新寨大橋轉(zhuǎn)體剛拱施工技術(shù)

李俊平

(唐山市豐南區(qū)交通運(yùn)輸局　唐山　063300)

新寨大橋轉(zhuǎn)體剛拱施工技術(shù)

李俊平

(唐山市豐南區(qū)交通運(yùn)輸局唐山063300)

摘要轉(zhuǎn)體施工是橋梁無(wú)支架施工新工藝中的一種。文中以實(shí)際工程為背景，介紹了背墻及拱架預(yù)制的施工安全保障措施，指出了轉(zhuǎn)體施工控制原則，提出了轉(zhuǎn)體施工工藝、施工步驟，探討了轉(zhuǎn)體施工控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)體剛架橋拱架轉(zhuǎn)體

新寨大橋位于廣東省連山壯族瑤族自治縣三水鎮(zhèn)，扼省道1960線，跨越三水電站水庫(kù)。橋址處為“兩山夾一水”地形，兩岸山高坡陡，但因水庫(kù)調(diào)節(jié)，水深一般穩(wěn)定在12 m左右。

本橋?yàn)橐蛔衅胶庵氐钠矫孓D(zhuǎn)體單跨剛架拱橋。橋?qū)?12 m，凈跨80 m。矢跨比1∶8，每半跨拱架由拱片和橫系梁組成，重2 700 t。大橋半跨橋式見(jiàn)圖1。

圖1　新寨大橋轉(zhuǎn)動(dòng)體系構(gòu)造圖

1背墻施工

新寨大橋目前其下部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)、轉(zhuǎn)盤(pán)部分、橋臺(tái)的上下底盤(pán)均已完成，在已完部分交接后，即進(jìn)行空心背墻及附屬結(jié)構(gòu)施工。在上下底盤(pán)的后端之間焊制安裝4個(gè)鋼支架并加以抄墊，以承受背墻混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生的偏心重力，并及時(shí)張拉背墻豎向預(yù)應(yīng)力束，確保背墻上部截面的抗剪安全。

2拱架預(yù)制

全橋拱架包括8片拱片(每半跨4片)，114片橫系梁(每半跨57片)，混凝土等級(jí)C40。拱片拉桿為每拱片2束預(yù)應(yīng)力鋼絞線束，每束由7Φ15-7鋼絞線組成，每束內(nèi)部張拉力660 kN。為了防止拱片產(chǎn)生裂紋，保證拱片預(yù)制標(biāo)高和位置的準(zhǔn)確性，降低工程成本、滿足地基承載力的要求，從以下4個(gè)方面進(jìn)行控制。

(1) 充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕煌ǖ刭|(zhì)環(huán)境，降低工程成本。鑒于當(dāng)?shù)亟煌ú槐愕静馁Y源豐富、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，變滿堂鋼支架方案為滿堂木支架方案，就地取材，減少運(yùn)費(fèi)。且木材使用后尚可作為二手材料就地出手轉(zhuǎn)讓，回收部分成本，同時(shí)利用兩岸山坡地勢(shì)作為預(yù)制拱片澆筑地基,大大降低木材使用量。

(2) 處理地基，滿足承載力的需要。將山坡地基處理成臺(tái)階地形，加固護(hù)住邊緣，在橋?qū)挿秶鷥?nèi)臺(tái)階平面澆注5～10 cm厚的20號(hào)混凝土保護(hù)層，保證地基承載力的需要。

(3) 嚴(yán)格控制標(biāo)高和位置。為保證拱片預(yù)制標(biāo)高和位置的準(zhǔn)確性，在已鋪設(shè)拱片底模的部分支架上預(yù)堆砂袋，模擬混凝土澆筑荷載，進(jìn)行標(biāo)高及沉降觀測(cè)，以此作為預(yù)拱度設(shè)置的參照指標(biāo)。

(4) 混凝土收縮和支架不均勻沉降的控制措施。為防止因混凝土收縮和支架不均勻沉降而使拱片產(chǎn)生裂紋，將拱架分2次進(jìn)行澆筑。第1次澆筑拱片上弦桿、主次拱腿下段部分及拱片外端部分及其附屬橫系梁混凝土，第2次澆筑拱片上弦桿、主次拱腿下段部分與拱片外端部分三者的結(jié)合部位及其附屬橫系梁。

3轉(zhuǎn)體施工控制原則

轉(zhuǎn)體是本橋施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)體重力大[1]。要把2 700 t的轉(zhuǎn)動(dòng)體系順利、穩(wěn)妥地轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)位置上，必須著重控制以下幾點(diǎn)。

(1) 先進(jìn)的牽引驅(qū)動(dòng)體系與適當(dāng)?shù)慕?jīng)營(yíng)成本相統(tǒng)一。傳統(tǒng)的牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通常由卷?yè)P(yáng)機(jī)(鉸車)、倒鏈、滑車組、普通千斤頂?shù)葯C(jī)具組成。這種轉(zhuǎn)動(dòng)體系操作方式原始，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大。且不利于統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度和過(guò)程不易控制，操作起來(lái)具有一定風(fēng)險(xiǎn)性。如采用先進(jìn)的自動(dòng)連續(xù)頂推系統(tǒng)作為轉(zhuǎn)體動(dòng)力設(shè)備，使轉(zhuǎn)體能夠連續(xù)同步、勻速平穩(wěn)、一次到位，且結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、施工方便。但這樣做一次性采購(gòu)設(shè)備的投入較大，且由于機(jī)具用途的專業(yè)性，勢(shì)必長(zhǎng)期閑置。而將轉(zhuǎn)體過(guò)程的機(jī)具操作部分承包給專業(yè)錨具公司，可以避免幾十萬(wàn)元購(gòu)置設(shè)備的花費(fèi)，也省去了因人員需要持證培訓(xùn)給緊張的工期帶來(lái)的不利影響。

(2) 采取適當(dāng)?shù)呐渲胤桨浮Ｒ蚴┕ぶ性O(shè)計(jì)方加大了拱片截面及增加配筋，原設(shè)計(jì)圖中的臺(tái)頂壓重方案已不能滿足轉(zhuǎn)體時(shí)的配重要求。經(jīng)過(guò)慎重考慮采用了臺(tái)后背負(fù)壓重塊方案，即在臺(tái)后澆筑一個(gè)3 m×2 m×12 m的鋼筋混凝土壓重塊，頂部以8根直徑32.5 mm鋼絲繩跨越臺(tái)頂栓套在拱片根部。這樣既滿足了轉(zhuǎn)體的配重需要，又降低了配重塊的重心高度，進(jìn)一步滿足了轉(zhuǎn)體過(guò)程的安全穩(wěn)定要求。

(3) 考慮牽引動(dòng)力的時(shí)候留有足夠的動(dòng)力儲(chǔ)備。在轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)上，一方面在沿上轉(zhuǎn)盤(pán)圓周切線方向的下底盤(pán)C50鋼筋混凝土基礎(chǔ)上，澆筑一組(2個(gè))同級(jí)別的鋼筋混凝土主反力墩，另一方面在主反力墩旁邊澆筑2個(gè)輔助反力墩。每個(gè)反力墩可承受1 000 kN拉力作用的水平力。安裝在一組反力墩上的千斤頂牽引纏繞在上轉(zhuǎn)盤(pán)上的鋼絞線構(gòu)成一對(duì)牽引力偶，見(jiàn)圖2。正常情況下由一對(duì)主力偶即可提供轉(zhuǎn)體所需的牽引動(dòng)力。在主力偶千斤頂外布置一對(duì)可提供1 000 kN拉力的YCW250輔助牽引千斤頂，采用同規(guī)格鋼絞線作柔性拉桿。在主力偶無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)拱架時(shí)，開(kāi)動(dòng)輔助千斤頂，與主千斤頂同時(shí)施力，以牽引拱架轉(zhuǎn)動(dòng)。(盡管后來(lái)轉(zhuǎn)體過(guò)程中并未使用到這一對(duì)輔助力偶，但在轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)時(shí)作此設(shè)置亦不為多慮。)

(4) 以試驗(yàn)測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)體系的平衡狀況。拱片截面和配筋量的增大，且臺(tái)身內(nèi)回填天然土，這2個(gè)因素對(duì)拱架體系平衡的影響是否準(zhǔn)確算出，對(duì)轉(zhuǎn)體能否正常進(jìn)行關(guān)系甚大。用2臺(tái)2 500 kN電動(dòng)油壓千斤頂組在已配重的橋臺(tái)前后2個(gè)方向、上下底盤(pán)之間的橋軸線對(duì)稱點(diǎn)上先后分2次加壓起頂，讀取拱架體系被頂動(dòng)瞬間的油表壓力值。通過(guò)油壓讀數(shù)和張拉缸面積的關(guān)系計(jì)算出體系被頂動(dòng)時(shí)該點(diǎn)的頂壓力，再通過(guò)力矩?fù)Q算，求出轉(zhuǎn)動(dòng)體系的不平衡重量。又通過(guò)加減壓重砂包的方法使其滿足轉(zhuǎn)動(dòng)體系的后點(diǎn)重量大于前點(diǎn)重量，但使其差值不大于10 t[2]。

(5) 防患未然，籌措在先。為防止轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生意外傾斜，在轉(zhuǎn)盤(pán)中心直徑10 m圓周上的下底盤(pán)頂面，等間距安裝7個(gè)鋼支架作為加設(shè)保險(xiǎn)支腿，派專人守候隨時(shí)準(zhǔn)備抄墊。另外，在近河側(cè)設(shè)置一轉(zhuǎn)體限位裝置，防止拱架體系最終超轉(zhuǎn)。

4轉(zhuǎn)體施工控制要點(diǎn)

(1) 轉(zhuǎn)體前的支架拆除及體系轉(zhuǎn)換。拱片經(jīng)張拉、配重后即拆除拱架前端支架，同時(shí)在該處搭設(shè)一調(diào)整支架。在調(diào)整支架上使用千斤頂讓拱片稍受力。然后拆去其余支架，待秤重調(diào)整后，松下千斤頂。此時(shí)體系前后基本平衡。

(2) 轉(zhuǎn)體角度及方向。新寨大橋轉(zhuǎn)體方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍D(zhuǎn)體角度：0號(hào)臺(tái)一側(cè)拱架為90.102°；1號(hào)臺(tái)側(cè)拱架為91.712°。

(3) 轉(zhuǎn)動(dòng)單元和轉(zhuǎn)體平面布置。轉(zhuǎn)動(dòng)體系以半跨拱架為一單元， 轉(zhuǎn)體施工平面布置見(jiàn)圖2。

1-主控臺(tái)；2-泵站；3-主千斤頂；4-鋼鉸線；5-信號(hào)線；

6-油管；7-半跨拱架；8-輔助千斤頂；9-防超轉(zhuǎn)墩

圖2轉(zhuǎn)體平面布置示意圖

(4) 轉(zhuǎn)體工藝流程。轉(zhuǎn)體及輔助千斤頂?shù)陌惭b調(diào)試→鋼鉸線布設(shè)→環(huán)形滑道的檢查→試轉(zhuǎn)體→轉(zhuǎn)體→合龍段鋼筋焊接→上下轉(zhuǎn)盤(pán)間混凝土澆筑→合龍段混凝土澆筑→預(yù)應(yīng)力釋放。

(5) 轉(zhuǎn)體施工步驟

①轉(zhuǎn)體千斤頂安裝調(diào)試。將設(shè)備按轉(zhuǎn)體布置圖安裝就位。根據(jù)千斤頂施力計(jì)算值調(diào)好各泵站的最大允許油壓，空載試運(yùn)行，檢查設(shè)備是否正常。

②鋼絞線布設(shè)。鋼絞線每束9根，一端擠壓成P形錨固定在拉錨器并鎖定在上轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)埋好的鋼軸上。鋼絞線沿著牽引方向繞上轉(zhuǎn)盤(pán)1周后，另一端穿入千斤頂，用夾緊裝置夾持住。纏繞于上轉(zhuǎn)盤(pán)上的鋼絞線須按順序排列，緊貼混凝土面，避免出現(xiàn)纏絞情況。

③滑道檢查。將環(huán)道四氟板面清理并擦洗干凈，在板上涂抹潤(rùn)滑油以減小摩阻力。

④試轉(zhuǎn)體。用YDC240Q千斤頂將鋼絞線逐根以5 MPa油壓預(yù)緊，以保證9根鋼絞線受力相等且都平行纏布于上轉(zhuǎn)盤(pán)上。

啟動(dòng)主控臺(tái)及泵站，由主控臺(tái)控制2千斤頂同時(shí)施力試轉(zhuǎn)。

試轉(zhuǎn)中測(cè)試拱片最前端的行進(jìn)速度，并確定施力值；測(cè)試每點(diǎn)動(dòng)1次(精確到秒的小數(shù)點(diǎn)后1位數(shù))懸臂端轉(zhuǎn)動(dòng)的水平弦線距離，派專人做好記錄，為轉(zhuǎn)體即將到位時(shí)的精確定位提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

試轉(zhuǎn)過(guò)程中檢查拱架的平衡穩(wěn)定及是否出現(xiàn)裂紋情況。

⑤正式轉(zhuǎn)體。選擇晴朗無(wú)風(fēng)的天氣進(jìn)行正式轉(zhuǎn)體作業(yè)。根據(jù)試轉(zhuǎn)得出的施力值重新調(diào)整好各泵站的最大允許油壓。

轉(zhuǎn)體過(guò)程為1次連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到初步定位位置，即在拱片懸臂前端中心距橋中軸線弦線長(zhǎng)約500 mm處。當(dāng)拱片轉(zhuǎn)體到初步定位位置時(shí)，主控臺(tái)采用點(diǎn)動(dòng)法控制千斤頂施力，按試轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)得的點(diǎn)動(dòng)1次懸臂端轉(zhuǎn)動(dòng)行程確定點(diǎn)動(dòng)次數(shù)。同時(shí)，測(cè)量組嚴(yán)密監(jiān)測(cè)拱片的軸線位置，確保其與橋的中軸線基本重合[3]。

⑥拱架調(diào)整及后續(xù)工作。拱片轉(zhuǎn)體到位后，及時(shí)測(cè)量橋中線位置及標(biāo)高，以千斤頂微調(diào)至滿足誤差要求。將拱片合龍段鋼筋對(duì)位焊接，澆筑臺(tái)座上下底盤(pán)間的封絞混凝土。封絞混凝土達(dá)到3 d強(qiáng)度后，澆筑合龍段混凝土。最終可解除拱片預(yù)應(yīng)力和橋臺(tái)預(yù)應(yīng)力。

5結(jié)語(yǔ)

新寨大橋?qū)倨矫孓D(zhuǎn)體單跨剛架拱橋，為目前應(yīng)用于大型拱橋的具有較多優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)形式，它與拱橋轉(zhuǎn)體施工技術(shù)相結(jié)合，可充分發(fā)揮鋼筋骨架剛度大、承載力強(qiáng)、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。在施工中具體要掌握以下幾點(diǎn)。

(1) 轉(zhuǎn)體過(guò)程歷時(shí)較短，少則數(shù)10 min，最多不超過(guò)1 d，所以重點(diǎn)要考慮施工荷載的影響。

(2) 選擇在較好的自然環(huán)境中進(jìn)行，保證受力在容許值內(nèi)，以防結(jié)構(gòu)破壞；保證錨固體系的可靠性。

(3) 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的變形控制、合龍構(gòu)造與體系轉(zhuǎn)換也是轉(zhuǎn)體施工應(yīng)考慮的重要問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]于書(shū)廣,劉聲強(qiáng).淺談橋梁工程轉(zhuǎn)體施工技術(shù)[J].科技傳播,2011(7):112-113.

[2]劉勇.拱橋施工技術(shù)[J].交通世界：建養(yǎng)：機(jī)械,2013(9):45-46.

Detection Assessment on Bearing Capacity of the Large-span Stone Arch Bridge

ZhaoMingwei

(Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan 030006, China)

Abstract：A large number of stone arch bridges in our country have a long construction history and the transport operators demand is increasing. It is imperative to make accurate assessment on the bearing capacity and health situation of the old stone arch bridges. Combining with a project of stone arch bridge, we used the finite element software Midas to establish the finite element analytical model and made structure checking on bearing capacity. In addition, we conducted load test and analysis according to the existing norms, which could provide the basis for bridge maintenance department to make reasonable decisions.

Key words:stone arch; carrying capacity; structure checking; load test

收稿日期：2015-05-30

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.05.015