陸 峰

(常州市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 常州 213000)

0 引 言

跨越高速公路的橋梁通?？鐝捷^大，而且為確保施工期間的高速公路運(yùn)營(yíng)安全，對(duì)于該類(lèi)橋梁的橋型及施工方法均有較為嚴(yán)格的要求。根據(jù)與高速公路管理部門(mén)的溝通，上跨高速公路橋梁需充分考慮施工對(duì)高速公路運(yùn)營(yíng)的影響，一般有三種可行的建設(shè)方案：

(1)架橋機(jī)頂推施工，搭設(shè)防護(hù)棚防護(hù)；

(2)掛籃懸臂施工，搭設(shè)防護(hù)棚防護(hù)；

(3)轉(zhuǎn)體施工[1]。

上述三種方案中，架橋機(jī)頂推施工，受限于頂推重量，上部結(jié)構(gòu)一般采用鋼結(jié)構(gòu)箱梁，其造價(jià)較高，而且后期養(yǎng)護(hù)工作量較大，除特殊情況外，一般不推薦采用。掛籃懸臂施工，工藝成熟，但在高速公路上方施工時(shí)間較長(zhǎng)，安全隱患較大，也不推薦采用。隨著我國(guó)橋梁施工技術(shù)的進(jìn)步，轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，橋梁建設(shè)施工范圍有效增大，實(shí)現(xiàn)了橋梁新思路的轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)體施工不僅工期較短，施工風(fēng)險(xiǎn)較小，而且工程施工的經(jīng)濟(jì)效益得到有效提高[2]，近年來(lái)在跨高速公路橋梁中已經(jīng)成為一種新的趨勢(shì)。

1 工程概況

大明路位于常州市天寧區(qū)東部，為天寧產(chǎn)城融合區(qū)新建南北方向骨干型主干路。大明路跨滬蓉高速大橋?yàn)樵擁?xiàng)目控制性節(jié)點(diǎn)工程。道路線路中心線與滬蓉高速中心線斜交70.96°，該橋上跨滬蓉高速公路，無(wú)中間設(shè)墩條件，故采用主橋一跨跨越滬蓉高速方案。該橋主橋?yàn)槿缱兘孛骖A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，跨徑布置56 m+90 m+56 m，引橋?yàn)槊總?cè)各一聯(lián)5×35 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)組合箱梁橋。全橋總長(zhǎng)555.5 m，總寬25 m，工程總投資約1.3億元。滬蓉高速交通繁忙，為了最大程度減少對(duì)高速公路安全運(yùn)營(yíng)的干擾，規(guī)避高速公路上空施工安全風(fēng)險(xiǎn)，加快工程進(jìn)度，經(jīng)綜合方案比選，主橋采用轉(zhuǎn)體施工方案。

主橋跨高速公路中跨跨徑90 m，兩側(cè)邊跨跨徑為56 m；墩頂結(jié)構(gòu)高度5.30 m，中跨跨中及邊跨支點(diǎn)結(jié)構(gòu)高度為2.60 m，梁底縱向線形采用拋物線線形過(guò)渡。箱梁橫斷面為單幅整體式結(jié)構(gòu)，總寬25 m，為直腹板大懸臂形式。箱梁頂板厚度0.28 m，底板厚度0.25～0.8 m；腹板厚度0.45～0.75 m，靠近中支點(diǎn)漸變至1.2 m，靠近邊支點(diǎn)漸變至1 m。在墩頂0號(hào)塊內(nèi)設(shè)厚度為2.5 m的橫隔墻，跨中、邊跨合攏段設(shè)0.5 m厚橫隔板。中墩頂部轉(zhuǎn)體梁段(87 m長(zhǎng))采用大節(jié)段落地支架方式現(xiàn)澆施工，張拉縱向預(yù)應(yīng)力后脫架，然后轉(zhuǎn)體梁段與中墩臨時(shí)固結(jié)后平面轉(zhuǎn)體70.96°就位，就位后邊跨首先合攏，中跨最后合攏。

2 轉(zhuǎn)體橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

本橋主橋上部結(jié)構(gòu)為變截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，施工階段墩梁形成T型固結(jié)結(jié)構(gòu)，采用平轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)體施工，單個(gè)轉(zhuǎn)體段長(zhǎng)87 m，單個(gè)轉(zhuǎn)體重量約1.076萬(wàn)t。平轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)體體系由承重系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)、止動(dòng)系統(tǒng)等組成。

2.1 承重系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為確保轉(zhuǎn)體橋關(guān)鍵技術(shù)可靠、轉(zhuǎn)體體系穩(wěn)定，設(shè)計(jì)階段結(jié)合計(jì)算數(shù)據(jù)與專(zhuān)業(yè)廠家產(chǎn)品參數(shù)，經(jīng)多方考察論證，確定轉(zhuǎn)體施工核心部件球鉸采用定制鋼球鉸，其突出特點(diǎn)是承載力大、工藝穩(wěn)定、摩擦面摩擦系數(shù)較小。

設(shè)計(jì)中將承臺(tái)分為上承臺(tái)及下承臺(tái)，上承臺(tái)厚3 000 mm，下承臺(tái)厚3 500 mm，上下承臺(tái)間設(shè)置定制鋼球鉸，起到轉(zhuǎn)動(dòng)軸心及承重系統(tǒng)主要部件的作用。上下承臺(tái)間設(shè)置700 mm高操作空間，同時(shí)作為轉(zhuǎn)體結(jié)束后的封固空間(見(jiàn)圖1)。

圖1 承重系統(tǒng)示意圖(單位：mm)

鋼球鉸由型鋼上球鉸、型鋼下球鉸、轉(zhuǎn)心銷(xiāo)軸、型鋼骨架等部分組成。型鋼上球鉸與上承臺(tái)轉(zhuǎn)體面澆筑一體，型鋼下球鉸及型鋼骨架預(yù)埋入下承臺(tái)，中心設(shè)置直徑為270 mm轉(zhuǎn)心銷(xiāo)軸，上下球鉸間安裝聚四氟乙烯片，并且填充黃油四氟粉。

設(shè)計(jì)中需考慮上、下承臺(tái)混凝土局部承壓強(qiáng)度、聚四氟乙烯片承壓強(qiáng)度等控制性因素，采用平面簡(jiǎn)化計(jì)算并通過(guò)有限元模型進(jìn)行修正[3]，確定本工程采用D=3.50 m定制鋼球鉸。計(jì)算球鉸最大靜摩擦系數(shù)不大于0.1，最大動(dòng)摩擦系數(shù)不大于0.06。球鉸表面鑲嵌739塊直徑60 mm的聚四氟乙烯片，經(jīng)計(jì)算聚四氟乙烯片平均壓應(yīng)力56.6 MPa，小于設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度100 MPa。

2.2 平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本橋在施工過(guò)程中先形成T型對(duì)稱(chēng)懸臂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)87 m，理論上為完全對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，兩側(cè)懸臂重量完全相同，無(wú)傾覆力矩。但根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，懸臂澆筑橋梁施工中存在混凝土澆筑方量差異以及施工人員、機(jī)具荷載等不確定因素，設(shè)計(jì)中必須考慮豎向不平衡力矩的存在，采取安全可靠的措施，將不平衡力矩完全抵消。

本橋平衡系統(tǒng)由設(shè)置在上承臺(tái)底部的對(duì)稱(chēng)混凝土撐腳、下承臺(tái)頂部的圓環(huán)形不銹鋼滑道組成(見(jiàn)圖2)。同時(shí)，由于轉(zhuǎn)體過(guò)程中上承臺(tái)受力復(fù)雜，每個(gè)方向都有可能承受撐腳反力，設(shè)計(jì)時(shí)單獨(dú)建模計(jì)算分析，最終確定上承臺(tái)采用全向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)解決其動(dòng)態(tài)受力問(wèn)題。

圖2 平衡系統(tǒng)示意圖(單位：mm)

根據(jù)假設(shè)的不平衡荷載對(duì)撐腳的局部受壓進(jìn)行驗(yàn)算，上承臺(tái)設(shè)置6對(duì)直徑800 mm鋼管混凝土撐腳，撐腳鋼管內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土。下承臺(tái)設(shè)置中心半徑5.6 m的滑道?；理敳夸佒鴮?.1 m，厚3 mm的不銹鋼滑板。

2.3 牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本橋由中央控制臺(tái)、液壓油泵、智能連續(xù)千斤頂、油路、電路等部分組成轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)。兩臺(tái)千斤頂通過(guò)設(shè)置在下承臺(tái)上的反力裝置對(duì)稱(chēng)張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線使轉(zhuǎn)體梁段轉(zhuǎn)動(dòng)。綜合考慮本橋轉(zhuǎn)體重量、摩擦力、安全系數(shù)等因素，牽引系統(tǒng)需克服兩部分摩阻力矩，即球鉸摩阻力矩及由豎向不平衡力矩產(chǎn)生的撐腳滑道間摩阻力矩。經(jīng)計(jì)算，考慮2.0倍安全系數(shù)，所需牽引力為1 124 kN，即在上承臺(tái)預(yù)埋兩組15-15.2鋼絞線，牽引半徑為6.50 m。

2.4 止動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了在轉(zhuǎn)體梁段轉(zhuǎn)體過(guò)程中控制平面轉(zhuǎn)動(dòng)速度，同時(shí)在轉(zhuǎn)體到位前或遇到突發(fā)情況時(shí)及時(shí)止動(dòng)，必須設(shè)計(jì)可靠的止動(dòng)系統(tǒng)。本工程止動(dòng)系統(tǒng)主要由設(shè)置在上承臺(tái)底部的上限位塊及設(shè)置在下承臺(tái)上的下限位塊對(duì)應(yīng)組成。兩組限位塊上下對(duì)應(yīng)，配合千斤頂可精確實(shí)現(xiàn)止動(dòng)功能。

3 轉(zhuǎn)體橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 球鉸的加工及安裝

球鉸作為轉(zhuǎn)體施工的最核心部件，其產(chǎn)品質(zhì)量及安裝精度對(duì)本工程的成敗起決定性作用，因此，施工中對(duì)其加工工藝及安裝質(zhì)量提出相應(yīng)要求。

(1)定制鋼球鉸必須有專(zhuān)業(yè)、有資質(zhì)、具有類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)的廠家生產(chǎn)，并須附有相關(guān)質(zhì)保文件。

(2)定制球鉸出廠前，須組織設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等各方進(jìn)行出廠驗(yàn)收。

(3)定制鋼球鉸的凹凸球面必須光滑，表面粗糙度指標(biāo)達(dá)到滑3等級(jí)的相應(yīng)要求。

(4)上下球面各方向的球面半徑應(yīng)嚴(yán)格一致，其最大誤差不得超過(guò)2 mm。

(5)聚四氟乙烯板必須滿足抗壓強(qiáng)度不小于100 MPa。

(6)聚四氟乙烯板必須安裝在同一球面半徑上，半徑誤差不得超過(guò)0.2 mm。

(7)銷(xiāo)軸安裝必須保持鉛直，同時(shí)與中心線與球鉸中心半徑線重合。

(8)下承臺(tái)預(yù)埋型鋼骨架必須有足夠的剛度和強(qiáng)度，保證在安裝過(guò)程中不發(fā)生變形。

(9)下球鉸下部有型鋼骨架，而且鋼筋密集，難以保證混凝土澆筑質(zhì)量，采用高性能自流平混凝土澆筑此部位，可確保施工質(zhì)量。

(10)在球鉸安裝完成后，必須采取保護(hù)措施保證滑動(dòng)面不受破壞。

3.2 撐腳和環(huán)道施工

撐腳和環(huán)道作為平衡系統(tǒng)的最重要組成部分，是保證本橋轉(zhuǎn)體過(guò)程中安全的根本保證，其施工技術(shù)要點(diǎn)如下。

環(huán)道采用16 mm鋼板和3 mm不銹鋼面板。其施工精度要求必須保證平整度不大于0.5 mm/m，高程誤差不大于1 mm。環(huán)道下混凝土務(wù)必澆筑密實(shí)。四氟板與鋼板之間用黏結(jié)劑可靠粘結(jié)。作為平衡系統(tǒng)的重要組成部分，混凝土撐腳必須保證混凝土壓實(shí)質(zhì)量及鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量。安裝就位后必須立即對(duì)環(huán)道及撐腳進(jìn)行成品保護(hù)，確保其滑動(dòng)性能。

3.3 試轉(zhuǎn)前不平衡重調(diào)整

由于施工臨時(shí)荷載及混凝土澆筑方量等差異，轉(zhuǎn)體前不可避免存在縱、橫向偏心。如轉(zhuǎn)體不平衡力矩超出設(shè)計(jì)容許范圍，可能引起平衡系統(tǒng)失效，甚至轉(zhuǎn)心銷(xiāo)軸被剪壞、撐腳混凝土局部受壓破壞等風(fēng)險(xiǎn)。施工中對(duì)于縱、橫向不平衡必須做出相應(yīng)應(yīng)對(duì)措施。

(1)縱向不平衡

通過(guò)稱(chēng)重，測(cè)量出轉(zhuǎn)動(dòng)體兩端實(shí)際不平衡力矩，然后通過(guò)水箱、沙袋等方法進(jìn)行配重，調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)體重心，使結(jié)構(gòu)縱向偏心調(diào)整到容許范圍內(nèi)。

(2)橫向不平衡

可在環(huán)道周邊設(shè)置多臺(tái)大噸位千斤頂，配合監(jiān)控測(cè)量手段，采用千斤頂對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)體橫向不平衡進(jìn)行糾偏。

3.4 試轉(zhuǎn)

在上部結(jié)構(gòu)澆筑完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，轉(zhuǎn)體臨時(shí)T構(gòu)形成后，需進(jìn)行試轉(zhuǎn)工作，確定轉(zhuǎn)體機(jī)構(gòu)的性能，并測(cè)定滑動(dòng)面的實(shí)際摩擦系數(shù)、實(shí)際啟動(dòng)牽引力等參數(shù)，并驗(yàn)證整個(gè)轉(zhuǎn)體體系各系統(tǒng)的可靠性、協(xié)調(diào)性。

3.5 首次轉(zhuǎn)動(dòng)

在正常工況下，兩臺(tái)連續(xù)千斤頂可以確保轉(zhuǎn)體梁段正常平轉(zhuǎn)。但當(dāng)發(fā)生球鉸滑動(dòng)面摩擦系數(shù)偏大、異物進(jìn)入滑動(dòng)面等特殊情況時(shí)，有可能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)體系不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，此時(shí)可借助輔助千斤頂進(jìn)行助推。若主千斤頂達(dá)到額定最大牽引力的75%，輔助千斤頂達(dá)到額定最大牽引力的50%，轉(zhuǎn)動(dòng)體系仍然無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)及時(shí)停止系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)球鉸滑動(dòng)面、滑道滑動(dòng)面進(jìn)行詳細(xì)檢查，清除異物。待異物清除后重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)，使轉(zhuǎn)體梁段恢復(fù)正常轉(zhuǎn)體速度和角度。

3.6 箱梁澆筑線形控制

箱梁轉(zhuǎn)體段為支架現(xiàn)澆施工。搭設(shè)支架前對(duì)河塘、軟基等不良地基進(jìn)行改良處理，并澆筑混凝土墊層。支架搭設(shè)完成后進(jìn)行堆載預(yù)壓，以檢查支架的承載能力，測(cè)試縱梁和橫梁的變形值，消除支架非彈性變形。最大加載按設(shè)計(jì)荷載的1.2倍計(jì)。采取分級(jí)加載的方法，每級(jí)持荷時(shí)間不小于30 min，最后一級(jí)為1 h。支架預(yù)壓持荷時(shí)間不小于7 d，且連續(xù)3 d累計(jì)沉降不大于3 mm，方可結(jié)束堆載預(yù)壓。根據(jù)堆載預(yù)壓測(cè)量數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)預(yù)拱度調(diào)整箱梁底模立模標(biāo)高，保證成橋線形與設(shè)計(jì)線形保持較高吻合度。

3.7 轉(zhuǎn)體完成后的封固

轉(zhuǎn)體到位后，完成機(jī)械鎖定。橋梁縱橫向線形調(diào)整完成后立即進(jìn)行上下承臺(tái)的封固，通過(guò)外側(cè)及上承臺(tái)預(yù)留澆筑孔灌注澆筑封鉸混凝土。考慮到上下承臺(tái)間空間狹小，無(wú)法振搗，難以保證澆筑質(zhì)量，后采用高性能自流平混凝土進(jìn)行澆筑，取得良好效果。

4 結(jié) 論

大明路跨滬蓉高速大橋是我院首次自主設(shè)計(jì)的大跨徑、大噸位轉(zhuǎn)體施工連續(xù)梁橋，該項(xiàng)目的轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度、重量、角度在我市乃至省內(nèi)橋梁建設(shè)史上都是少有的，技術(shù)含量高、難度大。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，為保障天寧產(chǎn)城融合區(qū)骨架道路網(wǎng)的按時(shí)形成起到關(guān)鍵性作用，同時(shí)也為我院轉(zhuǎn)體橋梁設(shè)計(jì)及施工積累了技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，可供類(lèi)似跨高速、跨高鐵橋梁建設(shè)設(shè)計(jì)及施工參考。