陳美軍

(中鐵六局北京鐵建公司，北京 100036)

實(shí)踐中為保證轉(zhuǎn)體施工的安全平穩(wěn)進(jìn)行，需進(jìn)行稱重試驗(yàn)確定橋梁偏心，并加以配重保證轉(zhuǎn)體橋梁球鉸中心承重。研究表明，在梁體重量大、縱橫向不對稱、不平衡力矩大的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)體，勢必造成梁體稱重頂力大、轉(zhuǎn)體橋梁上轉(zhuǎn)盤空間有限的問題，可能出現(xiàn)無足夠空間布置稱重千斤頂?shù)那闆r，造成超大噸位不對稱梁體稱重?zé)o法完成；同時(shí)，不對稱梁體在大偏心距的情況下冒然解除砂箱約束，讓單組撐腳承受大偏心距造成的支撐反力，可能超過撐腳設(shè)計(jì)的極限承載能力，存在較大的安全隱患。本文采取先理論配重再解除轉(zhuǎn)盤約束，然后進(jìn)行稱重，最后根據(jù)稱重的結(jié)果調(diào)整配重的方式，解決了超大噸位非對稱曲梁轉(zhuǎn)體斜拉橋稱重難題，同時(shí)確保了施工安全。

1 工程概況

唐山二環(huán)路上跨津山鐵路等既有鐵路立交橋全長927.5 m，由轉(zhuǎn)體斜拉橋、轉(zhuǎn)體T構(gòu)橋、引橋組成，斜拉橋與T構(gòu)橋共用墩柱，分別設(shè)置支座，兩聯(lián)梁體處設(shè)置伸縮縫。受下穿鐵路和上跨鐵路的影響，橋梁縱坡設(shè)計(jì)為3.84%。斜拉橋?yàn)楠?dú)塔四索面低梁體預(yù)應(yīng)力混凝土橋，半漂浮體系，跨徑(34+81)m+115 m，主塔高80.5 m，主梁曲線內(nèi)外側(cè)寬度分別為19 m，轉(zhuǎn)體梁長為2×106.5 m，位于半徑為6 000 m的曲線上，轉(zhuǎn)體噸位33 000 t，轉(zhuǎn)體采用下轉(zhuǎn)體方式，轉(zhuǎn)體角度42°3′18″。球絞直徑5.5 m，轉(zhuǎn)體滑道直徑15 m，上轉(zhuǎn)盤長24.2 m，寬16.2 m，高2 m，轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)(布置見圖1)設(shè)置2對牽引索。

圖1 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(單位：cm)

2 稱、配重試驗(yàn)方案

2.1 施工難點(diǎn)

(1)受斜拉橋副跨輔助墩上方中橫梁混凝土影響，縱向不平衡力矩為177 532 kN·m，通過試算，縱向偏心達(dá)到54.9 cm，克服不平衡力矩和摩阻力矩稱重所需頂力高達(dá)45 000 kN，解除約束后撐腳受力超限，存在極大安全隱患。

(2)上轉(zhuǎn)盤空間位置有限，沒有足夠空間布置所需頂力的千斤頂。

(3)因轉(zhuǎn)體梁三面均為既有線路，同時(shí)斜拉索索間距小，常規(guī)配重材料無法通過吊車吊到橋面上進(jìn)行配重。

2.2 理論配重計(jì)算

為了解決超大噸位、大偏心距造成稱重頂力大的難題，采取先理論配重的方式消除不平衡力矩。根據(jù)梁體澆筑的混凝土方量，計(jì)算出理論偏心距，計(jì)算原理如圖2所示。

圖2 偏心距計(jì)算原理

(2)

(3)

式中：G2為副跨一側(cè)梁體重力；G1為主跨一側(cè)梁體重力；L1、L2分別為主副跨梁體距轉(zhuǎn)動球鉸幾何中心的距離；G為轉(zhuǎn)體重量；e1為配重后轉(zhuǎn)動體理論偏心距(取5 cm)；L為配重位置距離球鉸中心距離。

由上式計(jì)算可得，不平衡力矩MG=177 532 kN·m，偏心距e=54.9 cm(偏小里程一側(cè))。

據(jù)此，為實(shí)現(xiàn)橋梁重心在小里程側(cè)5～10 cm 范圍內(nèi)，應(yīng)在大里程方向配重。根據(jù)梁面實(shí)際情況，在距離橋梁中心100 m位置具備配重條件。根據(jù)計(jì)算，如在100 m位置配重，偏心距為5 cm時(shí)需配重165 t，偏心距為10 cm時(shí)需配重148 t。考慮到本轉(zhuǎn)體橋重量大，配重時(shí)按照偏心5 cm進(jìn)行考慮，即需要配重165 t，經(jīng)與監(jiān)控單位核實(shí)，在距離塔柱中心100 m位置配重165 t，梁體受力在允許范圍內(nèi)，梁體處于安全狀態(tài)。

2.3 理論配重實(shí)施

根據(jù)理論配重分析，在距離塔柱中心100 m位置配重165 t。為了解決梁端緊鄰既有線、梁側(cè)面斜拉索密集等導(dǎo)致無法支立吊車吊裝配重材料的問題，采取水袋配重的方式進(jìn)行配重，避免大型吊車作業(yè)，同時(shí)通過加放水能夠達(dá)到配重調(diào)整的目的。配重示意圖如圖3所示。

圖3 水袋配重位置平面圖(單位：m)

根據(jù)橋面寬度，訂制了8個(gè)水袋，每個(gè)水袋可盛水25 m3，注水時(shí)通過水表確定每個(gè)水袋的實(shí)際注水方量，以達(dá)到精確配重的目的。為了防止轉(zhuǎn)體期間梁體顫動導(dǎo)致水袋不穩(wěn)，施工現(xiàn)場通過搭設(shè)支架對水袋進(jìn)行固定。現(xiàn)場配重情況見圖4。

圖4 施工現(xiàn)場水袋布置

3 現(xiàn)場稱重試驗(yàn)

3.1 稱重試驗(yàn)前準(zhǔn)備

轉(zhuǎn)體橋梁臨時(shí)約束由4組砂箱和8組撐腳組成。在稱重之前需將砂箱拆除，同時(shí)將撐腳與滑道之間的石英砂清掃干凈，橋梁僅靠球鉸支撐。砂箱解除時(shí)，采取對稱的方式拆除，在拆除期間對橋梁整體沉降做好觀測，拆除完成后測量每個(gè)撐腳和滑道之間的間距，為選擇滑塊厚度提供依據(jù)。

3.2 測點(diǎn)布置

在橋梁轉(zhuǎn)動體兩側(cè)的臨時(shí)支承處布置千斤頂，用以在稱重試驗(yàn)時(shí)對轉(zhuǎn)動體進(jìn)行頂放，在每臺千斤頂上設(shè)置荷重傳感器，測試試驗(yàn)過程中支點(diǎn)的支反力值。

在球鉸上轉(zhuǎn)盤四周布置多個(gè)百分表，用以判斷轉(zhuǎn)動體在稱重試驗(yàn)過程中是否發(fā)生轉(zhuǎn)動以及進(jìn)行撐腳位移測試，測點(diǎn)布置如圖5所示。如果發(fā)現(xiàn)所有撐腳均未與滑道鋼板接觸，說明梁的平衡處于“轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩”的狀態(tài)[1]。

圖5 千斤頂布置圖

稱重過程中，雖然梁底位移變化較小，但是由于橋梁懸臂較長，為了驗(yàn)證梁底位移及試驗(yàn)安全，在梁端通過懸墜鉛垂測量梁端豎向位移。

3.3 測試內(nèi)容和方案[1，2]

3.3.1 摩阻力矩及不平衡力矩測試

施工支架拆除后，轉(zhuǎn)動體的平衡體系將出現(xiàn)下列兩種情況中的一種：

(1)轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩(MZ)大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩(MG)。這種情況梁體不發(fā)生繞球鉸的剛體轉(zhuǎn)動，體系的平衡由球鉸摩阻力矩和轉(zhuǎn)動體不平衡力矩所保持。

3.3.2 摩擦系數(shù)及偏心距

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 縱橋向

根據(jù)現(xiàn)場情況，當(dāng)橋梁解除約束后，所有撐腳均不接觸滑道，可以判斷：摩阻力矩Mz大于不平衡力矩MG，需要兩側(cè)頂升稱重試驗(yàn)。

4.2 橫橋向

根據(jù)現(xiàn)場情況，當(dāng)橋梁解除約束后，所有撐腳均不接觸滑道，可以判斷：摩阻力矩Mz大于不平衡力矩MG。因此，橫橋向也需要兩側(cè)頂升稱重試驗(yàn)。

根據(jù)稱重結(jié)果，縱橋向向大里程偏心9.8 cm。通過原因分析，理論配重計(jì)算時(shí)假定沿橋梁方向混凝土澆筑偏差是一致的，實(shí)際因箱梁施工過程中澆筑節(jié)段多，每一段混凝土偏差存在一定的差異。為了達(dá)到偏心5 cm的目標(biāo)，通過計(jì)算，需要將距離橋中心100 m位置通過放水減配重48.86 t，此時(shí)橋梁重心將由大里程側(cè)的9.8 cm處轉(zhuǎn)移到小里程側(cè)的5.0 cm處。橫橋方向，曲線內(nèi)側(cè)偏重，偏心距為10.6 cm。因進(jìn)行稱重試驗(yàn)時(shí)，力臂取值為施力點(diǎn)到上轉(zhuǎn)盤幾何中心的距離，偏心距數(shù)值以上部結(jié)構(gòu)幾何中心為參考系，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，球鉸中心已從結(jié)構(gòu)幾何中心向曲線內(nèi)側(cè)設(shè)預(yù)偏心12 cm，因此橫橋向?qū)嶋H偏心距為1.4 cm，不再進(jìn)行配重調(diào)整。

5 結(jié)束語

本文以33 000 t轉(zhuǎn)體斜拉橋?yàn)楸尘?，主要探討了大噸位縱橫向不對稱、不平衡力矩大的梁體稱重配重問題?，F(xiàn)場通過稱重試驗(yàn)，在理論配重完成后，實(shí)際稱重頂力縱橋向最大為1 036 t，橫橋向最大為1 287.8 t。在現(xiàn)場條件受限的情況下，采用水袋裝水作為配重材料，達(dá)到了快速、便捷、經(jīng)濟(jì)的目的。稱重時(shí)采用同步頂升系統(tǒng)進(jìn)行頂升，根據(jù)撐腳與滑道間距設(shè)置頂升位移量，實(shí)現(xiàn)位移與頂力進(jìn)行雙控，確保了頂升過程中的安全。調(diào)整完配重后，在正式轉(zhuǎn)體時(shí)，在大里程側(cè)的2組撐腳與滑道接觸，與重心向小里程側(cè)偏移5 cm能夠吻合。本工程采取的稱配重方案和措施，取得良好的效果，可為同類工程參考。