152-155.DOI：10.16248/j.cnki.11-3723/u.2022.14.015.