狹窄區(qū)域V形轉(zhuǎn)體墩的設(shè)計(jì)構(gòu)想與施工

梁栓民

狹窄區(qū)域V形轉(zhuǎn)體墩的設(shè)計(jì)構(gòu)想與施工

梁栓民

摘 要：通過(guò)在既有公路、鐵路交叉地段施工新建鐵路V形轉(zhuǎn)體墩的工程實(shí)例，介紹地形狹窄區(qū)域異形墩的構(gòu)造設(shè)想及轉(zhuǎn)體施工工藝，既能保證既有鐵路運(yùn)營(yíng)安全，減少征地拆遷投入，又可加快施工進(jìn)度，施工效果明顯，可為類(lèi)似工程情況處理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)體施工；V形墩；施工技術(shù)；平轉(zhuǎn)法

1 工程概況

西固黃河特大橋位于蘭州市西固區(qū)及安寧區(qū)，蘭州臺(tái)至左線28#墩按左右單線橋設(shè)計(jì)，28#墩至中川臺(tái)按雙線橋設(shè)計(jì)，左線上跨既有蘭新鐵路后與右線并行，雙線橋長(zhǎng)4931．69m，左右單線橋長(zhǎng)分別為906．23m和841．75m。

左線23#墩處為3層公鐵立交關(guān)系，蘭州—中川機(jī)場(chǎng)線左線上跨既有蘭新鐵路，蘭新鐵路又上跨康樂(lè)路，平面、空間關(guān)系復(fù)雜。左右線上下部結(jié)構(gòu)獨(dú)立設(shè)計(jì)，左線23#墩采用門(mén)式墩上跨蘭新鐵路（見(jiàn)圖1）。

圖1 左線23#墩、右線21#墩地理位置關(guān)系示意圖

2 V形墩設(shè)計(jì)構(gòu)想

左線23#墩位于市區(qū)，左線與既有蘭新鐵路夾角約13°，門(mén)式墩承臺(tái)高出康樂(lè)路5～7m，右側(cè)位于既有鐵路路基邊坡上，左側(cè)是大片居民自建房，施工條件很差，重型施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)需要臨時(shí)便道和作業(yè)場(chǎng)地，必將引起大范圍拆遷，加之過(guò)高的拆遷訴求使得無(wú)法進(jìn)駐場(chǎng)地開(kāi)展施工。此外，門(mén)式墩蓋梁底部距離接觸網(wǎng)承力索距離為0．8m，在蓋梁現(xiàn)澆施工中其支撐架設(shè)計(jì)難度較大（無(wú)法滿(mǎn)足鐵路技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求），其支架安拆及現(xiàn)澆蓋梁施工對(duì)既有鐵路運(yùn)行影響及存在的安全隱患均較大。鑒于上述情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，經(jīng)深入分析并結(jié)合場(chǎng)地特點(diǎn)，提出在23#墩位處既有蘭新鐵路右側(cè)利用蓋梁支承左右線簡(jiǎn)支梁、基礎(chǔ)合并的設(shè)計(jì)方案。

左線23#墩位處左右線里程基本對(duì)齊，且均為32m單線簡(jiǎn)支T梁，梁質(zhì)量和二期恒載完全相同，左右線線路中心間距約17．253m，擬定蓋梁長(zhǎng)度23．5m。受既有蘭新鐵路限界控制，墩身構(gòu)造只能采用獨(dú)柱或倒三角輪廓，經(jīng)分析比較，倒三角輪廓墩身不僅可以很好適應(yīng)橋下限界要求，還具有減小蓋梁懸臂、提高橋墩橫向剛度的優(yōu)點(diǎn)。因此，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)支座位置和受力特點(diǎn)，同時(shí)為了減輕墩身自質(zhì)量，墩身擬定為V形結(jié)構(gòu)。

運(yùn)用平面桿系單元模型（西南交通大學(xué)BSAS程序）和實(shí)體單元模型（Midas程序），對(duì)結(jié)構(gòu)在單線雙孔重載左線有車(chē)（該工況下V形墩結(jié)構(gòu)受力極不平衡，橫向彎矩和變形最大）和雙線雙孔重載左線有車(chē)（該工況下V形墩結(jié)構(gòu)受力左右基本平衡，豎向承載力最大）等工況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力及變形分析。確定V形墩墩底中心位于左線23#墩線路中心與右線21#墩線路中心連線的中心點(diǎn)上，V形墩橫橋中心與該連線重合。墩底截面與承臺(tái)夾角9°43'22"。承臺(tái)樁基平行于既有蘭新鐵路，距離為3．8m。V形墩兩肢夾角60．5°，蓋梁高3m，蓋梁頂至墩底11．85m，蓋梁全長(zhǎng)23．5m，寬3．4m，V形墩順橋向3m，墩底橫橋向6m，一肢厚度2m。V形墩頂部與蓋梁相接處設(shè)R680cm的圓弧倒角，以滿(mǎn)足既有蘭新鐵路限界要求（見(jiàn)圖2）。

3 V形墩轉(zhuǎn)體施工工藝

由于V形墩懸臂端位于既有鐵路上方，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形及結(jié)構(gòu)自身情況，選擇整體順線路方向支架現(xiàn)澆施工V形橋墩，將轉(zhuǎn)體系統(tǒng)布置于承臺(tái)頂與V形墩底，墩身及蓋梁分別在支架上現(xiàn)澆施工，張拉蓋梁的預(yù)應(yīng)力筋，拆除轉(zhuǎn)體部分支架，形成自平衡轉(zhuǎn)動(dòng)體系，待施工完成后，結(jié)合既有鐵路運(yùn)營(yíng)、施工及天氣情況等因素，通過(guò)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的牽引將V形墩逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)80°16'38"就位，轉(zhuǎn)體就位后架設(shè)上部簡(jiǎn)支梁。

3.1 施工方法

本方案采用墩底轉(zhuǎn)體方式，在承臺(tái)與V形墩之間設(shè)置球鉸和撐腳，鋼球鉸設(shè)在承臺(tái)頂中心位置。在施工V形墩之前，按設(shè)計(jì)位置預(yù)埋φ32mm精軋螺紋鋼臨時(shí)固結(jié)上下轉(zhuǎn)盤(pán)，另外采用上下楔形鋼板穩(wěn)固撐腳并焊接，使撐腳與承臺(tái)臨時(shí)固結(jié)，以增加梁體施工的橫向抗傾覆性。轉(zhuǎn)體球鉸安裝就位、撐腳臨時(shí)固定后，采用支架現(xiàn)澆施工V形墩及蓋梁混凝土。V形墩及蓋梁施工完成后，準(zhǔn)備進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工。轉(zhuǎn)體前鋸開(kāi)上下轉(zhuǎn)盤(pán)間的精軋螺紋鋼，同時(shí)拆除撐腳底的楔形鋼板，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工。轉(zhuǎn)體就位無(wú)誤后，再次采用上下楔形鋼板穩(wěn)固撐腳，并將其鎖定，保證轉(zhuǎn)體單元不會(huì)再次產(chǎn)生位移。對(duì)地盤(pán)上表面進(jìn)行清洗，焊接預(yù)留鋼筋，立模澆筑封固混凝土，使上下轉(zhuǎn)盤(pán)連為一體。

綜觀近代中國(guó)語(yǔ)文教育方法的發(fā)展，大致經(jīng)歷了這樣幾個(gè)時(shí)期:(1)二十世紀(jì)初近代教育方法的啟蒙期；(2)二十年代西方現(xiàn)代教學(xué)方法的移植期；(3)三十至四十年代對(duì)教育方法的反省和過(guò)濾期。

平轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)動(dòng)體系主要由承重系統(tǒng)、頂推牽引系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)構(gòu)成。承重系統(tǒng)由上轉(zhuǎn)盤(pán)、下轉(zhuǎn)盤(pán)和轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸構(gòu)成，下轉(zhuǎn)盤(pán)是支撐轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)全部質(zhì)量的基礎(chǔ)，上轉(zhuǎn)盤(pán)為縱橫雙向體系，是轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)體完成后，上下轉(zhuǎn)盤(pán)共同形成基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)盤(pán)之間設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸，通過(guò)球絞使上轉(zhuǎn)盤(pán)相對(duì)于下轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到轉(zhuǎn)體目的；本橋轉(zhuǎn)體選用2套4臺(tái)液壓、同步、自動(dòng)連續(xù)牽引系統(tǒng)（牽引系統(tǒng)由連續(xù)千斤頂、液壓泵站及主控臺(tái)組成）及牽引反力支座、助推反力支座構(gòu)成；平衡系統(tǒng)由結(jié)構(gòu)本身、上轉(zhuǎn)盤(pán)8對(duì)φ500mm×20mm的鋼管混凝土圓形撐腳組成。

圖2 23#墩結(jié)構(gòu)圖

（1）球鉸制造和安裝。鋼球鉸直徑1800mm，厚度40mm，分為上、下2片，是轉(zhuǎn)體施工的轉(zhuǎn)動(dòng)體系。鋼質(zhì)球面在工廠制造，在下球鉸面上按設(shè)計(jì)位置銑鉆四氟板鑲嵌孔，同時(shí)在下球鉸面上設(shè)置適量混凝土振搗孔，以便球鉸面下進(jìn)行混凝土施工；下球鉸混凝土灌注完成后，將轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸φ320mm鋼棒放入下轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)埋套筒中；然后進(jìn)行下球鉸聚四氟乙烯滑動(dòng)片和上球鉸的安裝。球鉸設(shè)計(jì)最大靜摩擦系數(shù)0．10，最大動(dòng)摩擦系數(shù)0．06。

（2）撐腳、滑道及砂箱布置。為了增強(qiáng)轉(zhuǎn)體過(guò)程中結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生較大傾斜，在每個(gè)上轉(zhuǎn)盤(pán)底面，沿距轉(zhuǎn)動(dòng)中心距離為240cm的圓周上均勻布設(shè)8個(gè)雙φ500mm×20mm的圓形鋼管混凝土撐腳，每個(gè)撐腳下設(shè)石英砂，在撐腳下方設(shè)置半徑2．0m、寬0．8m的可調(diào)式環(huán)形滑道，轉(zhuǎn)體時(shí)撐腳在滑道內(nèi)滑動(dòng)，保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性，整個(gè)滑道面在同一水平面上，相對(duì)高差在1mm以?xún)?nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)體發(fā)生傾斜時(shí)，撐腳先支承于下轉(zhuǎn)盤(pán)滑道上，防止發(fā)生進(jìn)一步傾斜。為減小撐腳底面與滑道間的摩擦，撐腳底面鋼板與滑道接觸面部分由工廠加工定做，接觸面應(yīng)刨平，鍍鉻后刨光處理。為保證卸架后撐腳與滑道不擠壓緊密從而使轉(zhuǎn)體順利進(jìn)行，在滑道上撐腳之間設(shè)8個(gè)φ460mm×20mm的砂箱，砂箱內(nèi)設(shè)石英砂。

3.2 施工流程

采用中心支承轉(zhuǎn)動(dòng)、輔以保險(xiǎn)平衡撐腳穩(wěn)定的方案，并以中心支承為轉(zhuǎn)體體系，在上下層承臺(tái)間設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)體系。

下承臺(tái)頂面布置不銹鋼滑道、助推反力支座、牽引反力座等；上承臺(tái)底面布置鋼管混凝土撐腳、托盤(pán)，撐腳底部距離下轉(zhuǎn)盤(pán)滑道頂面20mm。卸架后撐腳底面與滑道頂面間的縫隙不得小于10mm。實(shí)際轉(zhuǎn)體過(guò)程在撐腳與滑道間設(shè)置四氟板，并在四氟板底面涂一層黃油聚四氟乙烯粉末。

牽引反力支架布置于下承臺(tái)，牽引索布置于上承臺(tái)底部混凝土托盤(pán)上，并纏繞一周。

蓋梁澆筑完成后，啟動(dòng)牽引系統(tǒng)，上承臺(tái)、墩身及蓋梁形成的整體繞球鉸中心位置設(shè)置的鋼軸旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)角度，到達(dá)設(shè)計(jì)位置、精確測(cè)量并臨時(shí)限位后，及時(shí)連接豎向鋼筋并采用C50微膨脹混凝土填充兩層承臺(tái)間的縫隙進(jìn)行封盤(pán)。

3.3 施工注意事項(xiàng)

（1）轉(zhuǎn)動(dòng)體系的核心是轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸，是轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其制作和安裝精度要求很高，必須保證球鉸的加工質(zhì)量及加工精度。

（2）下轉(zhuǎn)盤(pán)混凝土二次澆注時(shí)，為防止后期施工過(guò)程中水或雜物進(jìn)入上下球鉸間的空隙，施工時(shí)下轉(zhuǎn)盤(pán)混凝土頂面比下球鉸頂面低2cm，且必須保證混凝土密實(shí)度。

（3）穿鋼絞線時(shí)不能交叉、打攪和扭轉(zhuǎn)，所用鋼絞線應(yīng)盡量左、右旋均勻布置。

（4）調(diào)整好前后頂行程開(kāi)關(guān)位置，既不能讓行程開(kāi)關(guān)滑板碰壞行程開(kāi)關(guān)，又不能因距離太遠(yuǎn)使得行程開(kāi)關(guān)不動(dòng)作。

（5）試轉(zhuǎn)前需進(jìn)行稱(chēng)重平衡試驗(yàn)，測(cè)試轉(zhuǎn)體部分的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩擦系數(shù)等參數(shù)，對(duì)V形墩轉(zhuǎn)體進(jìn)行配重，滿(mǎn)足轉(zhuǎn)體過(guò)程中墩身的平衡要求。

（6）轉(zhuǎn)體過(guò)程中需對(duì)墩身進(jìn)行監(jiān)控，主要監(jiān)控項(xiàng)目包括轉(zhuǎn)體前后及轉(zhuǎn)體過(guò)程中下盤(pán)應(yīng)力情況、梁體根部應(yīng)力與變形、轉(zhuǎn)體平衡情況、轉(zhuǎn)體速度及其對(duì)轉(zhuǎn)體運(yùn)行平穩(wěn)的影響。通過(guò)上述項(xiàng)目的監(jiān)控，及時(shí)為轉(zhuǎn)體平穩(wěn)、順利、安全運(yùn)行提供方案控制依據(jù)和保證手段。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)新建中川鐵路西固黃河特大橋23#墩的工程實(shí)例，對(duì)鐵路建設(shè)異形墩施工提供了新的思路，將先進(jìn)的轉(zhuǎn)體施工工藝與V形墩相結(jié)合，解決了由于地形、公鐵交叉及空間作業(yè)面小無(wú)法施工等難題，加快了施工進(jìn)度、節(jié)約了征地拆遷資金、減少了對(duì)既有鐵路運(yùn)營(yíng)及安全的影響，在未來(lái)建設(shè)過(guò)程中具有一定的推廣意義。

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梁栓民：蘭州鐵路局建設(shè)管理處，工程師，甘肅 蘭州，730099

責(zé)任編輯 高紅義

中圖分類(lèi)號(hào)：U443.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-061X（2015）05-0044-03