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        連續(xù)梁墩頂轉(zhuǎn)體施工技術(shù)研究

        2018-06-30 04:56:42陳南寧
        卷宗 2018年18期
        關(guān)鍵詞:連續(xù)梁

        陳南寧

        摘 要:本文首先介紹了橋梁轉(zhuǎn)體施工法的相關(guān)知識(shí),然后以新建北京至張家口鐵路土木特大橋(60+100+60)m連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工為例,從轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安裝、稱(chēng)重、配重及轉(zhuǎn)體實(shí)施幾個(gè)方面探討了連續(xù)梁墩頂轉(zhuǎn)體施工技術(shù),最后對(duì)墩頂轉(zhuǎn)體和墩底轉(zhuǎn)體進(jìn)行了分析比較,為以后連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工法的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)體施工法;豎向轉(zhuǎn)體;水平轉(zhuǎn)體;墩頂轉(zhuǎn)體;墩底轉(zhuǎn)體;連續(xù)梁;體系轉(zhuǎn)換

        1 前言

        橋梁轉(zhuǎn)體施工法是指將橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計(jì)軸線位置制作(澆筑或拼接)成形后,通過(guò)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)化為岸上或近地面作業(yè)。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向,它可分為豎向轉(zhuǎn)體施工法、水平轉(zhuǎn)體施工法(簡(jiǎn)稱(chēng)豎轉(zhuǎn)法和平轉(zhuǎn)法)以及平轉(zhuǎn)與豎轉(zhuǎn)相結(jié)合的方法[1]。其中以平轉(zhuǎn)法應(yīng)用最廣,可應(yīng)用于剛構(gòu)橋、斜拉橋、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋、連續(xù)鋼箱梁、簡(jiǎn)支鋼桁梁和拱橋等橋型[2]。

        橋梁轉(zhuǎn)體施工法最先出現(xiàn)的是豎轉(zhuǎn)法,國(guó)外始于20世紀(jì)40年代。平轉(zhuǎn)法于1976年首次在奧地利維也納的多瑙河運(yùn)河橋上應(yīng)用。我國(guó)于1977年3月在四川遂寧首次采用平轉(zhuǎn)法建成70m跨徑箱肋拱橋[1]。

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè),橋梁轉(zhuǎn)體施工法特別是平轉(zhuǎn)法因跨越鐵路、公路、航道時(shí)可以最大限度地減少對(duì)交通運(yùn)輸?shù)母蓴_,得到了運(yùn)營(yíng)管理單位的青睞,在跨越繁忙交通線路與航道的橋梁施工中逐步推廣,取得了諸多創(chuàng)新成果[2]。

        預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁水平轉(zhuǎn)體分為墩頂轉(zhuǎn)體、墩底轉(zhuǎn)體,連續(xù)剛體轉(zhuǎn)體為墩底轉(zhuǎn)體[3]。本文以新建北京至張家口鐵路(以下簡(jiǎn)稱(chēng)京張高鐵)土木特大橋(60+100+60)m連續(xù)梁墩頂轉(zhuǎn)體施工為例,探討連續(xù)梁墩頂轉(zhuǎn)體施工技術(shù),并與墩底轉(zhuǎn)體施工分析比較。

        2 工程概況

        京張高鐵土木特大橋位于河北省懷來(lái)縣土木村和官?gòu)d水庫(kù)之間,橋位處地勢(shì)平坦開(kāi)闊,橋址區(qū)以村莊及耕地為主,其中心里程為K105+156.210,全橋長(zhǎng)3503.48m。上跨大秦線設(shè)計(jì)為雙線(60+100+60)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,墩號(hào)從23#至26#,位于直線上,線路縱坡2.5%,豎曲線半徑25000m,線間距5m,設(shè)計(jì)時(shí)速350km/h。

        (60+100+60)m連續(xù)梁與大秦線交叉角度為38o,相交處土木特大橋里程為K104+272,大秦線里程為K223+002,位于沙城東至北辛堡區(qū)間。連續(xù)梁中墩墩高均為18m,采用圓端型截面,橫向?qū)?1.2m,縱向?qū)?.0m;為布置墩頂轉(zhuǎn)體系統(tǒng),墩帽尺寸加大,橫橋向?qū)?1.2m,縱向?qū)?.8m,圓倒角半徑2.5m。連續(xù)梁為單箱單室直腹板截面,頂板寬12.6m,底板寬6.7m,底板下緣按二次拋物線變化,中支點(diǎn)梁高7.91m,中跨跨中及邊支點(diǎn)梁高4.91m。

        3 總體施工流程

        (60+100+60)m連續(xù)梁首先采用掛籃懸澆成形,然后墩頂轉(zhuǎn)體就位,再合龍邊跨、安裝支座,最后合龍中跨成橋。轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度2-2×49m,轉(zhuǎn)體角度順時(shí)針31°,轉(zhuǎn)體重量2-5630t。連續(xù)梁墩頂轉(zhuǎn)體法施工技術(shù)要求高,工序復(fù)雜,總體施工流程如圖2所示。

        4 關(guān)鍵施工技術(shù)

        4.1 墩身施工

        墩身施工同陸地一般墩身,搭設(shè)盤(pán)扣腳手架作為施工平臺(tái);采用汽車(chē)吊機(jī)進(jìn)行吊裝(主墩靠近營(yíng)業(yè)線,管理單位一般限制采用塔吊);鋼筋在鋼筋車(chē)間制作成半成品,平板車(chē)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝成形;模板采用大塊定型鋼模板,精軋螺紋鋼對(duì)拉加固;混凝土由拌和站集中供應(yīng),罐車(chē)運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng),汽車(chē)泵輸送入模,分層澆筑,插入式振搗器振搗密實(shí)。

        下轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)置于墩頂(墩帽),整個(gè)墩身應(yīng)分節(jié)澆筑。施工到墩頂時(shí)應(yīng)注意安裝、定位球鉸及滑道骨架,預(yù)埋牽引反力座、臨時(shí)固結(jié)、支座墊石、防落梁擋塊等結(jié)構(gòu)的預(yù)埋筋(件)。

        4.2 滑道安裝

        滑道寬0.8m,環(huán)形,中心直徑5.24m,位于撐腳的下方(即下轉(zhuǎn)盤(pán)頂面)?;兰捌涔羌墁F(xiàn)場(chǎng)整體吊裝安裝,采用“十字線”對(duì)中法定位,高程微調(diào)可利用滑道骨架上的螺栓進(jìn)行?;拦羌馨惭b應(yīng)位置準(zhǔn)確、固定可靠?;理斆娴钠秸葢?yīng)符合設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí),滑道3m長(zhǎng)度內(nèi)的平整度≯±1mm,徑向?qū)ΨQ(chēng)點(diǎn)高差不大于環(huán)形滑道直徑的1/5000。

        4.3 轉(zhuǎn)體球鉸組成

        轉(zhuǎn)體球鉸主要由下球鉸支撐骨架(以下簡(jiǎn)稱(chēng)骨架)、下球鉸、上球鉸、夾層鋼板、鋼護(hù)筒、銷(xiāo)軸套管、定位銷(xiāo)軸(以下簡(jiǎn)稱(chēng)銷(xiāo)軸)、滑塊等結(jié)構(gòu)組成。上球鉸下面板為凸面,通過(guò)鋼護(hù)筒與梁底轉(zhuǎn)盤(pán)連接;下球鉸上面為凹面,嵌固于骨架上,表面排布滑片嵌槽。球鉸中央設(shè)置銷(xiāo)軸套管,內(nèi)置銷(xiāo)軸,用于球鉸定位及抗剪作用。上下球鉸之間設(shè)置滑片,滑片嵌于下球鉸面板的預(yù)留槽中,并通過(guò)沉頭螺釘固定[4]。

        4.4 轉(zhuǎn)體球鉸安裝

        球鉸制造完畢后,需先在工廠進(jìn)行預(yù)拼裝,檢驗(yàn)合格后運(yùn)往工地安裝。

        球鉸運(yùn)輸過(guò)程中,應(yīng)確保球鉸受力均勻,防止產(chǎn)生變形。

        下球鉸安裝要求精確、牢固,應(yīng)先安裝其骨架。骨架定位采用“十字線”對(duì)中法;高程調(diào)整時(shí),可在骨架四角各設(shè)置1個(gè)5T手動(dòng)螺旋千斤頂進(jìn)行微調(diào)。骨架安裝精度規(guī)范和設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí),可參照中心位置偏差≯1mm、高程誤差(-5,0)mm控制,以便精確安裝下球鉸。

        骨架安裝固定后將下球鉸吊裝于其上,通過(guò)骨架上的調(diào)平螺栓進(jìn)行定位,精確對(duì)位后鎖定。安裝精度規(guī)范和設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí),下球鉸中心位置偏差≯1mm,邊緣各點(diǎn)的高程差≯1mm。

        下球鉸中心的預(yù)埋銷(xiāo)軸套管應(yīng)提前焊接好,并將底部封堵,確保焊接嚴(yán)密、位置精確。下球鉸安裝完成后將圓柱鋼錠放入,然后插入銷(xiāo)軸,注意銷(xiāo)軸表面應(yīng)涂滿黃油,上端牢系φ5mm鋼絲繩,并從銷(xiāo)軸套管頂端引出,以便轉(zhuǎn)體后拔出銷(xiāo)軸。

        下球鉸安裝完成后,將球面清理潔凈,對(duì)號(hào)入槽安裝滑塊?;瑝K頂面應(yīng)位于同一球面上,球面誤差≯0.2mm。檢查合格后,在球面上各滑塊頂面及滑塊間均勻滿涂黃油四氟粉,注意不得掉進(jìn)雜物。

        上球鉸安裝前,在凸球面上涂抹一層黃油四氟粉,然后將上球鉸吊起對(duì)準(zhǔn)中心銷(xiāo)軸輕落至下球鉸上,用拉鏈葫蘆微調(diào)上球鉸位置,使之水平并于下球鉸外圈間隙一致,安裝水平位置誤差≯1mm。去除被擠出的多余黃油四氟粉,并用寬膠帶紙將上下球鉸邊緣的縫隙密封,嚴(yán)禁泥沙或雜物進(jìn)入球鉸面。

        上球鉸安裝就位后,在上球鉸腔內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土(宜在上球鉸安裝前完成),確保混凝土密實(shí),達(dá)到要求強(qiáng)度后,吊裝夾層鋼板、鋼護(hù)筒,對(duì)中后采用高強(qiáng)螺栓將上球鉸、夾層鋼板、鋼護(hù)筒連接牢固。

        4.5 銷(xiāo)軸套管安裝

        上、下球鉸中心設(shè)置銷(xiāo)軸,用于球鉸定位及抗剪作用,為確保成橋后連續(xù)梁在支座處能順利縱、橫向位移,轉(zhuǎn)體完成后需將銷(xiāo)軸拔出。銷(xiāo)軸套管是銷(xiāo)軸拔出的通道,下端插入鋼護(hù)筒底板孔內(nèi),上端伸出至連續(xù)梁中橫梁過(guò)人孔。

        本轉(zhuǎn)體系統(tǒng)銷(xiāo)軸套管外徑235mm、內(nèi)徑211mm、壁厚12mm。上球鉸、夾層鋼板、鋼護(hù)筒連接牢固后,將銷(xiāo)軸套管吊起插入鋼護(hù)筒底板中央預(yù)留孔內(nèi),確保銷(xiāo)軸套管對(duì)中、豎直,并將銷(xiāo)軸套管外壁與鋼護(hù)筒底板中央預(yù)留孔的間隙封堵嚴(yán)密,防止進(jìn)漿造成銷(xiāo)軸抽拔困難。

        銷(xiāo)軸套管安裝應(yīng)特別注意以下事項(xiàng):

        (1)銷(xiāo)軸套管下端嚴(yán)禁伸入夾層鋼板中央孔內(nèi),以免造成后期夾層鋼板抽出困難,詳見(jiàn)圖5、圖6。

        (2)正確安裝后,必須采取可靠措施支撐銷(xiāo)軸套管,防止傾斜或掉落至夾層鋼板中央孔內(nèi)。

        為防止轉(zhuǎn)體后夾層鋼板抽拔困難的問(wèn)題出現(xiàn),建議從設(shè)計(jì)方面考慮優(yōu)化。比如將夾層鋼板中央預(yù)留孔直徑設(shè)計(jì)成稍小于銷(xiāo)軸套管外徑;或?qū)A層鋼板沿通過(guò)其中央預(yù)留孔圓心的直線分割成兩塊,后期可分別抽拔。

        4.6 轉(zhuǎn)體施工注意事項(xiàng)

        轉(zhuǎn)體系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置防超轉(zhuǎn)限位裝置。

        轉(zhuǎn)體前確保清除轉(zhuǎn)體范圍內(nèi)各種障礙物。

        轉(zhuǎn)體前應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、偏心及牽引力計(jì)算,牽引設(shè)備應(yīng)按計(jì)算牽引力的2倍配置。

        轉(zhuǎn)體前應(yīng)進(jìn)行稱(chēng)重,根據(jù)實(shí)測(cè)不平衡力矩計(jì)算出配重重量,使實(shí)際重心偏移量滿足設(shè)計(jì)偏心要求,宜為0.05m~0.15m。配重物應(yīng)重量準(zhǔn)確便于計(jì)量,并可靠固定,不得滑移或滾動(dòng)。

        轉(zhuǎn)體前對(duì)全橋各部位,包括轉(zhuǎn)盤(pán)、轉(zhuǎn)軸、滑道、撐腳、牽引系統(tǒng)等進(jìn)行測(cè)量、檢查,無(wú)誤后進(jìn)行試轉(zhuǎn)。試轉(zhuǎn)時(shí)記錄連續(xù)千斤頂啟動(dòng)時(shí)油表讀數(shù)和均勻轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)油表讀數(shù);計(jì)算出靜摩擦力和動(dòng)摩擦力,與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較、分析;記錄每“點(diǎn)動(dòng)”1s、2s、3s、5s時(shí)梁體轉(zhuǎn)動(dòng)角度和梁端轉(zhuǎn)動(dòng)距離。

        轉(zhuǎn)體前應(yīng)綜合考慮各種因素,準(zhǔn)確實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度,并進(jìn)行演示,確保中跨及邊跨處梁端間距滿足要求,不發(fā)生碰撞。

        轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)應(yīng)控制轉(zhuǎn)速均勻,角速度不宜大于0.02rad/min,且橋體懸臂端線速度≯1.5m/min。

        平轉(zhuǎn)接近設(shè)計(jì)位置1m時(shí)降低平轉(zhuǎn)速度,距設(shè)計(jì)位置0.5m時(shí)采用“點(diǎn)動(dòng)”牽引法就位[3]。

        4.7 轉(zhuǎn)體后施工內(nèi)容

        本連續(xù)梁墩頂轉(zhuǎn)體后,需進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換、支座安裝及合龍段施工,主要施工步驟及注意事項(xiàng)如下。

        (1)臨時(shí)鎖定梁體;采用支架現(xiàn)澆方案快速施工邊跨合龍段;同時(shí)施工中墩支座墊石。

        (2)卸落邊跨合龍段支架;解除梁體臨時(shí)鎖定;拆除撐腳。

        (3)支座墊石混凝土強(qiáng)度滿足要求后,在中墩安裝、調(diào)試頂梁設(shè)備,將梁體頂升2~5mm;從銷(xiāo)軸套管內(nèi)拔出球鉸中央銷(xiāo)軸;拆除連接上球鉸、夾層鋼板、鋼護(hù)筒的高強(qiáng)螺栓,抽出夾層鋼板(夾層鋼板厚度為40mm),再將上球鉸及鋼護(hù)筒采用高強(qiáng)螺栓重新連接牢固,使上、下球鉸脫空,后期梁體能自由位移。

        (4)將永久支座頂推就位,調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)高;緩慢落梁,使梁底與支座頂面密貼時(shí)鎖定頂梁千斤頂,以鎖定梁體高程。

        (5)擰緊永久支座上、下鋼板的錨固螺栓,灌注支座砂漿。支座砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后卸落千斤頂,完成體系轉(zhuǎn)換。

        (6)施工中跨合龍段,全橋合龍??赏瑫r(shí)施工防落梁擋塊,安裝防落梁。主體完成。

        5 梁端間距研究

        轉(zhuǎn)體前清除轉(zhuǎn)體范圍內(nèi)各種障礙物,選取合適的梁端間距防止轉(zhuǎn)體過(guò)程中發(fā)生碰撞,是確保順利轉(zhuǎn)體的關(guān)鍵之一。土木特大橋(60+100+60)m連續(xù)梁24#墩、25#墩轉(zhuǎn)動(dòng)中心水平距離100m,轉(zhuǎn)動(dòng)梁體懸臂長(zhǎng)度49m。中跨合龍段長(zhǎng)2m,采用“鋼殼法”施工,預(yù)埋段鋼殼外露梁端長(zhǎng)0.5m,如圖7所示。

        當(dāng)24#墩、25#墩梁體完全同步轉(zhuǎn)體時(shí),梁端理論最小間距為0.201m,如圖8所示。

        實(shí)際施工中,銷(xiāo)軸與銷(xiāo)軸套筒存在間隙、溫度變化、不平衡配重導(dǎo)致梁體傾斜、施工誤差等因素都會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)梁體梁端間距發(fā)生變化。應(yīng)充分考慮各種不利因素,必要時(shí)采取交錯(cuò)轉(zhuǎn)體方案,選取合適的梁端安全間距防止梁體發(fā)生碰撞。設(shè)最小安全間距為△s,可用以下公式計(jì)算:

        △s≥△r+△t+△d+△e (式5-1)

        其中:△r——轉(zhuǎn)動(dòng)體縱向偏移引起的梁端間距變化

        △t——溫差引起的梁長(zhǎng)變化

        △d——梁體縱向傾斜引起的梁端位移

        △e——施工誤差引起的梁長(zhǎng)變化

        (1)轉(zhuǎn)動(dòng)體縱向偏移引起的間距變化

        理論上轉(zhuǎn)動(dòng)體(上球鉸)中心應(yīng)與下球鉸中心重合,實(shí)際中由于施工誤差、較大的縱坡、不平衡荷載等因素會(huì)引起轉(zhuǎn)動(dòng)體在轉(zhuǎn)體前或轉(zhuǎn)體過(guò)程中發(fā)生縱橋向偏移。由于銷(xiāo)軸的定位及抗剪作用,最大偏移量為銷(xiāo)軸與銷(xiāo)軸套管的間隙值,例如本連續(xù)轉(zhuǎn)體裝置銷(xiāo)軸套管內(nèi)半徑r1=105.5mm,銷(xiāo)軸半徑r2=87.5mm,則可能的最大偏移量為(r1-r2)/2=18mm。

        但本連續(xù)梁縱坡為2.5%,小于球鉸動(dòng)摩擦系數(shù),且球鉸為“穩(wěn)定平衡”結(jié)構(gòu)(平鉸為“隨遇平衡”結(jié)構(gòu)),當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)體稍微偏離平衡位置時(shí),所受的合力或合力矩將使其返回平衡位置,故不考慮縱坡及不平衡荷載因素。△r取值僅考慮施工誤差,△r=5mm。

        (2)溫差引起的梁長(zhǎng)變化

        溫差引起的梁長(zhǎng)變化參照支座縱向預(yù)偏量中溫差引起的偏移量計(jì)算方法:

        △t=(轉(zhuǎn)體時(shí)溫度-轉(zhuǎn)動(dòng)梁體最后一節(jié)澆筑時(shí)溫度)×α×L (式5-2)

        其中:α——主梁混凝土線膨脹系數(shù),取1×10-5/℃

        L——轉(zhuǎn)動(dòng)中心至梁端長(zhǎng)度,本連續(xù)梁為49m

        為確保安全,計(jì)算△t為負(fù)值則取0。本連續(xù)梁轉(zhuǎn)體溫度低于最后澆筑溫度,△t=0。

        (3)梁體縱向傾斜引起的梁端位移

        上轉(zhuǎn)盤(pán)共設(shè)有4組撐腳,中心線的直徑為5.24m,每組撐腳由2個(gè)φ500×24mm鋼管組成,下設(shè)30mm厚鋼板。安裝時(shí)撐腳與滑道的間隙為30mm。轉(zhuǎn)動(dòng)梁體施工完成拆除臨時(shí)固結(jié)及砂箱后,測(cè)得撐腳與滑道的間隙平均為20mm,抄墊10mm厚MGE板后間隙為10mm。

        為確保轉(zhuǎn)體過(guò)程中梁體穩(wěn)定,擬采用由球鉸及2組撐腳共同受力的“三點(diǎn)受力”穩(wěn)定體系。實(shí)現(xiàn)方法是在24#墩、25#墩轉(zhuǎn)動(dòng)梁體中跨端施加配重,當(dāng)配重引起的不平衡力矩大于球鉸球面摩擦力矩時(shí),梁體將向中跨端傾斜直至撐腳支承于抄墊的MGE板上,此時(shí)2組受力撐腳底板間隙為0。轉(zhuǎn)動(dòng)梁體向中跨方向縱向傾斜,將引起中跨端梁端間距減小。

        如圖9所示,將轉(zhuǎn)動(dòng)體看作剛體,球鉸球心為O、球面半徑為r,梁懸臂段長(zhǎng)度為L(zhǎng),梁面至球心O高度為h;2組受力撐腳連線中點(diǎn)至球心距離為|OA|,設(shè)|OA|=R,R水平分量為d。

        需要計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)體繞球心O轉(zhuǎn)動(dòng)、當(dāng)A點(diǎn)沉降△A(即撐腳鋼板底面與MGE板的間隙值,10mm)時(shí),梁端D的水平位移△Dx。由于△A相對(duì)R很小,由幾何關(guān)系可得:

        △d=2×△Dx=2×(h/d)·△A (式5-3)

        代入數(shù)據(jù),本連續(xù)梁r=3.645,h=6.175,d=1.977,計(jì)算得△d=62mm。

        (4)施工誤差引起的梁長(zhǎng)變化

        施工誤差主要有放樣誤差、模板安裝誤差等,可根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)取值。

        本連續(xù)梁△e=30mm。

        (5)允許安全間距的選取

        綜上討論,梁端最小安全間距△s≥△r+△t+△d+△e=5+0+62+30=97mm。

        考慮300mm的安全儲(chǔ)備,則允許安全間距[△s]=97+300=397mm,取[△s]=400mm,大于同步轉(zhuǎn)體時(shí)梁端理論最小間距201mm??紤]本連續(xù)梁轉(zhuǎn)體角度小為31°、要點(diǎn)時(shí)間較為充裕為90min,可采用交錯(cuò)轉(zhuǎn)體方案。

        允許安全間距[△s]的選取應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、施工情況及“要點(diǎn)”時(shí)間長(zhǎng)短等合理選取,且應(yīng)考慮一定的安全儲(chǔ)備。

        采用交錯(cuò)轉(zhuǎn)體方案時(shí),允許安全間距[△s]越小則轉(zhuǎn)體所需時(shí)間越少,[△s]越大則轉(zhuǎn)體所需時(shí)間越多,應(yīng)綜合考慮在合適的范圍以內(nèi)。[△s]不宜過(guò)小,若小于同步轉(zhuǎn)體梁端理論計(jì)算最小間距值,如圖10所示,則不必采用交錯(cuò)轉(zhuǎn)體。[△s]不宜過(guò)大,以一側(cè)轉(zhuǎn)體到位、另一側(cè)梁的角點(diǎn)剛好在設(shè)計(jì)橋梁中心線時(shí)梁端間距為宜,如圖11所示;[△s]大于此值時(shí)意義不大,反而延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)體時(shí)間。故本連續(xù)梁選取的梁端允許安全間距[△s]=0.4m,在0.2m~0.6m的合理范圍內(nèi)。

        6 交錯(cuò)轉(zhuǎn)體實(shí)施

        在確定采用交錯(cuò)轉(zhuǎn)體方案,且選取了合適的允許安全間距[△s]后,如何既確保梁端間距不小于[△s]、又不浪費(fèi)時(shí)間,盡快在“要點(diǎn)”時(shí)間內(nèi)順利完成轉(zhuǎn)體,是需要認(rèn)真研究的問(wèn)題。下面以本連續(xù)梁轉(zhuǎn)體為例討論:

        假設(shè)轉(zhuǎn)體時(shí)24#墩、25#墩轉(zhuǎn)動(dòng)體角速度ω相等且保持不變,ω=0.0175rad/min;忽略轉(zhuǎn)體啟動(dòng)加速和停止減速的影響。

        (1)前期同步轉(zhuǎn)體角度的確定

        見(jiàn)圖12,設(shè)24#、25#墩轉(zhuǎn)動(dòng)中心為O1、O2,分別以O(shè)1、O2為圓心,轉(zhuǎn)動(dòng)中心到梁端角點(diǎn)的距離(即|O1A|、|O2D|)為半徑作圓O1、圓O2,與直線O1O2分別交于點(diǎn)P1、P2;過(guò)線段P1P2中點(diǎn)M作中垂線并左右各偏移[△s]/2=0.2m,分別與圓O1、圓O2交于G、H、I、J點(diǎn)。則∠AO1G、∠DO2I為前期可同步轉(zhuǎn)體角度,本連續(xù)梁為20.1°。

        (2)交錯(cuò)轉(zhuǎn)體步驟

        ①轉(zhuǎn)體開(kāi)始時(shí),24#墩、25#墩梁體同時(shí)啟動(dòng),并以相同的角速度同步轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)體前初始平面位置如圖13所示。

        ②當(dāng)轉(zhuǎn)體角度等于計(jì)算的前期同步轉(zhuǎn)體角度時(shí),24#墩梁體暫停,25#墩繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)24#、25#墩梁體均轉(zhuǎn)動(dòng)了20.1°,如圖14所示。

        ③當(dāng)25#墩梁端角點(diǎn)與24#墩梁端角點(diǎn)相對(duì)時(shí),梁端間距最小為[△s]=0.4m,如圖15所示。此時(shí)啟動(dòng)24#墩梁體,25#墩梁體繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直至設(shè)計(jì)軸線位置。

        ④25#墩梁體轉(zhuǎn)體到位,停止;24#墩梁體剩余約7.2°,此時(shí)梁端角點(diǎn)距25#墩梁端間距為0.601m,如圖16所示。

        注意,當(dāng)一側(cè)梁體轉(zhuǎn)動(dòng)到位瞬間,另一側(cè)梁體梁端角點(diǎn)可能位于橋梁中心線下方、可能正好位于橋梁中心線、也可能位于橋梁中心線上方,共有三種情況,本連續(xù)梁為第三種情況。其中角點(diǎn)正好位于橋梁中心線的情況,在此瞬間角點(diǎn)與先轉(zhuǎn)動(dòng)到位的梁體梁端間距最小,為選取允許安全間距[△s]的最大值。本連續(xù)梁為0.601m。

        ⑤24#墩梁體轉(zhuǎn)動(dòng)到位,轉(zhuǎn)體結(jié)束。此時(shí)兩梁端間距為1m,如圖17所示。

        通過(guò)交錯(cuò)轉(zhuǎn)體步驟演示可以看出,轉(zhuǎn)動(dòng)總時(shí)間為25#墩梁體轉(zhuǎn)動(dòng)31°的時(shí)間加上24#墩暫停等待的時(shí)間。25#墩梁體轉(zhuǎn)動(dòng)剩余10.9°時(shí)24#墩梁體開(kāi)始暫停,25#墩梁體轉(zhuǎn)動(dòng)剩余3.6°時(shí)24#墩梁體又開(kāi)始繼續(xù)轉(zhuǎn)體,則24#墩梁體等待了7.3°(=10.9°-3.6°,與圖16中24#墩梁體轉(zhuǎn)動(dòng)剩余角度7.2°不一致的原因是小數(shù)升舍誤差造成)。與同步轉(zhuǎn)體31°相比需多花轉(zhuǎn)動(dòng)7.3°的時(shí)間,且允許安全間距[△s]選取越大,轉(zhuǎn)體所需時(shí)間越多。

        7 墩頂轉(zhuǎn)體與墩底轉(zhuǎn)體比較

        現(xiàn)結(jié)合前述內(nèi)容,對(duì)墩頂轉(zhuǎn)體和墩底轉(zhuǎn)體進(jìn)行對(duì)比分析。

        墩底轉(zhuǎn)體法中,轉(zhuǎn)體裝置設(shè)置于墩底,避免了高處作業(yè),操作方便;它適用于連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)。此法有以下主要缺點(diǎn):

        (1)因布置上球鉸、撐腳、牽引索等裝置需要,上轉(zhuǎn)盤(pán)尺寸較大,外露于地面影響美觀,故一般設(shè)置于地面以下,則轉(zhuǎn)體完成前承臺(tái)基坑無(wú)法覆蓋,需長(zhǎng)時(shí)間暴露,必須做好防水淹措施和基坑臨邊防護(hù)設(shè)施。

        (2)墩身和梁體一起轉(zhuǎn)動(dòng),增大了轉(zhuǎn)體重量,則需加大球鉸尺寸和轉(zhuǎn)體牽引力。就目前球鉸和連續(xù)千斤頂制造技術(shù),影響不大。

        (3)由式5-3可得,撐腳下沉引起梁端水平向位移與高度h成正比,采用墩底轉(zhuǎn)體,特別是高墩時(shí),撐腳下沉引起的梁端水平向位移較大,需慎重考慮撐腳間隙確保安全。由幾何關(guān)系還可算得:

        △Dy=△A·L/d (式7-1)

        可見(jiàn)只要梁長(zhǎng)、受力撐腳連線中心與球心半徑一致,撐腳下沉引起梁端豎向位移在墩頂轉(zhuǎn)體和墩底轉(zhuǎn)體中是一致的,轉(zhuǎn)體后在滑道上安裝千斤頂調(diào)整梁端高程的效果也是一致的。

        (4)墩底轉(zhuǎn)體完成后,需封固轉(zhuǎn)盤(pán)。上轉(zhuǎn)盤(pán)底面和下轉(zhuǎn)盤(pán)頂面預(yù)留了大量鋼筋,影響轉(zhuǎn)體實(shí)施;轉(zhuǎn)體完成后上、下轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)留鋼筋連接不順直,焊接質(zhì)量無(wú)法保證,且封固混凝土澆筑難以確保密實(shí),存在隱患。這應(yīng)該是墩底轉(zhuǎn)體最大的技術(shù)難題。

        連續(xù)梁轉(zhuǎn)體為克服這些問(wèn)題,墩頂轉(zhuǎn)體應(yīng)運(yùn)而生。它的主要優(yōu)點(diǎn)是可以減輕轉(zhuǎn)體重量,無(wú)需封固轉(zhuǎn)盤(pán)。但也存在一些缺點(diǎn):

        (1)轉(zhuǎn)體裝置設(shè)置于墩頂,高空作業(yè)操作不便;需搭設(shè)作業(yè)平臺(tái),采取防風(fēng)、防高空墜落措施。

        (2)不適用于連續(xù)剛構(gòu)轉(zhuǎn)體,因?yàn)檫B續(xù)剛構(gòu)采用墩頂轉(zhuǎn)體時(shí)仍需封固轉(zhuǎn)盤(pán),那么墩頂轉(zhuǎn)體最大的優(yōu)勢(shì)無(wú)法發(fā)揮。

        (3)連續(xù)梁采用墩頂轉(zhuǎn)體到位后,需進(jìn)行頂梁、抽拔夾層鋼板和銷(xiāo)軸、頂推安裝支座、落梁等施工,工序復(fù)雜,安全風(fēng)險(xiǎn)高。特別是支座安裝施工難度大:

        ①支座上螺桿需提前預(yù)埋,安裝精度要求高,且轉(zhuǎn)體后位置偏差不可預(yù)知,故支座下螺桿預(yù)留孔直徑需加大。

        ②由于施工誤差、轉(zhuǎn)體后梁體輕微傾斜等原因,支座頂推到位后,上鋼板難以與梁底面完全密貼,導(dǎo)致支座可能偏心受力。

        ③支座墊石頂面與上轉(zhuǎn)盤(pán)底面間距小,支座安裝、糾偏及高強(qiáng)度砂漿灌注操作不便。

        墩頂轉(zhuǎn)體的這些不足,對(duì)施工方提出了很高的要求,必須采取有效措施,做好各項(xiàng)充分準(zhǔn)備,現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格管控,方可確保施工質(zhì)量安全。

        8 結(jié)語(yǔ)

        橋梁水平轉(zhuǎn)體施工法以其獨(dú)特的顯著的優(yōu)勢(shì),得到越來(lái)越多的應(yīng)用,但相關(guān)的施工規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)滯后,還有許多技術(shù)難題需要研究和解決。本文結(jié)合實(shí)際案例對(duì)連續(xù)梁墩頂轉(zhuǎn)體施工進(jìn)行了總結(jié),希望能對(duì)我國(guó)橋梁轉(zhuǎn)體法施工研究和進(jìn)步提供參考。

        限于筆者水平有限,難免有不足或錯(cuò)誤,敬請(qǐng)讀者斧正。

        參考文獻(xiàn)

        [1]陳寶春,孫潮,陳友杰.《橋梁轉(zhuǎn)體施工法在我國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展》.公路交通科技,2001年 第2期

        [2]杜嘉俊.《橋梁轉(zhuǎn)體法施工技術(shù)創(chuàng)新與展望》.鐵路建筑技術(shù),2012(4)

        [3]《高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)規(guī)程》(Q/CR 9603-2015). 北京:中國(guó)鐵道出版社,2016年

        [4]《墩頂轉(zhuǎn)體球鉸及滑道安裝圖》(圖號(hào):橋?qū)#?014)8006). 北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,2014年9月

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