方 兵

(中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司 重慶 400037)

1 引言

跨越既有公、鐵路或水上交通的橋梁越來(lái)越多，為了不影響下穿交通線路的正常通行，將橋梁施工對(duì)既有線路影響降至最低，橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的優(yōu)越性便在這種情況下得到充分體現(xiàn)，而且該施工方法具有安全可靠、經(jīng)濟(jì)性好、工期短等優(yōu)點(diǎn)，也正因如此，橋梁轉(zhuǎn)體施工在橋梁建設(shè)中發(fā)揮了極大的作用，被越來(lái)越多的工程項(xiàng)目所采用，也逐漸得到廣泛的推廣。

根據(jù)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的位置，橋梁平轉(zhuǎn)法施工有三種方式，墩頂轉(zhuǎn)體、墩底轉(zhuǎn)體和墩中轉(zhuǎn)體施工法。 目前工程師僅對(duì)墩頂及墩底轉(zhuǎn)體施工法進(jìn)行相關(guān)問題的研究[1-6]，對(duì)于墩中轉(zhuǎn)體施工法研究較少，而本文依托大樹龍川江三線大橋工程背景，詳細(xì)介紹世界首座大噸位高墩墩中轉(zhuǎn)體施工橋的建造過程，詳細(xì)介紹墩中轉(zhuǎn)體施工法關(guān)鍵技術(shù)，目的是為更好地推廣墩中轉(zhuǎn)體施工法，為類似工程積累經(jīng)驗(yàn)及提供參考。

2 工程背景及技術(shù)難點(diǎn)

改建鐵路成昆線永仁至廣通段擴(kuò)能工程DK725＋123 大樹村龍川江三線大橋，位于黑井鎮(zhèn)大樹村村委會(huì)龍川江河谷內(nèi)，為大樹村車站內(nèi)橋梁，線間距5.0 m，起止里程為DK724 ＋854.65 ～DK725 ＋315.45，采用5 ×32 m ＋(52 ＋88 ＋52)m 連續(xù)梁＋1×24 ＋2 ×32 孔跨布置，線路位于坡度6‰直線上坡，在DK725 ＋113.02 處上跨既有成昆線，交叉角度為22.8°，如圖1 所示。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘資料，為了保證施工進(jìn)度、施工人員的安全及降低對(duì)既有線路的影響，經(jīng)過分析研究選擇墩中轉(zhuǎn)體施工法。 其中墩中轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)置在6 號(hào)墩和7 號(hào)墩上，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)分別設(shè)置在離地面32 m 和41 m 高度位置且距離墩頂6 m 處。 其中6 號(hào)墩小里程轉(zhuǎn)角為21.544°，7 號(hào)墩大里程轉(zhuǎn)角為25.76°，如圖2 所示。

圖1 大樹村龍川江三線大橋總體布置(單位:cm)

圖2 大樹村龍川江三線大橋平面布置

墩中轉(zhuǎn)體可以解決墩底轉(zhuǎn)體中重量過大和重心過高而導(dǎo)致重心不穩(wěn)及轉(zhuǎn)體過程中傾覆力矩過大的問題；同時(shí)可以解決墩頂轉(zhuǎn)體體系轉(zhuǎn)換的復(fù)雜和施工工藝控制難度大的問題，提高了結(jié)構(gòu)的安全性、施工的安全，節(jié)省造價(jià)。 墩中轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)也有其技術(shù)難點(diǎn)：

(1)墩中轉(zhuǎn)體系統(tǒng)加寬結(jié)構(gòu)。 墩中轉(zhuǎn)體系統(tǒng)裝置的安裝在距離地面32 m 和41 m 高度，屬于高空作業(yè)，危險(xiǎn)性比較大，而且上下墩身的尺寸小于轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的尺寸，因此需要加寬結(jié)構(gòu)來(lái)滿足施工要求，提高施工的安全性。

(2)轉(zhuǎn)體構(gòu)件安裝精度控制。 轉(zhuǎn)體構(gòu)件安裝精度在0.5 mm 內(nèi)，該精度主要針對(duì)轉(zhuǎn)體過程中的轉(zhuǎn)面水平度、接觸面光滑度，直接影響轉(zhuǎn)體的成敗。

(3)墩中轉(zhuǎn)體在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中上下墩身承受較大的扭矩。 由于轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)置在墩身結(jié)構(gòu)的中部，所以在轉(zhuǎn)體過程中上下墩身將會(huì)產(chǎn)生較大的扭矩及臨時(shí)支撐也受到較大的扭矩。 因此轉(zhuǎn)體過程中，對(duì)墩身受力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及監(jiān)測(cè)方案的選擇要細(xì)致規(guī)劃，力求數(shù)據(jù)有效性，結(jié)合油缸行程傳感器數(shù)據(jù)、錨具傳感器數(shù)據(jù)，作為轉(zhuǎn)體過程的主要指導(dǎo)。

3 墩中轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)構(gòu)造及施工工藝流程

3.1 墩中轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的構(gòu)造

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)以球鉸支承為主，采用鋼球鉸，分為上、下兩片，在專業(yè)廠家定制。 在下墩身頂面設(shè)置下轉(zhuǎn)盤，盤內(nèi)設(shè)置下球鉸及定位骨架、滑道、砂箱、牽引系統(tǒng)、轉(zhuǎn)體定位限位裝置。 上轉(zhuǎn)盤設(shè)置撐腳，撐腳起抗傾覆作用，保證轉(zhuǎn)體時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)體的穩(wěn)定。 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)按可載力7 350 t 設(shè)計(jì)。 由于本項(xiàng)目采用的墩中轉(zhuǎn)體裝置平面尺寸大于橋?qū)?，部分受力?gòu)件懸空，因此要對(duì)傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)體系統(tǒng)進(jìn)行改造，擴(kuò)大橋墩支撐面[7]，進(jìn)而設(shè)置墩中轉(zhuǎn)體加寬體系即托架結(jié)構(gòu)。 本橋墩中轉(zhuǎn)體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 ～圖5 所示。

圖3 墩中轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平面布置

圖4 墩中轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)正面布置

圖5 墩中轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)側(cè)面布置

3.2 墩中轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)施工工藝流程(見圖6)

圖6 墩中轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)施工工藝流程

4 墩中轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 轉(zhuǎn)體下部結(jié)構(gòu)施工

4.1.1 下部墩身施工

根據(jù)墩身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行球鉸以下部位的墩身施工。 施工過程注意墩身垂直度和頂面標(biāo)高的控制，在最后一個(gè)下部墩身節(jié)段前，復(fù)核并調(diào)節(jié)混凝土澆筑標(biāo)高及墩身平面中心位置，避免侵入下球鉸骨架預(yù)埋標(biāo)高以及中心偏差過大。

4.1.2 鋼管柱施工

采用鋼管柱方案的目的主要是：一是為了轉(zhuǎn)體系統(tǒng)構(gòu)件搭設(shè)安裝操作平臺(tái)，便于現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)施工；二是為了連續(xù)梁0 號(hào)塊搭設(shè)支撐平臺(tái)。 鋼管柱采用直徑為630 mm，壁厚為16 mm 的鋼管，基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，夯實(shí)滿足要求后，澆筑500 mm 以上厚度的C30 鋼筋混凝土。 鋼管柱間采用20 槽鋼交叉連接，靠近墩身的鋼管柱連接至墩身預(yù)埋件處，保證整個(gè)支撐系統(tǒng)穩(wěn)固。

4.1.3 墩中轉(zhuǎn)體系統(tǒng)加寬結(jié)構(gòu)施工

本項(xiàng)目轉(zhuǎn)體系統(tǒng)加寬結(jié)構(gòu)即托架結(jié)構(gòu)，托架結(jié)構(gòu)分為：轉(zhuǎn)體下部托架結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)體上部托架結(jié)構(gòu)兩部分，其中下部托架結(jié)構(gòu)主要承受滑道傳遞的荷載，上部結(jié)構(gòu)托架主要承受撐腳傳遞的荷載。 上、下部托架結(jié)構(gòu)在地面組裝，將組裝好的上、下部托架結(jié)構(gòu)通過吊裝的方式精確安裝就位，最后澆筑混凝土。

4.2 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)下部結(jié)構(gòu)施工

4.2.1 下球鉸定位架安裝

下球鉸定位架安裝采用倒“T”型螺栓和定位鋼板進(jìn)行調(diào)節(jié)和固定。 首先，精確測(cè)量后將倒“T”型螺栓圓周均布地預(yù)埋在承臺(tái)混凝土的設(shè)計(jì)位置，露出承臺(tái)混凝土部位用膠帶纏繞包裹保護(hù)。 然后，待承臺(tái)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，清除膠帶，在每個(gè)倒“T”型螺栓上依次安裝下鎖緊螺母、下墊片、下球鉸定位骨架對(duì)應(yīng)的定位點(diǎn)、上墊片和上鎖緊螺母，此過程中保持下球鉸定位骨架能相對(duì)活動(dòng)。 最后，配合測(cè)量設(shè)備，移動(dòng)下球鉸定位骨架的位置，并調(diào)節(jié)下墊片、上墊片的條形孔垂直交叉共同將倒“T”型螺栓卡緊，最后再擰緊下鎖緊螺母、上鎖緊螺母將下球鉸定位骨架固定[8]。 要求定位骨架頂面相鄰點(diǎn)位置高差小于5 mm，便于下球鉸和骨架連接時(shí)，調(diào)節(jié)球鉸正面高差小于0.5 mm。

4.2.2 下球鉸安裝

下球鉸采用的是直徑為3 014 mm 鋼球鉸面，中心設(shè)φ270 mm 的鋼轉(zhuǎn)軸且在球鉸底中心設(shè)置φ280 mm的鋼軸套。 下球鉸安裝時(shí)首先利用球鉸定位骨架及調(diào)節(jié)螺栓將下球鉸臨時(shí)固定，使用千斤頂臨時(shí)支撐和升降，通過精測(cè)儀器定位指導(dǎo)調(diào)節(jié)螺栓，使其滿足球鉸頂面周邊相鄰點(diǎn)誤差不大于0.5 mm 的要求。

4.2.3 滑道支撐骨架及滑道安裝

由于墩中轉(zhuǎn)體的特殊性，滑道寬度大于墩身寬度，需要先預(yù)埋并安裝滑道支撐骨架。 該骨架對(duì)稱于墩身兩側(cè)分布，貫穿墩身預(yù)埋。 滑道由滑板和支撐骨架組成，分單元拼接成圓環(huán)狀。 安裝時(shí)采用同下球鉸定位架安裝方式進(jìn)行定位和調(diào)節(jié)。 安裝完后，滑道處于同一水平面，相對(duì)高差不大于2 mm。

4.2.4 下球鉸底面混凝土澆筑

下球鉸底面混凝土設(shè)計(jì)為C50 微膨脹式砼。特別注意澆筑過程中施工設(shè)備及混凝土沖擊對(duì)已定位好的球鉸裝置進(jìn)行破壞或擾動(dòng)。 通過下球鉸面分布的排氣孔對(duì)下方混凝土進(jìn)行振搗，保證混凝土充實(shí)。 混凝土頂面標(biāo)高應(yīng)低于球鉸頂面，避免后期轉(zhuǎn)動(dòng)干擾。

4.2.5 中心銷軸安裝

中心銷軸為實(shí)心鋼軸，直徑270 mm，長(zhǎng)1 110 mm；下球鉸套筒為φ280 mm 的鋼筒。 安裝前，對(duì)銷軸和套筒進(jìn)行清潔干燥。 將黃油與聚四氟乙烯粉按比例混合后，均勻涂抹在套管四周，最后對(duì)中套管，將銷軸輕輕放入。

4.2.6 涂抹硅脂和黃油

銷軸安裝完畢后，再次檢查下球鉸面是否清潔，在確保干凈的情況下作業(yè)人員穿戴好防塵腳套，將硅脂均勻涂抹在聚四氟乙烯滑板上(聚四氟乙烯滑板和下球鉸已連成一體)，聚四氟乙烯滑板分布在下球鉸中心和外圈。 在聚四氟乙烯滑板涂抹完硅脂后，進(jìn)行涂抹黃油，在下球鉸面非聚四氟乙烯滑板的鋼球面涂抹黃油，重點(diǎn)在下球鉸面最外圈的鋼球面上涂滿黃油，確保上球鉸安裝后形成良好的密閉性，使得外界一切水、雜物不能進(jìn)入。

4.2.7 撐腳安裝

撐腳采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，主要材料為外徑60 cm的Q345d 鋼管，下部由3 cm 厚鋼板封口，內(nèi)填C50微膨脹砼，多個(gè)撐腳底部水平高程高差不得大于2 mm，走板下設(shè)5 mm 聚四氟乙烯板且在轉(zhuǎn)體前安裝。 為保證撐腳與滑道間的15 mm 間隙，在撐腳安放前需制作15 mm 厚的砂槽(見圖7)。 砂槽及撐腳安裝后四周用防雨布進(jìn)行包裹，防止雨水侵入，槽內(nèi)砂子流失[9]。

圖7 撐腳構(gòu)造

4.2.8 砂箱安裝

砂箱材料為φ400 mm 鋼管，鋼管壁厚14 mm，填充烘干處理過的石英砂。 根據(jù)預(yù)壓試驗(yàn)收縮系數(shù)，按設(shè)計(jì)砂高度＋預(yù)留量充填石英砂。 由于砂箱頂部直接與上轉(zhuǎn)盤混凝土面相接觸，所以在施工上轉(zhuǎn)盤底模時(shí)需要在設(shè)置砂箱的位置預(yù)留砂箱孔洞，砂箱下部采用薄橡膠皮支墊避免刮傷滑道鋼板面。砂箱布置均勻且個(gè)數(shù)盡量為偶數(shù)個(gè)，確保結(jié)構(gòu)受力均勻傳遞。

4.3 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)上部結(jié)構(gòu)施工

4.3.1 上球鉸施工

上球鉸采用直徑為3 700 mm 的球面板且球面板和加強(qiáng)板采用Q345 鋼板。 第一，將上球鉸清潔晾干后，在凸面涂抹一層硅脂。 第二，將上球鉸吊至中心銷軸上方，人工對(duì)準(zhǔn)銷軸緩慢放下。 第三，上、下球鉸閉合后，轉(zhuǎn)動(dòng)上球鉸，清除結(jié)合間隙處多余硅脂，并用膠帶纏繞封閉[10-11]。 要求球鉸形心軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸重合誤差控制在1 mm 內(nèi)，球鉸平面相鄰點(diǎn)高差小于0.5 mm。

4.3.2 上轉(zhuǎn)盤鋼筋綁扎與混凝土施工

首先上轉(zhuǎn)盤鋼筋參照設(shè)計(jì)圖紙參數(shù)進(jìn)行綁扎。然后向轉(zhuǎn)體上部結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)盤球鉸鋼箱內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土，轉(zhuǎn)體上部結(jié)構(gòu)其他部位采用C50 混凝土進(jìn)行澆筑。 上球鉸鋼箱內(nèi)混凝土要進(jìn)行充分的振搗，且振動(dòng)器不得觸碰球鉸轉(zhuǎn)盤，造成轉(zhuǎn)盤移位；混凝土由一側(cè)澆入，擴(kuò)散布滿澆筑區(qū)域，每次層厚不大于50 cm；保證混凝土的和易性以便于流動(dòng)；為了保證混凝土的密實(shí)度，還需從上盤墩身預(yù)留的灌注口進(jìn)行壓漿。

4.4 試轉(zhuǎn)

天氣條件允許情況下方能進(jìn)行試轉(zhuǎn)。 試轉(zhuǎn)主要是檢驗(yàn)設(shè)備、配重、受力監(jiān)測(cè)等環(huán)節(jié)是否正常，轉(zhuǎn)體參數(shù)是否滿足實(shí)際情況。 在確認(rèn)系統(tǒng)聯(lián)通正常時(shí)，進(jìn)行試轉(zhuǎn)，收集數(shù)據(jù)。

試轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)體系的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)[12]；監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的平衡，檢查轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備及轉(zhuǎn)動(dòng)路線有無(wú)障礙；檢查轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有無(wú)變形或損壞。 試轉(zhuǎn)結(jié)束后，及時(shí)分析采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并改進(jìn)、完善正式轉(zhuǎn)體方案，調(diào)整好各種轉(zhuǎn)體施工設(shè)備，為正式轉(zhuǎn)體施工做好準(zhǔn)備。

4.5 正式轉(zhuǎn)體

試轉(zhuǎn)結(jié)束后，分析、整理各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，收集近期氣象資料，當(dāng)氣象條件滿足轉(zhuǎn)體施工的要求時(shí)，及時(shí)向鐵路管理局提交正式轉(zhuǎn)體申請(qǐng)。 正式轉(zhuǎn)體前再次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交底及教育，檢查應(yīng)急預(yù)案是否落實(shí)到位；根據(jù)關(guān)鍵部位與施工環(huán)節(jié)部署好施工人員，協(xié)調(diào)好各個(gè)方面的工作，由現(xiàn)場(chǎng)總指揮統(tǒng)一安排。 正式轉(zhuǎn)體時(shí)要注意以下幾個(gè)方面：

(1)正式轉(zhuǎn)體過程中，轉(zhuǎn)動(dòng)角度觀測(cè)組密切觀測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度變化，每轉(zhuǎn)動(dòng)1°向總指揮臺(tái)報(bào)告一次。

(2)正式轉(zhuǎn)體過程中，測(cè)量組反復(fù)觀測(cè)主梁軸線偏位及各特征截面的高程變化情況，發(fā)現(xiàn)異常立即報(bào)告總指揮臺(tái)；在梁端軸線距設(shè)計(jì)位置1. 5 ～0.5 m慢慢接近時(shí)，測(cè)量組向總指揮臺(tái)每10 cm 報(bào)告一次梁端軸線距設(shè)計(jì)位置觀測(cè)數(shù)據(jù)；在梁端軸線距設(shè)計(jì)位置0.5 m 后進(jìn)入平轉(zhuǎn)精確就位工序，每點(diǎn)動(dòng)一次報(bào)告一次觀測(cè)數(shù)據(jù)。

(3)正式轉(zhuǎn)體過程中，平衡轉(zhuǎn)盤觀測(cè)組密切觀測(cè)撐腳與滑道面之間的空隙及滑道面情況，有異常立即報(bào)告總指揮臺(tái)。

(4)正式轉(zhuǎn)體過程中，監(jiān)控組連續(xù)監(jiān)測(cè)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力、應(yīng)變變化情況，發(fā)現(xiàn)異常立即報(bào)告總指揮臺(tái)。

(5)限位、糾偏施工人員應(yīng)堅(jiān)守崗位，若出現(xiàn)傾斜則隨時(shí)準(zhǔn)備施力保險(xiǎn)或調(diào)整，轉(zhuǎn)體到位后應(yīng)及時(shí)抄墊塞緊，防止超轉(zhuǎn)。

大樹村龍川江三線大橋于2017 年11 月7 日成功實(shí)現(xiàn)墩中轉(zhuǎn)體(見圖8)，創(chuàng)下了世界鐵路橋梁墩中轉(zhuǎn)體高度(41.4 m)、單體重量(7 350 t)的施工記錄。

4.6 封固上下轉(zhuǎn)盤

清洗底盤上表面，采用幫條焊焊接上、下轉(zhuǎn)盤預(yù)留鋼筋，焊縫長(zhǎng)度滿足規(guī)范要求。 封盤時(shí)，采用二次封盤方式，第一次先封上、下轉(zhuǎn)盤間混凝土，第二次采用同強(qiáng)度等級(jí)的灌漿劑對(duì)混凝土頂部的縫隙進(jìn)行灌注。 封盤采用C50微膨脹混凝土，混凝土坍落度保持8 ～10 cm，拌制時(shí)摻入微量鋁粉作膨脹劑。 上部墩身預(yù)留的上斜向管道作為排氣孔和振搗孔，混凝土從單方向流入，以每個(gè)排氣(振搗)孔均有混凝土流出作為封閉完滿的依據(jù)，為方便振搗和增強(qiáng)封固效果，封盤混凝土周邊尺寸和高度超出上盤20 ～30 cm。 澆筑過程中及完成后，不間斷檢查模板的穩(wěn)固及板縫漏漿情況，及時(shí)加固處理，直到混凝土初凝時(shí)間達(dá)到后方可停止。

圖8 轉(zhuǎn)體完成

5 結(jié)束語(yǔ)

大樹村龍川江三線大橋采用墩中轉(zhuǎn)體，該技術(shù)為首創(chuàng)，開創(chuàng)了鐵路橋梁建設(shè)史上橋梁墩中轉(zhuǎn)體的先河，這標(biāo)志著我國(guó)鐵路橋梁建設(shè)又一次取得新的突破。 墩中轉(zhuǎn)體技術(shù)在本橋的成功實(shí)踐，可為類似工程積累經(jīng)驗(yàn)并提供借鑒，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。