大跨連續箱梁橋轉體施工控制

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1 概述

橋梁轉體施工方法是20世紀50年代以后發展起來的一種架橋工藝[1]。轉體施工通常是利用兩邊原有的橋墩，現場偏位進行結構施工，然后通過采用轉軸及滑道等輔助設施進行中心轉動，配以一定的牽引張拉設備，將橋梁結構本身整體平面或豎向旋轉到位的一種施工方法[2]。與傳統原位施工的方法相比，轉體施工法不僅具有結構合理、受力明確、力學性能好且施工所需機具設備少、工藝簡單、操作安全等優點[3]，而且對施工周邊環境尤其是既有交通干擾較少，采取的施工措施也相對簡單，施工速度快、造價低。隨著我國高速公路網的逐步完善，近年來一些跨高速公路的橋梁建設越來越多，大跨度連續箱梁橋轉體施工技術在我國的應用越來越廣泛。

滬寧大橋為上海軌交11號線北延伸工程跨京滬（滬寧）高速公路的主橋部分，與滬寧高速公路成46°角斜交，全長280 m。其上部結構為75.5 m+129 m+75.5 m的3 跨預應力混凝土變截面連續箱梁（圖1），采用單箱單室直腹板結構形式；其頂面寬9.5 m，底面寬5.4 m，縱向變高度，主墩點處高8.0 m，邊墩點高4.0 m，跨中高4.0 m；縱向預應力采用Φ15.2 mm高強度低松弛鋼絞線。

本橋采用平面轉體法施工，利用兩邊主墩樁基及承臺，順滬寧高速走向，在滬寧高速兩邊偏位搭設支架進行橋梁上部結構現澆，然后通過設置在上下承臺間的專用球型鋼鉸及圓形滑道作為轉動和承重載體，將上部結構平面轉動就位并固結，最后依次進行兩邊邊跨和中跨的現澆合龍，中間根據結構受力及施工控制需要配以數次預應力張拉。

圖1 滬寧大橋總體示意

2 施工控制主要內容

2.1 應力監控

橋梁結構截面應力及轉體過程中撐腳應力監控是施工控制的主要內容之一，同時也是施工過程中的安全預警系統，若發現實際應力狀態與理論計算應力狀態的差別超限就要進行原因分析、查找和調控，使之在允許范圍內變化[4]。

應力監控測點布置原則如下：主要布置頂板、底板混凝土縱向應力測點；對混凝土的懸臂根部斷面，主要承受最大正彎矩，方案以監測為目的，主要布置頂板和底板混凝土縱向應力測點；對于跨中和1/4跨控制截面應力測點布置按照監測要求分別進行設計布置；撐腳應力監控；盡可能利用較少的傳感器滿足監控的要求。

2.2 變形監控

施工中，要隨時進行相關斷面及軸線的測量工作。變形觀測共分5 個階段，具體如下：

第一階段：在箱梁張拉完成后，落架前進行測點布置并進行記錄（圖2、圖3）。

圖2 箱體斷面應力測點布置

圖3 測點平面布置

第二階段：落架完成后，進行靜止24 h觀測，并進行記錄。

第三階段：在試轉前以靜止觀測數據為原始值。試轉完成后靜止2 h進行觀測，并記錄變化值。

第四階段：轉體過程中，跟蹤觀測轉體段平衡性、軸線位置及墩柱垂直度。

第五階段：轉體完成后，轉體完成后靜止24 h觀測并進行記錄，此數值為轉體后的各項指標的終值。

2.3 轉體過程監控

為確保轉體安全，在施工支架拆除、主體結構自由并轉體的過程中，整個轉動體的自我平衡或附加配重平衡至關重要[5]。無論是球鉸體系的制作安裝，還是梁體現澆或預應力張拉，均可能有一定程度的差異，從而導致兩側懸臂梁段剛度及質量分布有所不同，并進而產生不平衡力矩，而這將對橋梁轉體施工帶來一定的安全隱患。因此，在正式轉體之前，現場需進行不平衡重稱量以及靜摩擦系數測定等工作。

2.4 預應力張拉監控

大跨度預應力混凝土箱梁橋轉體施工中，大量預應力要在梁體支架現澆后一次進行張拉，因此大跨結構的預應力筋張拉效果是影響預應力構件力學性能的重要環節，對預應力張拉過程進行現場監測是很有必要的（圖4）。

圖4 預應力張拉測試示意

3 施工控制理論分析

要做好施工控制，首先須對橋梁監控對象進行詳細的有限元分析計算，從而確保橋梁施工方案的合理性和科學性。通過對不同施工階段施工工況下對應箱梁截面應力、位移等參數的計算分析，確定理論預拱度和各階段危險工況，以此為施工控制關鍵點提供理論支持，并優化施工控制方案。

3.1 計算模型

本工程采用韓國橋梁專業分析軟件Midas Civil進行結構計算分析建模，如圖5所示。其工況模擬采用梁段單元方式進行，臨時支撐按只受壓單元考慮，各桿件質量按設計理論數取值，施工荷載則根據現場實際施工情況選取。計算模型共劃分梁單元120 個，根據施工過程，共劃分為13 個施工工況。

圖5 Midas Civil計算分析模型

3.2 計算結果

（a）應力計算結果：最大壓應力為－16 MPa（懸臂根部），未出現拉應力；應力計算值沒有超出容許應力范圍，符合規范要求。

（b）施工過程中，理論預拱度設置如圖6所示，其中跨中最大設置值為36.8 mm，兩邊邊跨最大設置值為13 mm。

圖6 預拱度示意

根據以上理論分析，大跨連續箱梁橋懸臂根部應力及跨中位移是施工控制的重點。

4 施工控制過程及成果分析

4.1 球鉸安裝控制

球鉸是整個轉動體轉動及承重的設施，它的精確安裝是實現橋梁轉體成功的關鍵。整個球鉸分別由上、下2 個對應凹凸形球型裝置及之間的四氟乙烯滑片、中間的固定鋼軸以及下球鉸支撐鋼骨架等組成。

在下承臺首次混凝土澆注完成后，首先進行球鉸及圓形滑道鋼骨架定位鋼板的預埋，然后安放定位骨架并將其與預埋鋼板焊牢，定位骨架的安裝平整度應控制在5 mm以內；其次，進行下球鉸安裝，利用定位骨架四周的微調螺絲調整下球鉸中心位置及球面，使球鉸中心銷軸套管垂直，同時，將球鉸外圈調整到同一水平面位置。安裝完成后，對下球鉸銷軸套管中心及球鉸外圈四周高程需進行多次精確測量，固結后要再次復測，確認無誤后再進行下承臺2 次鋼筋綁扎及混凝土澆注。

混凝土澆注過程應盡可能的謹慎小心，要盡量避免擾動定位骨架和下球鉸，冒漿孔及振搗孔則根據混凝土澆筑高度依次封閉。在混凝土達到規定強度后根據事先編號進行四氟乙烯滑塊的安裝，安裝前須對下球鉸表面及滑塊安裝坑進行精磨清理。為確保受力均勻并盡可能減少轉動時的摩阻力，在滑塊之間、下球鉸頂面以及轉軸四周表面均應均勻地涂抹上黃油四氟粉潤滑混合料（配重比120∶1），隨后放置中心銷軸并安裝上球鉸，上球鉸安裝好后應將上下球鉸之間的四周間隙進行有效封閉以防止雜物進入。

圓形滑道安裝，同樣是先安裝定位骨架，然后鋪上頂面鋼板并用調整螺栓進行平整度精調。為保證轉動平順，整個滑道的高程偏差應基本控制在不超過2 mm，且平整度小于0.5 mm/m。

4.2 預應力張拉控制

在橋梁預應力張拉過程中，經常會出現錨頭崩裂的事故，為了避免預應力錨頭崩裂的產生，特在錨頭設置了厚4 cm的鋼板并輔以相應的配筋，以此保證錨頭集中應力的擴散和均勻傳遞，并在預應力張拉過程中要求緩慢張拉，取得了很好的效果。

4.3 線形控制

根據對施工過程主要工況下的變形測試結果，并與理論修正模型變形進行比較可知，實測位移變形與理論變形趨勢比較吻合；根據理論修正計算結果與實際測量數據如圖7所示，最大變形差基本控制在10 mm內。

圖7 施工控制標高控制結果

4.4 合龍控制結果

2013年9月7日34#橋墩T構順利轉體就位，根據實測高差控制結果，33#～34#墩邊跨合龍高差為9 mm；9月15日35#墩T構順利轉體就位，35#～36#墩次邊跨合攏高差為8 mm；在兩邊跨合龍后，并釋放0#塊根部約束后，中跨合龍高差為6 mm；合龍高差均控制在10 mm內。且合龍中心軸線控制在＜20 mm。在自然狀態下順利合龍，未采用壓重等調整措施。圖8為梁體轉體就位后的照片。

圖8 轉體就位后施工現場

5 結語

軌交11號線跨滬寧高速大跨連續箱梁橋轉體施工過程非常順利，根據我們在現場對34#墩和35#墩轉體過程的全體跟蹤，轉體過程平穩、定位準確，取得了很大的成功。通過本項目施工控制的實施及事后分析，體會如下：

（a）混凝土澆筑量的控制比轉體施工前的稱重及配重控制更為重要。在滬寧大橋34#墩轉體前，稱重并沒有取得很穩定的數據，但是其對轉體并未產生影響。這說明本工程通過嚴格控制兩邊混凝土澆筑質量的措施是有效的，充分保證了轉體施工中兩邊質量的平衡控制，而稱重則僅僅是對不平衡重的一個測量措施和輔助控制手段。

（b）預應力張拉控制對結構安全及線形至關重要。在轉體橋梁施工中，由于大懸臂采用支架一次現澆，要在很短的時間內將預應力一次張拉到位；與懸臂澆筑預應力張拉相比，一次張拉的方式對大懸臂箱梁施加的內力非常的大，且調整余地小，這對轉體法施工控制的計算及實施帶來了很高的要求。

（c）上海軌交11號線北段延伸工程跨滬寧高速大橋轉體施工過程順利，中跨合龍高差及軸線控制狀態良好，這充分證明了本次大跨連續箱梁橋轉體施工的施工控制是成功的，對類似工程具有一定的借鑒意義。