公路跨鐵路橋主橋雙幅同步平衡轉體施工技術研究

摘 要:本橋為河北省最大跨鐵路雙幅同時同向、逆時針轉體立交橋。文章介紹了該橋主體雙幅同步平衡轉體的施工控制技術及轉體各工序的注意事項，可供類似工程參考。

關鍵詞:雙幅同步 平衡 轉體施工

中圖分類號:U445.4文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0112-02

1 工程概況

京包2號橋是京化高速公路重要組成部分，在GK44+998.4處上跨京包鐵路相交，相交角度68.92O。京包2號橋為分離式立交橋，單幅斷面寬16.4m，全橋斷面寬33.636m，兩幅橋之間留0.836m分隔帶。上跨京包鐵路為跨度67+67m大型T型剛構混凝土箱梁，施工方法采用雙幅平面同步平衡轉體施工，轉體角度為逆時70°，轉體部分為中墩兩側各57m，總長114m，剩余10m待轉體就位后現澆接長。墩柱與承臺間為轉盤結構，轉盤結構采用滑道與中心支承相結合的球鉸轉動系統;基礎采用直徑1.8m的鉆孔灌注樁。總體施工流程:鉆孔樁施工—承臺(下轉盤)施工—球鉸安裝—上轉盤施工—中墩施工—箱梁施工—預應力施工—附屬施工—稱重、試轉—轉體就位—現澆合攏段。

2 轉體基本原理

主橋平衡轉體施工的基本原理是箱梁通過墩柱傳遞于和上轉盤組成一體的上球鉸，上球鉸通過球鉸間的四氟乙烯板傳遞至下球鉸和承臺。待箱梁主體施工完畢以后，脫空砂箱將梁體的全部重量轉移于撐腳和球鉸，然后進行稱重和配重，張拉埋設在上轉盤的兩道牽引索形成力偶，克服上下球鉸之間及撐腳與下滑道之間的動摩擦力，使橋體旋轉到設計位置。

3 雙幅同步平衡逆向轉體施工

3.1 轉體下盤施工

轉體下盤(轉體大承臺)為支承轉體結構全部重量的基礎，轉體完成后，與上轉盤共同形成橋梁基礎。下轉盤上設置轉動系統的下球鉸、保險撐腳環形滑道及轉體拽拉千斤頂反力座等。根據控制球鉸及下滑道安裝精度的要求，轉體大承臺的澆注分三次完成。

(1)第一步綁扎承臺底和側面四周鋼筋進行第一層混凝土澆筑，高度為2.74m，并在混凝土頂面預埋滑道和下球鉸骨架安裝角鋼;

(2)安裝下滑道骨架和下球鉸骨架，要求骨架頂面的相對高差不大于5mm，骨架中心和球鉸中心重合，與理論中心偏差不大于1mm;

(3)綁扎預留槽兩側鋼筋，安裝預留槽模板，進行二次混凝土澆注;二次澆注至承臺頂面，控制好預留槽混凝土高度;

(4)綁扎球鉸預留槽和下滑道鋼筋，安裝滑道鋼板，要求滑道鋼板頂面局部平整度0.5mm，相對高差不大于2mm，采取調整骨架上的螺母使其水平，滑道鋼板水平后(30mm)在鋼板頂鋪3mm厚不銹鋼板，不銹鋼板和滑道鋼板采用中間塞焊和周圍點焊方法焊接、焊接后磨平;

(5)第三次澆筑預留槽混凝土(下滑道鋼板下和下球鉸預留槽)，澆筑千斤頂反力座和轉體牽引反力座混凝土。

3.2 球鉸安裝

球鉸包括上、下球鉸，球鉸間四氟乙烯板、固定上下球鉸的鋼銷、下球鉸鋼骨架。

(1)安裝下球鉸。下球鉸骨架固定牢固后，吊裝下球鉸使其放在骨架上，對其進行對中和調平，對中要求下球鉸中心縱橫向誤差不大于1mm，采用十字線和坐標控制，水平調整先使用普通水平議調平，然后使用精密水準儀調平，使其球鉸頂面處各點相對誤差不大于1mm。滿足要求后，固定死調整螺栓，見圖1。

(2)安裝上球鉸。在下球鉸上安裝四氟乙烯片，四氟乙烯片規格為φ60mm×20mm，球鉸四氟乙烯片為560塊，總面積為15833.6cm2，四氟乙烯片在場內進行安裝調試后編好號碼，現場對號入座，安裝時把下球鉸表面和安裝孔內清理干凈，安裝后要求頂面在同一球面上其誤差不大于1mm;在下球鉸上涂黃油和四氟乙烯粉，使其均勻的充滿滑動片之間的空隙，并略高于頂面，嚴禁雜物侵入。并在上球鉸球面上也均勻的涂一層黃油和四氟乙烯粉，安裝上球鉸精確定位，并臨時鎖定限位并通過直徑為270mm定位銷軸使其上下球鉸中心重合，見圖2和圖3。

3.3 撐腳安裝

每個轉體有六對撐腳，每個撐腳由兩根直徑600mm、高1650mm的鋼管焊在外邊長1877mm，內邊長1470mm，厚30mm扇形鋼板上，安裝時要求撐腳底與不銹鋼板間預留20mm間隙，在撐鉸和不銹鋼板間安由20mm厚木條做成的一個方框，方框內填充細砂。轉體時撐腳底與不銹鋼板間鋪四氟乙烯板，撐腳位置應準確。在兩個撐腳之間布置直徑為500mm的砂箱兩個，每個轉盤布置12個，用來支承上轉盤和上部結構的重量，同時起到穩定上轉盤作用。

3.4 上轉盤施工

轉體上盤是轉體的重要結構，在整個轉體過程中形成一個多向、立體的受力狀態，上盤布有縱、橫、豎三向預應力鋼筋。上轉盤是球鉸、撐腳與上盤相連接的部分，也是轉體牽引力直接施加的部位，轉體內預埋轉體牽引索，牽引索外露部分圓順地纏繞在轉盤周圍，互不干擾地擱置于預埋鋼筋上。待梁體施工完畢支架落架后，進行整個系統支承體系的轉換，轉體前，把支撐撐腳的鋼筋割斷，然后再落砂箱，使轉盤支承于球鉸上。上轉盤施工分兩步:

(1)下部為0.8m厚、直徑為7.1m，施工時預埋豎向預應力筋，采用32的精軋螺紋，預埋兩束19×φ15.2的鋼絞線，埋入上轉盤內4m，每束采用并排布置，作為轉體牽引束。鋼絞線預埋方向和牽引方向一致，然后澆筑混凝土;(2)上部為9.6*7.5*2.2m的矩形結構，結構中心與球鉸中心重合，施工時預埋橫縱向預應力筋，達到強度以后進行預應力張拉。

3.5 橋墩施工

主墩高度為21.5m和20.5m兩種，截面尺寸為9.6×7.5m。左3、右3橋墩高度分別為20.3m、20.5m，截面尺寸為:8.5×2.4m，橋墩內外模全部采用整體鋼模板，現場拼裝，采用拉筋橫縱向對拉加固，模板整體穩定性采用鋼絲繩配合地錨加固。中墩施工允許軸向偏位為±8mm。

3.6 轉體前準備工作

(1)拆除箱梁排架。在兩懸臂端向中墩方向5米范圍內暫時保留排架，作為箱梁稱重和轉體前的支撐，在試轉體前拆除。

(2)分兩組對稱拆除砂箱，每組6個;清理滑道，墊四氟乙烯板，并涂抹黃油。

(3)箱梁平衡稱重。轉體上部懸臂結構絕對平衡會引起梁端轉動過程中發生抖動，且幅度較大，這不利于轉體的平穩性要求，在實際施工中通過稱重和配重使實際重心偏離理論重心5～15cm，根據稱重結果(配重)選擇左右幅的各自配重，根據配重確定重心偏位。

(4)設備測試。轉體過程中的液壓及電器設備使用前要進行測試和標定，并進行試運轉。

(5)設備安裝就位。按設備平面布置圖將設備安裝就位，連接好主控臺、泵站、千斤頂間的信號線，接好泵站與千斤頂間的油路，連接主控臺、泵站電源。

(6)設備空載試運行。根據千斤頂施力值反算出各泵站油壓值，按此油壓值調整好泵站的最大允許油壓，空載試運行，并檢查設備運行是否正常;空載運行正常后再進行下一步工作。

(7)安裝牽引索。將預埋好的鋼絞線牽引索順著牽引方向繞上轉盤后穿過千斤頂，并用千斤頂的夾緊裝置夾持住;先用1-5kN逐根對鋼絞線預緊，再用牽引千斤頂在2Mpa油壓下對該束鋼絞線整體預緊，使同一束牽引索各鋼絞線持力基本一致。

3.7 試轉

在上述各項準備工作完成后，正式轉動前兩天，進行結構轉體試運轉，全面檢查一遍牽引動力系統及轉體體系、位控體系、防傾保險體系等是否狀態良好。本工程試轉時根據轉體前箱梁與既有線路中心的距離最近為24.358m，電化桿回流線距線路中心最大距離4.2m，梁端部轉動18m在設備限界以外，為確保試轉后梁端固定支承的實施，確定試轉時的橫向轉動距離為5m，轉動角度為5.02°。

3.8 正式轉體

(1)液壓控制系統、要點審批、氣象條件、結構物等全部就緒并滿足轉體要求，各崗位人員到位，轉體人員接到指揮長的轉體命令后，啟動動力系統設備，并使其在“自動”狀態下運行。

(2)設備運行過程中，各崗位人員的注意力必須高度集中，時刻注意觀察和監控動力系統設備的運行情況及橋面轉體情況。同步轉體控制措施:①同時啟動，現場設同步啟動指揮員，采用對講機進行通訊指揮;②連續千斤頂工程油壓相同，轉體采用同種型號的兩套液壓設備，轉體時按控制好的油表壓力;③采用同步觀測，如圖4。

3.9 轉體后續工作

使箱梁中心線與理論中心線基本重合，誤差在許可范圍內;架設臨時支墩;在臨時支墩上，使用液壓千斤頂調整轉體橋懸臂端撓度;固定上、下轉盤;進行后澆段施工;現澆合攏段施工;上跨橋面系工程。

4 轉體主要技術參數計算

轉體結構的索引力、安全系數及轉體時間的計算。(見表1)

轉體總重量W為92000kN

其摩擦力計算公式:F=W×μ

啟動時靜摩擦系數按μ=0.1，靜摩擦力F=W×μ=9200kN

轉動過程中的動摩擦系數按μ=0.06，動摩擦力F=W×μ=5520kN

轉體按拉力計算，計算公式:

T=2/3×(R×W×μ)/D

式中:R為球鉸平面半徑，R=1.5cm

W為轉體總重量，W=92000kN

D為轉臺直徑，D=710cm

μ為球鉸摩擦系數，μ靜=0.1，μ動=0.06

計算結果:

啟動時所需最大索引力:T=2/3×(R×W×μ靜)/D=1295.8kN<2000kN

轉動過程中所需牽引力:T=2/3×(R×W×μ動)/D=777.5kN<2000kN

動力儲備系數:

2000kN/1295.8kN=1.54

鋼絞線的安全系數:19(根/臺)×26(T/根)/129.58(T)=3.81

千斤頂的牽引速度計算公式:V=(L/S)×60

L為泵頭每分鐘的流量:6升/分鐘

S為張拉活塞面積:817cm2

通過計算，可得:V=4.406m/h(連續千斤頂工作速度)

LS為轉盤所走的弧線長度:LS=(Dπ)/360×70=4.335m(鋼絞線的過鎬長度)

整個轉體所用時間計算公式:T=LS/V

代入相關量，轉體理論時間:T≈0.9839(小時)≈59(min)

可以通過以上數據，得知拉索的速度以及箱梁端部的速度:

拉索速度:4.335/59=7．35cm/min

箱梁端部速度:(2π×57×70/360)/59=1.18m/分鐘

轉體角速度:70/59=1.186°/min(如表1)

5 結語

本轉體橋施工主要集中于鐵路兩側箱梁預制場地中，與同類跨鐵路橋梁施工工法相比，具有場地易于布置，施工速度快，干擾因素少等優點。本工程于2009年7月開工，并于2010年10月順利完成轉體施工，本橋所采取的施工技術對同類工程具有一定的參考價值。

參考文獻

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