李連玉/中鐵七局集團西安公司

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特大橋混凝土連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)研究

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【摘 要】由于橋梁轉(zhuǎn)體施工方法在跨越既有線建設(shè)中能夠安全快速施工，確保既有運輸通道暢通，發(fā)揮出其獨特的優(yōu)勢，產(chǎn)生顯著的社會經(jīng)濟效益,因此有很大應(yīng)用優(yōu)勢和廣闊前景。本文主要介紹了特大橋混凝土連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)要點，為同行提供參考。

【關(guān)鍵詞】特大橋；混凝土；連續(xù)梁；轉(zhuǎn)體施工

1.引言

目前國內(nèi)外對于大跨度現(xiàn)澆連續(xù)梁施工，均采用了支架和掛籃施工。作為緊臨既有線的橋梁施工，如按平常的施工方法，需從橋梁基礎(chǔ)開始到主體工程竣工的各個施工階段，考慮施工對運輸?shù)挠绊?，皆涉及營業(yè)線或鄰近營業(yè)線施工，工程可能干干停停，受運輸生產(chǎn)的影響較大。橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)將最關(guān)鍵的跨線施工轉(zhuǎn)移到既有線外側(cè)，大大減少了對運輸?shù)挠绊?。某特大橋利用這一技術(shù)，既保證了繁忙的客專線正常通行，又便于梁主體結(jié)構(gòu)的施工生產(chǎn)組織，對于加強施工安全和工程質(zhì)量，有較好的作用。工程自開工以來，針對該線跨客專特大橋的施工，對施工方案進行了深入細致的研究。

2.施工方案提出

加強梁體線形控制措施，梁體線形控制是大跨度橋梁施工的關(guān)鍵。我國在轉(zhuǎn)體施工方面也有先例，如在哈大客專、滬杭高鐵項目中分別采用連續(xù)梁轉(zhuǎn)體技術(shù)。轉(zhuǎn)體技術(shù)研究內(nèi)容主要是通過梁體結(jié)構(gòu)形式確定轉(zhuǎn)體用球鉸噸位、型號，轉(zhuǎn)體牽引力及慣性計算，通過施工過程對上下承臺滑道、球鉸的精密控制及稱重等方法進行研究，確保連續(xù)梁轉(zhuǎn)體成功就位。

通過結(jié)合平轉(zhuǎn)法施工建立承重系統(tǒng)、頂推系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)的相互關(guān)系，研究各系統(tǒng)控制技術(shù)及不良因素對施工的影響，減少施工誤差，達到系統(tǒng)控制目標(biāo)。線形控制方面關(guān)鍵技術(shù)為施工過程的仿真計算、梁體撓度監(jiān)測。根據(jù)施工監(jiān)測所得的結(jié)構(gòu)參數(shù)真實值進行施工階段模擬計算，確定預(yù)留拱度及立模標(biāo)高，在施工過程中根據(jù)施工監(jiān)測的結(jié)果對所產(chǎn)生的誤差進行分析、預(yù)測和調(diào)整，以保證成橋后橋面線形以及合攏段兩懸臂端標(biāo)高的相對偏差不大于規(guī)范規(guī)定值，同時，保證結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計要求。方法主要是通過建立平面及高程控制網(wǎng)及計算梁段重量誤差與預(yù)應(yīng)力張拉誤差，來確定梁體的立模標(biāo)高及平面位置。

按平轉(zhuǎn)法施工建立承重系統(tǒng)、頂推系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)的相互關(guān)系，研究各系統(tǒng)控制技術(shù)及不良因素對施工的影響，減少施工誤差，使施工實際狀態(tài)最大限度的與理想設(shè)計狀態(tài)（線形與內(nèi)力）相吻合，達到系統(tǒng)控制目標(biāo)。

3.施工技術(shù)控制措施

連續(xù)梁平轉(zhuǎn)法施工的轉(zhuǎn)體系統(tǒng)主要由：承重系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成，承重系統(tǒng)由上下轉(zhuǎn)盤構(gòu)成上轉(zhuǎn)盤支撐轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，下轉(zhuǎn)盤與基礎(chǔ)相連，通過上轉(zhuǎn)盤相對于下轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動達到轉(zhuǎn)體目的。牽引系統(tǒng)為施力設(shè)備構(gòu)成，提供轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動動力，通過牽引上轉(zhuǎn)盤帶動上球絞，達到相對于下球絞進行轉(zhuǎn)動的目的。平衡系統(tǒng)由梁體結(jié)構(gòu)本身自重及保證轉(zhuǎn)體平衡的荷載構(gòu)成。

3.1承重系統(tǒng)

承重系統(tǒng)是轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵，兼顧轉(zhuǎn)體、承重、平衡等多種功能。主要由上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤、球鉸、滑道等組成（圖1），承重系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)是球鉸。上轉(zhuǎn)盤是承重的主要結(jié)構(gòu)，其上設(shè)有防止梁體傾覆的撐腳；下轉(zhuǎn)盤設(shè)有環(huán)道和助推反力座，在轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)部分施工過程中上下轉(zhuǎn)盤之間預(yù)設(shè)砂箱及精扎螺紋鋼筋，起原始支撐和固定作用。

（1）球鉸豎向反力計算。當(dāng)偏心距為e時，轉(zhuǎn)體由球絞和兩個保險支腿三點支撐。在最不利位置時支腿至轉(zhuǎn)軸中心距為r1。支腿豎向反力N2與球絞軸心處豎向反力N1 計算如下：N1=G×e／r1；N1=G-N2。式中，N1——球絞軸心處豎向反力；N2——保險支腿豎向反力；G——轉(zhuǎn)體部分總重力；e—— 偏心距(一般取0.1 m一0.2 m)；r——最不利狀態(tài)下保險支腿中線至轉(zhuǎn)盤中心、距離。

（2）球絞平面半徑計算。球絞球面半徑一般取8 m，則球絞平面直徑D計算如下：D≥2｛ N1/(π K[σ α]）}1/2；式中D——球絞平面直徑；K——球絞接觸面積折減系數(shù)(一般取0.65—0.7)； [σ α]——球絞下混凝土的標(biāo)準(zhǔn)抗壓強度。

（3）轉(zhuǎn)盤、球絞施工。轉(zhuǎn)盤分為下轉(zhuǎn)盤、上轉(zhuǎn)盤兩部分。上下轉(zhuǎn)盤通過球絞連接，球絞一般采用鋼板精加工而成。承臺施工完畢后，精確安裝球絞，定位后用注漿混凝土固定。上轉(zhuǎn)盤附著在下轉(zhuǎn)盤上安裝，固定成型后，試平轉(zhuǎn)運行，檢查無誤后進行上轉(zhuǎn)盤施工。為保證壓力的有效傳遞及球絞上、下蓋的精確定位，在上、下轉(zhuǎn)盤基礎(chǔ)混凝土中預(yù)埋設(shè)鋼筒與上、下球絞蓋點焊連接。下轉(zhuǎn)盤球絞定位后，灌注下球絞與下鋼筒內(nèi)微膨脹混凝土。球絞表面打磨光滑后在球絞表面涂抹一層厚度為1 em潤滑劑(聚四氟乙烯粉與黃油的混合物，比例1：2。然后吊裝上球絞蓋，周邊對稱點焊上鋼筒，完成上球絞蓋的精確定位。

3.2牽引系統(tǒng)

頂推牽引系統(tǒng)由千斤頂、液壓站及主控臺等三部分組成。一般采用2臺連續(xù)千斤頂，同步牽引纏繞于轉(zhuǎn)盤上直徑 7*15 mm鋼絞線，形成水平轉(zhuǎn)動的純力偶。必要時在啟動過程可設(shè)助力頂推千斤頂，保證轉(zhuǎn)體啟動動力(圖2)。

（1）平轉(zhuǎn)牽引力計算：轉(zhuǎn)體總重量W為25000KN；其磨擦力計算公式: F=W×μ；啟動時靜磨擦系數(shù)按μ=0.1 ,靜磨擦力F= W×μ=2500KN；轉(zhuǎn)動過程中的動磨擦系數(shù)按μ=0.06；動磨擦力F= W×μ=150OKN。

（2）轉(zhuǎn)體牽引力計算:T=2/3×(R×W×μ)/D；R為球鉸平面半徑,R=1.15m；D為轉(zhuǎn)臺直徑,D=8m。μ為球鉸磨擦系數(shù),μ靜=0.1 ,μ動=0.06。計算結(jié)果：啟動時所需最大索引力T=2/3×(R×W×μ靜)/D=240KN，轉(zhuǎn)動過程中所需牽引力 T=2/3×(R×W×μ動)/D=144KN。動力儲備系數(shù)1000KN/240KN=4.16，鋼絞線的安全系數(shù)：7根/臺×26T/根/24T=7.6。計算結(jié)果表明千斤頂動力儲備和鋼絞線的安全系數(shù)均達到了本類型工程施工的要求。

（3）牽引索選用。根據(jù)牽引力，每根牽引索采用的鋼絞線根數(shù)n為：n=k*t1/（ɑ*?k）。式中：n——每束鋼絞線根數(shù)；?k——鋼絞線錨下控制應(yīng)力 =0.75 fytp(fytp鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強度)；a——單根鋼絞線截面面積；k—— 材料的安全系數(shù)。

（4）穿索。退出前后工具夾片等夾緊機構(gòu)，把帶有穿索套的15 mm鋼絞線逐一從前置頂尾部穿心孔內(nèi)穿入，此時應(yīng)注意將前后工具錨板各孔中心找正，再順次穿過牽引裝置上的前、后工具錨板，對中板上穿出。檢查頂錨板上各鋼絞線與錨板孔是否對正，同時保證鋼絞線沒有交叉和扭轉(zhuǎn)，最后用手動拉緊器預(yù)緊各鋼絞線，使各鋼絞線松緊程度基本一致。

3.3平衡系統(tǒng)

平衡系統(tǒng)主要由橋梁本身的墩臺身、上部結(jié)構(gòu)和平衡荷載構(gòu)成。橋梁的墩臺身、上部結(jié)構(gòu)在支架上施工成整體結(jié)構(gòu)。平衡重主要為壓重塊，以保證轉(zhuǎn)體施工時相對轉(zhuǎn)鉸平衡。

（1）稱重。沿梁軸線的豎平面內(nèi)，由于球鉸體系的制作安裝誤差和梁體質(zhì)量分布差異以及預(yù)應(yīng)力張拉的程度差異，導(dǎo)致兩側(cè)梁段剛度不同，質(zhì)量分布不同，從而產(chǎn)生不平衡力矩，使得懸臂梁段下?lián)铣潭炔煌?。為了保證轉(zhuǎn)體過程中，體系平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，要求預(yù)先調(diào)整體系的質(zhì)量分布，使其質(zhì)量處于平衡狀態(tài)。原理如下：以球鉸為矩心，順、反時針力矩之和為零，使轉(zhuǎn)動體系能平衡轉(zhuǎn)動，當(dāng)結(jié)構(gòu)本身力矩不能平衡時，需加配重使之平衡。即：M左一M 右= M配。式中：M左—— 左側(cè)懸臂段的自重對鉸心的力矩；M右—— 右側(cè)懸臂段的自重對鉸心的力矩；M配—— 配重對鉸心的力矩。根據(jù)實測偏心結(jié)果，對于縱向偏心，采用在結(jié)構(gòu)頂面的偏心反向位置，距離墩身中心線一定距離的懸臂段，調(diào)整水箱重量作為配載糾偏處理法。要使球鉸克服靜摩阻力發(fā)生微小轉(zhuǎn)動，需要的轉(zhuǎn)動力矩應(yīng)大于等于靜摩阻力矩。靜摩阻力矩可由下式計算：

式中，N 為轉(zhuǎn)體重量，R 為球鉸球面半徑，μ 0 為靜摩擦系數(shù)。

（2）平轉(zhuǎn)法施工保證措施采取如下：1）防傾覆措施采取在上轉(zhuǎn)盤下設(shè)置6-8組撐腳；沿環(huán)道外側(cè)布置4臺大噸位千斤頂，調(diào)整轉(zhuǎn)體的傾斜度；邊跨壓重，讓球絞和撐腳的兩后腿呈三點穩(wěn)定支撐態(tài)勢。

2）位控措施。利用預(yù)埋件和撐腳安放水平撐桿，防止脫模時轉(zhuǎn)動體系傾斜或自動旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)體到位時，防止再度轉(zhuǎn)動的措施主要有：①用混凝土塊將上下轉(zhuǎn)盤的孔隙墊緊；②焊接上下轉(zhuǎn)盤之間的連接預(yù)埋件；③在邊墩墩頂設(shè)限位擋塊；④牽引索、轉(zhuǎn)盤等作標(biāo)記，設(shè)防超鋼板，專人負責(zé)，避免轉(zhuǎn)體到位后繼續(xù)牽引。

3）微調(diào)措施。在邊墩墩頂安裝千斤頂，梁體轉(zhuǎn)體到位后進行梁端高程微調(diào)。在轉(zhuǎn)盤與承臺間，防傾保險的千斤頂對轉(zhuǎn)盤進行高程微調(diào)，保證轉(zhuǎn)體的水平姿態(tài)。①縱向微調(diào)：在轉(zhuǎn)盤之間，沿橫軸線下，前后對稱各設(shè)1臺大噸位千斤頂。②橫向微調(diào)：在轉(zhuǎn)盤之間，橋軸線的左右對稱各設(shè)1臺大噸位千斤頂。 ③在邊墩頂各設(shè)置2臺大噸位千斤頂，轉(zhuǎn)體到位后對結(jié)構(gòu)實施豎向微調(diào)。

4.試驗數(shù)值與理論對照分析

4.1轉(zhuǎn)體時間及轉(zhuǎn)動弧長計算

千斤頂?shù)臓恳碚撍俣?（mm/min）=泵頭流量（L/min）/(2×伸缸面積)。理論上由于泵頭的實際流量可根據(jù)要求從0到36L/min進行選擇，所以轉(zhuǎn)體的速度可根據(jù)設(shè)計的要求而設(shè)定在規(guī)定的時間范圍內(nèi)實現(xiàn)施工要求。根據(jù)轉(zhuǎn)體角度62°及上轉(zhuǎn)盤半徑4m，計算出鋼絞線牽引長度L=4.33m，轉(zhuǎn)體懸臂段轉(zhuǎn)動長度33.55m?，F(xiàn)將YTB泵站流量調(diào)整為5L/min，計算出千斤頂動作速度V=（5÷0.062832）×60=4.77m/h。1).轉(zhuǎn)體所用時間t=L/V=0.91h=55min。牽引鋼絞線速度：4.33/55=0.08m/min。2).轉(zhuǎn)體角速度：62°/55min=1.13°/min ， 即 0.019rad/min；3).轉(zhuǎn)體懸臂端線速度：33.55÷55=0.61m/min。

表1　轉(zhuǎn)動弧長計算

4.2最優(yōu)數(shù)值的建立

根據(jù)理論計算和試轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)建立最優(yōu)點動數(shù)據(jù)，利用最優(yōu)點動數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)體中對位調(diào)整。理論每秒梁端轉(zhuǎn)過弧長：0.61/60=0.010m，實際工程中試轉(zhuǎn)每秒梁端轉(zhuǎn)過弧長：0.061/5=0.012m，最優(yōu)數(shù)據(jù)為0.010+0.012=0.011m

5.結(jié)束語

橋梁轉(zhuǎn)體施工是指將橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計軸線位置制作(澆注或拼接)成形后，通過轉(zhuǎn)體就位的一種施工方法。它可以將在障礙上空的作業(yè)轉(zhuǎn)化為岸上或近地面的作業(yè)。施工前應(yīng)充分掌握特大橋橋梁轉(zhuǎn)體法的轉(zhuǎn)體施工原理及牽引體系、轉(zhuǎn)體技術(shù)參數(shù)的計算方法，轉(zhuǎn)體成功后應(yīng)約束固定，以確保工程的質(zhì)量。

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