邊向平

（中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司，山東 青島 266555）

0 引言

混凝土連續(xù)梁指的是兩跨以上的連續(xù)橋梁，并且該橋梁屬于超靜定體系，具有剛度大、整體性能好、承載力高等特點(diǎn)[1]。該類橋梁在恒活載作用下，會(huì)形成支點(diǎn)負(fù)彎矩，對跨中正彎矩形成卸載作用，可極大程度保證橋梁內(nèi)力狀態(tài)均勻[2]。混凝土連續(xù)梁具有上述優(yōu)勢的同時(shí)，也存在一定不足[3]，由于其跨數(shù)較多，因此在施工過程中，會(huì)導(dǎo)致橋面線性結(jié)果、合攏段兩懸臂標(biāo)高與設(shè)計(jì)結(jié)果之間偏差加大[4]，影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)，不滿足工程設(shè)計(jì)要求。預(yù)應(yīng)力是為提升結(jié)構(gòu)服役能力[5]，在施工過程中，添加至結(jié)構(gòu)中的壓應(yīng)力，以此抵消結(jié)構(gòu)荷載導(dǎo)致的拉應(yīng)力，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞[6]。因此，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁在橋梁工程中被廣泛應(yīng)用。橋梁施工環(huán)境均較為復(fù)雜，正常情況需面臨深水、峽谷等復(fù)雜環(huán)境，因此，為保證其施工效果，減少施工成本，轉(zhuǎn)體施工法則被重點(diǎn)研究。

轉(zhuǎn)體施工法是在兩側(cè)河岸的合理位置進(jìn)行半橋預(yù)制，并以橋梁結(jié)構(gòu)自身作為轉(zhuǎn)動(dòng)體，利用相關(guān)設(shè)備將兩個(gè)半橋同時(shí)轉(zhuǎn)體至橋位軸線處，進(jìn)行合攏處理后成橋。該施工法具有裝置簡單、不影響交通、施工工序復(fù)雜程度較低等優(yōu)勢。為詳細(xì)分析該施工法對預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)體連續(xù)梁的施工效果，本文以西苕溪左線特大橋63?！?6＃墩（72+128+72）m單線預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)體梁為例，對平轉(zhuǎn)施工關(guān)鍵技術(shù)展開相關(guān)研究和分析。

1 工程概況

西苕溪左線特大橋63?！?6＃墩為（72+128+72）m單線預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)體梁上跨雙線鐵路，鐵路和線路大里程之間夾角為162.7°，主梁的施工在線路兩側(cè)完成，橋梁整體長度為273.5m，橋梁建筑寬度為7.7m，轉(zhuǎn)體長度由兩部分組成，分別為主梁和邊跨，其總長度為63m+63m，轉(zhuǎn)體總重量為8000t，轉(zhuǎn)體墩號(hào)分別為64#和65#，兩者的轉(zhuǎn)體角度分別為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)14°和19°，旋轉(zhuǎn)過程中懸臂梁總長為126m，0#段以支架現(xiàn)澆進(jìn)行施工，其余階段則采用掛籃懸臂澆筑施工，形成T構(gòu)后轉(zhuǎn)體到位，再進(jìn)行合攏段施工。轉(zhuǎn)體施工立面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示；主墩樁基、承臺(tái)工程結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 主墩樁基、承臺(tái)工程結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁轉(zhuǎn)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)示意圖

2 轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 轉(zhuǎn)體牽引體系

本文為實(shí)現(xiàn)連續(xù)梁的平轉(zhuǎn)施工，采用平轉(zhuǎn)牽引體系，該牽引體系主要包含動(dòng)力系統(tǒng)、牽引索、牽引反力座，其體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 平轉(zhuǎn)牽引體系結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)體施工過程中，使用的設(shè)備為全液壓以及自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，同時(shí)需保證其較好的牽引力以及平衡性，保證在轉(zhuǎn)體施工時(shí)不會(huì)發(fā)生沖擊顫動(dòng)現(xiàn)象。

2.2 轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)

橋梁的轉(zhuǎn)體過程比較復(fù)雜、技術(shù)難度較大、精度要求高，是全橋施工的關(guān)鍵步驟，本文結(jié)合工程的實(shí)際情況以及設(shè)計(jì)方案，制定預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)體連續(xù)梁的轉(zhuǎn)體施工方案。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)整體由多個(gè)部分組成，分別為下轉(zhuǎn)盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)、助推系統(tǒng)、軸線微調(diào)系統(tǒng)等，轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)整體平面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)整體平面結(jié)構(gòu)

2.3 轉(zhuǎn)體施工步驟

（1）轉(zhuǎn)體下轉(zhuǎn)盤施工。

整體轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中，主要依據(jù)下轉(zhuǎn)盤完成支撐，下轉(zhuǎn)盤是由多個(gè)部分組成，例如下球鉸、撐腳的環(huán)形滑道等多個(gè)部分。其實(shí)現(xiàn)支撐的核心為八邊形的樁基承臺(tái)，在承臺(tái)頂端10.5m的直徑范圍內(nèi)，進(jìn)行厚度為0.5m的混凝土后澆施工；并且為保證下轉(zhuǎn)盤的穩(wěn)定性，在該部分中安裝受力鋼筋網(wǎng)，同時(shí)在球鉸下面位置處安裝加強(qiáng)鋼筋。下轉(zhuǎn)盤施工過程中，核心施工內(nèi)容為上下球鉸施工，該施工的效果直接影響轉(zhuǎn)體的整體施工質(zhì)量，因此其施工精度標(biāo)準(zhǔn)較高。

骨架定位需在混凝土澆筑前完成，為保證滑道、球鉸平面的施工精度，通過調(diào)整螺栓對其進(jìn)行精確調(diào)整，保證每一個(gè)平面之間的相對高差均在0.5mm以內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行等級(jí)為C50混凝土后澆施工。轉(zhuǎn)體施工后，下轉(zhuǎn)盤和上轉(zhuǎn)盤之間通過封鉸進(jìn)行連接，形成共同承臺(tái)。

（2）球鉸施工。

球鉸是整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的核心，也是決定轉(zhuǎn)體施工質(zhì)量的重要部分，因此，需保證球鉸的制作精度，文中使用的球鉸結(jié)合工廠需求確定，為半徑77.7m、80000kN鋼球鉸，其包含上、下兩片。

（3）上轉(zhuǎn)盤撐腳與下轉(zhuǎn)盤滑道施工。

轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)施工時(shí)，結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性和上轉(zhuǎn)盤撐腳之間存在直接關(guān)聯(lián)，因此，本文結(jié)合工程實(shí)際設(shè)計(jì)方案以及施工需求，采用6個(gè)撐腳設(shè)計(jì)，將其布置在上轉(zhuǎn)盤周圍；同時(shí)將寬度為1.2m的滑道安裝在撐腳下方位置。安裝時(shí)保證滑道的中心半徑為4.25m，轉(zhuǎn)體時(shí)撐腳的滑動(dòng)范圍則在該半徑內(nèi)，以此保證轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；同時(shí)，須確?；烂嫖挥谕粋€(gè)水平面上，相對高差不可超過0.5mm。撐腳平面布置圖如圖4所示。

圖4 撐腳平面布置圖

在設(shè)計(jì)撐腳時(shí)，其整體為2根Φ900mm×16mm 雙圓柱形鋼管；并且將厚度為2cm的后鋼板安裝在其下方，將等級(jí)為C50、具有微膨脹特性的混凝土澆灌在鋼管內(nèi)。撐腳的安裝需在下轉(zhuǎn)盤混凝土灌注以及上球鉸安裝完成后進(jìn)行；將厚度為2cm的鋼板作為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)和滑道之間的間隙，完成上轉(zhuǎn)盤混凝土灌注施工后，將該鋼板去除。與此同時(shí)，為降低轉(zhuǎn)體在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的摩擦力，將厚度為0.3cm的四氟滑板安裝在下滑道的支撐腿下面。

（4）轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)盤施工。

轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)重量大，上轉(zhuǎn)盤的主要作用是承壓，因此，上轉(zhuǎn)盤施工時(shí)需安裝多層鋼筋網(wǎng)以及抗剪鋼筋；由于上轉(zhuǎn)盤是實(shí)現(xiàn)球鉸、撐腳、橋墩之間連接的核心，因此在施工時(shí)需安裝牽索，并且牽索的安裝需嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)完成。上轉(zhuǎn)盤施工時(shí)，也需對其進(jìn)行混凝土后澆，并且澆筑后其養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，完成整個(gè)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)支撐體系的轉(zhuǎn)換。將轉(zhuǎn)臺(tái)和球鉸之間的鋼板取出，施加轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，以球鉸中心軸支撐進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，以此判斷球鉸是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并計(jì)算在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的摩擦系數(shù)，為轉(zhuǎn)體施工提供數(shù)據(jù)參考。

（5）T構(gòu)轉(zhuǎn)體施工。

對T構(gòu)箱梁進(jìn)行混凝土澆筑，養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行張拉壓漿處理，處理完成后將支架拆除，拆除順序?yàn)橛蓛啥酥林虚g。并安裝牽引系統(tǒng)，用2套連續(xù)千斤頂牽引系統(tǒng)繞T構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)軸拽拉，使兩幅橋分別逆時(shí)針轉(zhuǎn)體14°、19°，轉(zhuǎn)體到位后澆注上、下轉(zhuǎn)盤間混凝土，形成梁、墩、承臺(tái)固結(jié)體系。

（6）轉(zhuǎn)體T構(gòu)精確調(diào)整。

在T構(gòu)轉(zhuǎn)體施工基礎(chǔ)上對T形箱梁的高程、中線位置進(jìn)行精準(zhǔn)確定，如果存在偏差，采用連續(xù)千斤頂進(jìn)行調(diào)整，為避免發(fā)生結(jié)構(gòu)超轉(zhuǎn)現(xiàn)象，T形箱梁和精準(zhǔn)位置之間距離在0.5m內(nèi)時(shí)，則停止自動(dòng)處理，換成人工調(diào)整，當(dāng)結(jié)構(gòu)軸線位置滿足需求時(shí)停止。

（7）T構(gòu)合攏施工。

通過轉(zhuǎn)體T構(gòu)精確調(diào)整，當(dāng)主梁轉(zhuǎn)體到設(shè)計(jì)線位后，再將兩部分連接，完成合攏施工。

3 球鉸受力分析

轉(zhuǎn)體施工時(shí)，其下部結(jié)構(gòu)中的球鉸部分受力情況直接影響轉(zhuǎn)體的施工效果，因此，分析球鉸的受力情況尤為重要。但是實(shí)際施工過程中，梁體的中心偏移、鋼束張拉等操作，均會(huì)導(dǎo)致球鉸發(fā)生位移變形，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)體施工效果。因此，需精準(zhǔn)掌握球鉸的受力情況，保證轉(zhuǎn)體的施工效果。

文中采用Midas∕Civil有限元軟件，構(gòu)建球鉸有限元模型，該模型在構(gòu)建過程中，需先進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散化處理，并完成結(jié)構(gòu)的劃分，形成有限的一定數(shù)量的單元，該劃分主要依據(jù)面劃分或者線劃分完成。劃分后位于單元邊界處的點(diǎn)即為結(jié)點(diǎn)，依據(jù)該結(jié)點(diǎn)即可完成相鄰單元的連接，形成以單元為單位的整體結(jié)構(gòu)。依據(jù)該模型分析球鉸的接觸面處的變形和受力情況。

接觸面的豎向位移計(jì)算公式為：

式中：

p0——接觸面接觸中心部位的豎向壓應(yīng)力；

a——接觸半徑；

r——接觸面上任意點(diǎn)和接觸中心之間的距離；

d——節(jié)點(diǎn)位移總列陣；

r0——中心面接觸位置。

接觸面平均壓力計(jì)算公式為：

依據(jù)上述公式即可計(jì)算球鉸的豎向位移和應(yīng)力變化情況，以此分析轉(zhuǎn)體的施工效果。

依據(jù)構(gòu)建的有限元模型分析球鉸接觸面的豎向位移和豎向壓應(yīng)力結(jié)果，如圖5所示。

圖5 球鉸接觸面受力分析結(jié)果

依據(jù)圖5測試結(jié)果可知：本文采用轉(zhuǎn)體施工后，球鉸的豎向位移和豎向應(yīng)力均呈現(xiàn)均勻分布，滿足《鐵路橋涵施工規(guī)范》等有關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。因此，可確保轉(zhuǎn)體的施工效果。

4 結(jié)束語

連續(xù)梁的平轉(zhuǎn)施工工藝具有較好的施工優(yōu)勢，工程在修建過程中，如果需要跨越既有線路、河流湖泊或者建筑障礙物時(shí)，平轉(zhuǎn)施工可在不影響正常交通的情況下，完成橋梁工程施工。本文針對預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)體連續(xù)梁的平轉(zhuǎn)施工展開相關(guān)研究，并對其施工效果進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，證明該施工方法具有較好的施工效果，能在不影響線路正常交通的情況下，實(shí)現(xiàn)連續(xù)梁可靠施工。