跨線自錨式拱橋轉體施工技術

胡 娟,孫曉義

(1.陜西鐵路工程職業技術學院道橋工程系,陜西渭南 714000；2.中鐵一局集團橋梁有限公司,重慶 401121)

1 工程概況

該橋為某客運專線跨城市高架橋而設計的,橋位與高架橋斜交25°。上部結構采用自錨上承式拱橋。橋梁下部為鉆孔灌注樁基礎,主墩承臺為上下兩層。拱肋采用單箱單室變高箱形截面,邊中跨截面高4.0 m,邊中跨拱肋拱腳處截面高6.0 m。拱肋軸線采用二次拋物線,矢跨比為1/6,拱肋截面頂板寬7.5 m,頂、底板及腹板厚度均采用0.6 m,拱腳處局部加厚。拱肋上設置3個拱上立柱,腹孔連續梁邊跨采用變截面,梁端截面高度4 m,跨中截面高度采用3 m,連續梁與拱肋結構分離。拱橋立面布置和轉體施工平面如圖1所示。

圖1 拱橋立面及轉體施工平面布置(單位：m)

因跨越交通繁忙的高架橋,為減少橋梁施工對高速公路交通的影響,主橋采用平面轉體施工[1～2],即在高架橋兩側,與高架橋平行進行搭設支架,分段現澆拱肋,然后轉體,再進行合龍。

2 轉動系統構造及施工

本橋轉動系統[3]由下轉盤、球鉸、上轉盤、轉體牽引系統、助推系統、軸線微調系統組成。轉體體系設計為中心支承與環道支承相結合,以中心支承為主的平轉體系。中心支承采用鋼球鉸,是轉動體系的核心,承受轉動體系主要重力,四周的環道控制轉動的穩定。頂推工具為普通千斤頂,頂推反力座設在下承臺上。如圖2所示。

圖2 1/2下球鉸及滑道骨架預埋件布置(單位：cm)

2.1 下轉盤及滑道的施工

下轉盤是轉體重要支撐結構,布置有轉體系統的下球鉸、撐腳的環形滑道、轉體牽引系統的反力座、助推系統、軸線微調系統等。

待下層混凝土強度達到25%后,利用預埋件安裝下滑道骨架和下球鉸骨架。復查無誤后,綁扎預留槽兩側鋼筋,安裝預留槽模板,第二次澆筑混凝土。

環形滑道[4～5]是由25 mm厚、1.2 m寬的鋼板經機加工后鍍鉻刨光處理而成,鋼板加工好后應做好防銹處理。通過滑道定位架定位滑道鋼板,先將環形滑道放入定位架上,進行微調,然后安裝第2塊,直至24塊全部裝完。裝完后將整個滑道檢測1遍,確保滑道任何位置高差滿足要求。達到設計要求后與預埋鐵件焊牢。

2.2 球鉸安裝

球鉸是轉體系統中最重要的部件,它傳遞了近97%的豎向力,其制造和安裝的精度決定了轉體的成功與否。

2.2.1 下球鉸安裝

球鉸安裝在主墩承臺中央,承臺澆筑時,預留R=5.8 m、深0.5 m的安裝槽,并在槽內預埋安裝支架。將下球鉸吊放在預埋支架上,利用千斤頂將球鉸在水平面上移動,使球鉸中心處于理論中心位置,先將球鉸在水平位置限位,防止調整球鉸高差時使球鉸位置偏移，然后進行球鉸的高程調整,以確保下球鉸周邊高程處于同一水平面內,中心套管軸線為一鉛垂線。調整后進行將其與預埋定位架焊死,焊完后復查1次,如無變化就可以澆筑下球鉸混凝土。

2.2.2 澆筑預留槽混凝土

在滑道及下球鉸的定位精度及牢固性均滿足要求后,澆筑預留槽混凝土。下球鉸的混凝土采用C50無收縮混凝土。由于下球鉸處鋼筋較密,灌注條件較差,混凝土需具備良好的流動性。混凝土灌注完畢及時清理下球鉸處污染物并封閉保護好。混凝土應進行收面和養生,待混凝土強度達到50%后進行上球鉸安裝。

同時,將助推反力座及牽引反力座一并澆筑完成。如圖3所示。

圖3 預留槽混凝土澆筑示意(單位：cm)

2.2.3 安裝上球鉸

將下球鉸球面及各滑塊安裝槽內清理干凈,安裝聚四氟乙烯復合滑塊,由中間向邊緣逐排安裝。滑塊安裝完,用特制樣板復查滑塊頂面是否處于同一球面。確認無誤后,在下球鉸球面處涂黃油四氟粉,吊起上球鉸,緩慢下放與下球面對中,精確調好后,將轉動軸涂上黃油四氟粉,插入上下球鉸軸套,并通過臨時限位裝置進行固定。最后將上下球鉸用膠帶密封防止雜物進入。

2.3 安裝撐腳及澆筑下層上轉盤

2.3.1 撐腳的安裝

撐腳主要是用來防傾覆并與球鉸構成三點支撐以保證轉體平穩,同時作為轉體起動時助推的著力支點,因此撐腳的安裝精度要求較高。撐腳與滑道之間的間隙由上下球鉸間的滑片的壓縮變形及上轉盤在砂箱脫空狀態下撐腳處的撓度確定,并且要再預留3～5 mm間隙以安裝四氟乙烯板。

每個轉體下設6個撐腳,每個撐腳由2根φ0.9 m的鋼管組成，焊在扇形鋼板上,撐腳內填充無收縮混凝土。撐腳在安裝時與滑道鋼板間預留10 mm間隙,以薄砂箱墊緊。

2.3.2 牽引索的安裝和保護

牽引索是一頭預埋在上轉盤上的19根φ15.24 mm鋼絞線,為轉體提供牽引力,牽引索的錨固端采用P錨,計算錨固長度2.1 m,實際按3 m埋設,出口處采用平滑設計,不留死彎；鋼絞線采用雙排設置,中心與牽引座中心對中,2條牽引索高度一致,有各自的索道,互不干擾。

下層上轉盤為厚度0.7 m,直徑12 m的圓形結構,根據施工需要應考慮埋設豎向預應力筋,采用φ32 mm精軋螺紋鋼。綁扎鋼筋,安裝后牽引索,澆筑混凝土。

2.3.3 澆筑上層上轉盤混凝土

上層上轉盤為14 m×13 m×1.4 m的矩形結構,結構中心與轉體中心重合,按照設計要求進行鋼筋、預應力及預埋件施工。如圖4所示。

圖4 轉動體系(單位：cm)

3 轉動力矩及頂推力[6]

頂推設備選擇ZLT3000/300型連續千斤頂,配合泵站、主控臺,組成連續牽引系統。牽引千斤頂額定力3 000 kN,牽引動力儲備系數3.2。助推千斤頂選擇4臺YCD3000/300型千斤頂。根據設計，啟動時靜摩擦系數按0.1,轉動過程中動摩擦系數按0.06,經計算，設計所需的轉動力矩及頂推力見表1。

表1 設計所需轉動力矩及頂推力

4 拱肋的施工

4.1 支架布置

主拱肋支架采用鉆孔樁加承臺基礎,承臺上設置φ1 000 mm×12 mm鋼管樁支撐,橫橋向在鋼管樁頂設置4I56型鋼橫梁,在橫梁上沿順橋向設置貝雷縱梁,在貝雷縱梁上設置鋼管腳手支架；卸架設備為安裝在鋼管樁與工字鋼間的砂筒。

支架完成后進行預壓,通過預壓確定預拱度的設置參數。

4.2 拱肋施工節段劃分

4.2.1 總體劃分

拱肋總體劃分為7個節段,由拱橋中跨中心對稱為：中跨合龍段、拱肋段、邊跨合龍段、邊跨現澆段。

4.2.2 單肢拱肋澆筑

拱肋現澆采取對稱、逐段、分環澆筑方案,單肢拱肋分為6個節段,節段長度13.5 m；每個節段分為2環,分割位置在頂板倒角下40 cm處。如圖5所示。

圖5 拱肋現澆節段劃分

拱肋環向澆筑劃分為兩段,如圖6所示。

圖6 拱肋環向澆筑劃分(單位：cm)

4.2.3 澆筑順序

根據圖5,節段澆筑順序按編號依次1→13。1號節段澆筑完成等強期間,施工2號節段支架、鋼筋及模板,同步可以施工3號節段底模及鋼筋；2號段澆筑完成等強期間完成3號節段澆筑準備工作,2號節段強度滿足后,即可澆筑3號節段,形成平行流水作業。

4.3 腹孔墩及連續梁施工

立柱模板采用大塊鋼模,一次澆筑。立柱在拱肋施工快結束前完成。

連續梁施工采用在拱肋上設置鋼管柱,與立柱形成多個支點,在鋼管柱及立柱牛腿上安裝貝雷梁,貝雷梁上鋪設底模,鋼管柱與拱肋澆筑時的預埋件焊接在一起。鋼管柱間設置平聯及斜撐。混凝土立柱兩側設置預應力牛腿,并根據落梁需要設置施工操作平臺以及落架砂筒。然后對稱澆筑邊孔兩跨簡支梁,以及對稱澆筑中孔兩跨簡支梁,強度滿足要求后,張拉簡支梁體預應力。澆筑濕接縫,強度滿足要求后,張拉部分梁體頂板負彎矩區預應力,完成簡支到連續轉換。

然后拆除支架,對稱將落架砂筒內細砂放出,使支架與連續梁底脫空后,用倒鏈將模板支架逐層移出,用吊機吊走。

4.4 拱、梁臨時固結

在梁端與拱肋處,預留20 cm縫隙,在拱梁固結前,用18 cm厚預制板安裝在預留縫隙處,不足的2 cm用鋼板塞實；張拉拱梁臨時固結預應力筋,完成拱梁固結施工。

4.5 拱肋支架拆除

在拱梁完成臨時固結后,自拱腳向拱頂對稱同步拆除拱肋支架。

5 轉體實施

5.1 牽引及助推系統布置

牽引系統主要作用是張拉牽引索給上轉盤提供一個克服上下球鉸之間及撐腳與下滑道之間動摩擦力矩的力偶。助推系統主要作用是提供一個克服靜、動摩擦阻力矩差的力偶,以免牽引系統太復雜,另外,也作為牽引系統不正常工作時的應急手段。如圖7所示。

圖7 牽引系統、助推系統布置(單位：cm)

5.2 轉體

5.2.1 試轉

試轉的目的主要是檢測理論牽引力的準確性；測定摩擦系數,最大啟動力；將密封幾個月的球鉸初步轉動,消除部分靜摩阻；檢驗牽引及助推系統,為正式轉體提供保障；檢驗轉體整體平衡情況。

試轉步驟如下：

準備→設備安裝就位→設備空載試運行→安裝牽引索→拆除上、下盤之間的固定裝置以及支墊,清理環道,并涂潤滑油以減小摩阻力→全面檢查轉體結構各關鍵受力部位是否有裂紋及異常情況→轉體試運行。

5.2.2 正式轉體

試轉結束,各項數據采集完成并能指導正式轉體、試轉過程中出現的異常情況全部處理完畢后,進行正式轉體。

(1)準備工作全部就緒,氣象條件符合要求,各崗位人員到位,先讓輔助千斤頂達到預定噸位,轉體人員接到總指揮長的正式實施轉體命令后,啟動動力系統設備,并使其在“自動”狀態下運行。

(2)每座轉體使用的兩對稱千斤頂的作用力始終保持大小相等、方向相反,以保證上轉盤僅承受與摩擦力矩相平衡的動力偶,無傾覆力矩產生。

(3)設備運行過程中,各崗位人員的注意力必須高度集中,時刻注意觀察監控動力系統設備的運行情況、轉體各部位的運行情況。如果出現異常情況,必須立即停機處理,待徹底排除隱患后,方可重新啟動設備繼續運行。

(4)轉體結構到達設定位置時,系統“暫停”為防止結構超轉,先借助慣性運行結束后,動力系統改由“手動”狀態點動操作,每點動操作一次,測量人員測報軸線走行現狀數據一次,反復循環,直至結構軸線精確就位,轉體過程結束。

5.3 封鉸及合龍

轉體結構精確就位后,測量平面及高程,復核均滿足要求后,使轉動系統臨時鎖定,迅速進行預埋鋼筋及預埋件的焊接,進行封鉸混凝土澆筑施工,以最短的時問完成轉盤結構固結。

待封鉸混凝土強度達到設計要求后開始合龍段施工,合龍段施工采用先邊跨后中跨施工順序,邊跨合龍段及中跨合龍段長度均為2 m,均采用吊架現澆法進行施工。

6 結語

拱橋采用轉體施工可以減少對所跨城市主干道的影響。轉體橋的關鍵部位是轉盤、轉軸的定位精度、下轉盤表面的平整度，下盤底混凝土的密實與否。因此，在平鉸轉盤施工中必須抓好上述幾個關鍵部位的施工質量,其是轉體成功的保證。

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