轉體球鉸安裝施工技術在工程中的應用

□文/客麗麗

工程概況

國道112線高速公路跨京滬鐵路立交橋位于天津市北辰區雙街鎮與武清區楊村之間。橋梁與京滬鐵路相交，交角為90.32°；上部結構為跨越京滬鐵路主橋梁體采用兩幅68 m＋68 m的T型鋼構，采用轉體法施工；左右幅在鐵路的東西兩側分別預制，預制完成后進行轉體施工，左幅轉體長度為61 m＋61 m、寬度24.25 m，右幅轉體長度為56 m＋56 m、寬度28.5 m，轉體角度為89.5°，轉體質量分別為12 600、13 500 t。該鐵路位于直線段，現狀有四股鐵路，面向北京方向由左向右依次為京滬上行線、京滬下行線、京山三線、津薊鐵路，因此為了盡量減少對既有鐵路運營的影響，采用球鉸轉體施工工藝。

技術特點

轉體球鉸包括上盤、下盤、球鉸上半部、球鉸下半部、牽轉盤、保險撐腳、定位銷和牽轉裝置；球鉸下半部呈凹形，凹面向上；球鉸上半部呈凸形，凸面向下，凸面位于凹面內且凹面向上包容凸面成為球鉸轉動核心；在球鉸下半部設置有多個圓形凹槽，凹槽內鑲嵌有與其緊密配合的滑片或滑板，球鉸上半部緊壓在滑片或滑板上。這種采用凹、凸形設計的轉體球鉸在相同傾覆力作用下其傾覆力臂更小、安全性穩定性高、運行可靠，而且球鉸上、下半部之間的滑潤介質不會溢出；采用聚四氟乙烯類材料使球鉸上、下半部間摩擦系數較小。

球鉸的加工制造

中心轉盤球面半徑為8 m，上轉盤球缺高1.230 m，下轉盤球缺高0.228 m、直徑3.8 m，定位中心轉軸的直徑為260mm。球鉸由上下兩塊鋼質球面板組成，上面板為凸面，通過圓錐臺與上部的牽轉盤連接，上轉盤就位于牽轉盤上；下面板為凹面，嵌固于下轉盤頂面。上下面板均為40mm厚的鋼板壓制而成的球面，背部設置肋條，防止在加工、運輸過程中變形并方便球鉸的定位、加強以及與周圍混凝土的連接。轉體球鉸造型見圖1。

圖1 轉體球鉸造型

鋼球鉸直徑3.8 m，是轉體施工的轉動系統的核心，是轉體施工的關鍵結構，制作及安裝精度要求很高。其制造精度控制如下：球鉸和接觸球面粗糙度Ra值≯12.5；球面各點處曲率務必相等，其誤差≯2mm；球鉸邊緣各點的高程差≯1mm；水平截面橢圓度≯1.5mm；下球鉸內球面各鑲嵌四氟板頂面應位于同一球面上，其誤差≯0.2mm；球鉸上、下球面形心軸與球鉸轉動中心軸務必重合，其誤差≯0.2mm；與上下球鉸相焊接鋼管中心軸務必與轉動軸重合，其誤差≯1mm，鋼管務必鉛垂，其傾斜度≯3%。

鋼球鉸面在工廠制造加工，在下球鉸面上按設計位置銑鉆四氟板鑲嵌孔，同時在下球面上設置適量的混凝土振搗孔，以方便球鉸面下混凝土的施工。

轉鉸各構件的安裝

轉盤安裝順序為下轉盤球鉸及滑道安裝→中心定位軸鋼棒安裝→下球鉸聚四氟乙烯滑塊安裝→上球鉸安裝→上轉盤撐腳安裝→上轉盤安裝。

主要施工方法

下轉盤球鉸安裝

在承臺混凝土澆注時預留槽口，轉盤球鉸調整固定后進行二次澆注混凝土。下轉盤球鉸的安裝順序如下。

（1）槽口清理。首先根據設計位置采用精確測量放樣對槽口進行檢查，對不滿足設計的地方進行處理；然后對槽口內混凝土面進行鑿毛處理；最后將槽口內及鋼筋上的碎渣、水泥漿清除。

（2）初步定位。確定下球鉸中心十字線，放出下球鉸骨架位置。下轉盤球鉸初步定位的目的是保證槽口內鋼筋與轉盤的錨固鋼筋不發生沖突。

（3）綁扎槽口內鋼筋。在準備工作完成后，按照設計及規范的要求進行鋼筋的綁扎。此項施工必須注意，當普通鋼筋與下轉盤球鉸錨固螺栓發生沖突時，應適當移動普通鋼筋。

（4）安裝調整下球鉸骨架。先采用吊車將下球鉸骨架吊入并進行粗調，然后采用撬棍進行精確調整。人工調整時先用線繩拉出骨架準確位置和高程。

（5）固定。待骨架調整完成后與骨架預留鋼筋焊接牢固。

（6）澆注下球鉸骨架混凝土。

（7）安裝下球鉸。下球鉸安裝前先進行檢查，主要檢查下轉盤球鉸表面橢圓度及結構是否滿足設計加工要求。下轉盤球鉸的現場組裝，主要是錨固鋼筋及調整螺栓的安裝；此部分為螺栓連接，其他構件均在廠內進行焊接組裝完成。

（8）精確定位及調整。利用固定調整架及調整螺栓將下球鉸懸吊，調整中心位置，然后依靠固定調整螺桿上下轉動調整標高。

（9）固定。精確定位及調整完成后，對下轉盤球鉸的中心、標高、平整度進行復查；中心位置利用全站儀檢查，標高采用精度0.01mm的精密水平儀及鋼銦尺多點復測，經檢查合格后對其進行固定；豎向利用調整螺栓與橫梁之間擰緊固定，橫向采用在承臺上預埋型鋼，利用型鋼固定。

（10）澆注下球鉸混凝土。混凝土的澆注關鍵在于混凝土的密實度、澆注過程中下轉盤球鉸應不受擾動、混凝土的收縮不至于對轉盤產生影響。為解決這幾個問題采取以下措施。

a設置混凝土澆注及排氣孔分塊，單獨澆注各肋板區，澆注順序由中心向四周進行。

b在混凝土澆注前搭設工作平臺。人員在工作平臺上作業，避免操作過程對其產生擾動。

c嚴格控制混凝土澆注，加強混凝土的養護。混凝土凝固后采用中間敲擊邊緣觀察的方法進行檢查，對混凝土收縮產生的間隙用鉆孔壓漿的方法進行處理。各部詳見圖2。

上球鉸和聚四氟乙烯滑動片安裝

下球鉸混凝土澆注完成后，將轉動中心軸φ260mm的鋼棒放入下轉盤預埋套管中。然后進行聚四氟乙烯滑動片和上球鉸安裝。聚四氟乙烯滑動片安裝前，先將下球鉸頂面清理干凈，球鉸表面及安裝聚四氟乙烯滑動片的孔內不得有任何雜物并將球面吹干。根據聚四氟乙烯滑動片的編號將其安放在相應的鑲嵌孔內。每個球鉸布置724塊φ6 cm的聚四氟乙烯滑動片，總面積為20 470.6 cm2，聚四氟乙烯滑動片處于較高的壓應力狀態，平均計算壓應力為左幅60.3 MPa，右幅64.6 MPa。采用設計抗壓強度為100 MPa的聚四氟乙烯滑動片。

聚四氟乙烯滑動片安裝完成后，保證其頂面位于同一球面上，誤差≯1mm。檢查合格后，在球面上各聚四氟乙烯滑動片間涂抹黃油聚四氟乙烯粉，使黃油聚四氟乙烯粉均勻充滿聚四氟乙烯滑動片之間的空間并略高于聚四氟乙烯滑動片，保證其頂面有一層黃油聚四氟乙烯粉。整個安裝過程應保持球面清潔，嚴禁將雜物帶至球面上。將上球鉸的兩段銷軸套管接好，用螺栓固定牢固。將上球鉸吊起，在凸球面上涂抹一層聚四氟乙烯粉，然后將上球鉸對準中心銷軸輕落至下球鉸上，用倒鏈微調上球鉸位置，使之水平并與下球鉸外圈間隙一致，去除被擠出的多余黃油并用寬膠帶將上下球鉸邊緣的縫隙密封，防止雜物進入球鉸摩擦部分。安裝后效果見圖3。

圖3 聚四氟乙烯滑動片安裝后效果

上轉盤安裝

上轉盤是轉體時的重要結構，在整個轉體過程中是一個多向、立體的受力狀態，受力復雜，設計采用三向預應力結構。上轉盤長12 m，寬12 m，厚2 m，轉臺直徑φ11 m，高度0.8 m。轉臺是球鉸、撐腳與上轉盤相連接的部分，又是轉體牽引索直接施加的部位。轉臺內預埋牽引索固定端采用P型錨具，同一對牽引索的錨固端應在同一直徑線上并對稱于圓心，注意每根索的預埋高度應和牽引方向一致。每根索埋入轉臺的長度應＞2.5 m，每根索的出口點也應對稱于轉盤中心。牽引索外露部分應圓順地纏繞在轉臺周圍，互不干擾地擱置于預埋鋼筋上并做好保護措施。

待上轉盤混凝土達到設計強度后，進行整個轉體系統支承體系的轉換，使轉臺支承于球鉸上。施加轉動力矩，使轉臺沿球鉸中心軸轉動。檢查球鉸的運轉是否正常，測定其摩擦系數，為轉體施工提供依據。

設計靜摩擦系數為0.1，動摩擦系數為0.06，若測出的摩擦系數較設計出入較大，立即分析原因并做出相應處理。

結語

轉體球鉸安裝施工技術是一項要求十分嚴格的施工技術，球鉸安裝中的每項工序都要嚴格按照計算要求及規范要求執行；球鉸安裝技術也是實施轉體施工的基礎工作，球鉸安裝技術的順利實施，能夠為工程節省超過10 d的工期，為轉體施工提供保障；因此在交通工程日益發展的今天，轉體球鉸安裝施工技術將會在更多跨線橋施工中應用。

［1］楊振江，鞏天才．高架斜拉橋跨越鐵路轉體施工技術［J］.鐵道建筑，2004，（11）：3-5.