特大橋混凝土連續梁轉體施工技術研究

李連玉/中鐵七局集團西安公司

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特大橋混凝土連續梁轉體施工技術研究

李連玉/中鐵七局集團西安公司

【摘 要】由于橋梁轉體施工方法在跨越既有線建設中能夠安全快速施工，確保既有運輸通道暢通，發揮出其獨特的優勢，產生顯著的社會經濟效益,因此有很大應用優勢和廣闊前景。本文主要介紹了特大橋混凝土連續梁轉體施工技術要點，為同行提供參考。

【關鍵詞】特大橋；混凝土；連續梁；轉體施工

1.引言

目前國內外對于大跨度現澆連續梁施工，均采用了支架和掛籃施工。作為緊臨既有線的橋梁施工，如按平常的施工方法，需從橋梁基礎開始到主體工程竣工的各個施工階段，考慮施工對運輸的影響，皆涉及營業線或鄰近營業線施工，工程可能干干停停，受運輸生產的影響較大。橋梁轉體施工技術將最關鍵的跨線施工轉移到既有線外側，大大減少了對運輸的影響。某特大橋利用這一技術，既保證了繁忙的客專線正常通行，又便于梁主體結構的施工生產組織，對于加強施工安全和工程質量，有較好的作用。工程自開工以來，針對該線跨客專特大橋的施工，對施工方案進行了深入細致的研究。

2.施工方案提出

加強梁體線形控制措施，梁體線形控制是大跨度橋梁施工的關鍵。我國在轉體施工方面也有先例，如在哈大客專、滬杭高鐵項目中分別采用連續梁轉體技術。轉體技術研究內容主要是通過梁體結構形式確定轉體用球鉸噸位、型號，轉體牽引力及慣性計算，通過施工過程對上下承臺滑道、球鉸的精密控制及稱重等方法進行研究，確保連續梁轉體成功就位。

通過結合平轉法施工建立承重系統、頂推系統、平衡系統的相互關系，研究各系統控制技術及不良因素對施工的影響，減少施工誤差，達到系統控制目標。線形控制方面關鍵技術為施工過程的仿真計算、梁體撓度監測。根據施工監測所得的結構參數真實值進行施工階段模擬計算，確定預留拱度及立模標高，在施工過程中根據施工監測的結果對所產生的誤差進行分析、預測和調整，以保證成橋后橋面線形以及合攏段兩懸臂端標高的相對偏差不大于規范規定值，同時，保證結構內力狀態符合設計要求。方法主要是通過建立平面及高程控制網及計算梁段重量誤差與預應力張拉誤差，來確定梁體的立模標高及平面位置。

按平轉法施工建立承重系統、頂推系統、平衡系統的相互關系，研究各系統控制技術及不良因素對施工的影響，減少施工誤差，使施工實際狀態最大限度的與理想設計狀態（線形與內力）相吻合，達到系統控制目標。

3.施工技術控制措施

連續梁平轉法施工的轉體系統主要由：承重系統、牽引系統和平衡系統三大系統組成，承重系統由上下轉盤構成上轉盤支撐轉體結構，下轉盤與基礎相連，通過上轉盤相對于下轉盤的轉動達到轉體目的。牽引系統為施力設備構成，提供轉體轉動動力，通過牽引上轉盤帶動上球絞，達到相對于下球絞進行轉動的目的。平衡系統由梁體結構本身自重及保證轉體平衡的荷載構成。

3.1承重系統

承重系統是轉體施工的關鍵，兼顧轉體、承重、平衡等多種功能。主要由上轉盤、下轉盤、球鉸、滑道等組成（圖1），承重系統的核心結構是球鉸。上轉盤是承重的主要結構，其上設有防止梁體傾覆的撐腳；下轉盤設有環道和助推反力座，在轉體結構部分施工過程中上下轉盤之間預設砂箱及精扎螺紋鋼筋，起原始支撐和固定作用。

（1）球鉸豎向反力計算。當偏心距為e時，轉體由球絞和兩個保險支腿三點支撐。在最不利位置時支腿至轉軸中心距為r1。支腿豎向反力N2與球絞軸心處豎向反力N1 計算如下：N1=G×e／r1；N1=G-N2。式中，N1——球絞軸心處豎向反力；N2——保險支腿豎向反力；G——轉體部分總重力；e—— 偏心距(一般取0.1 m一0.2 m)；r——最不利狀態下保險支腿中線至轉盤中心、距離。

（2）球絞平面半徑計算。球絞球面半徑一般取8 m，則球絞平面直徑D計算如下：D≥2｛ N1/(π K[σ α]）}1/2；式中D——球絞平面直徑；K——球絞接觸面積折減系數(一般取0.65—0.7)； [σ α]——球絞下混凝土的標準抗壓強度。

（3）轉盤、球絞施工。轉盤分為下轉盤、上轉盤兩部分。上下轉盤通過球絞連接，球絞一般采用鋼板精加工而成。承臺施工完畢后，精確安裝球絞，定位后用注漿混凝土固定。上轉盤附著在下轉盤上安裝，固定成型后，試平轉運行，檢查無誤后進行上轉盤施工。為保證壓力的有效傳遞及球絞上、下蓋的精確定位，在上、下轉盤基礎混凝土中預埋設鋼筒與上、下球絞蓋點焊連接。下轉盤球絞定位后，灌注下球絞與下鋼筒內微膨脹混凝土。球絞表面打磨光滑后在球絞表面涂抹一層厚度為1 em潤滑劑(聚四氟乙烯粉與黃油的混合物，比例1：2。然后吊裝上球絞蓋，周邊對稱點焊上鋼筒，完成上球絞蓋的精確定位。

3.2牽引系統

頂推牽引系統由千斤頂、液壓站及主控臺等三部分組成。一般采用2臺連續千斤頂，同步牽引纏繞于轉盤上直徑 7*15 mm鋼絞線，形成水平轉動的純力偶。必要時在啟動過程可設助力頂推千斤頂，保證轉體啟動動力(圖2)。

（1）平轉牽引力計算：轉體總重量W為25000KN；其磨擦力計算公式: F=W×μ；啟動時靜磨擦系數按μ=0.1 ,靜磨擦力F= W×μ=2500KN；轉動過程中的動磨擦系數按μ=0.06；動磨擦力F= W×μ=150OKN。

（2）轉體牽引力計算:T=2/3×(R×W×μ)/D；R為球鉸平面半徑,R=1.15m；D為轉臺直徑,D=8m。μ為球鉸磨擦系數,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=240KN，轉動過程中所需牽引力 T=2/3×(R×W×μ動)/D=144KN。動力儲備系數1000KN/240KN=4.16，鋼絞線的安全系數：7根/臺×26T/根/24T=7.6。計算結果表明千斤頂動力儲備和鋼絞線的安全系數均達到了本類型工程施工的要求。

（3）牽引索選用。根據牽引力，每根牽引索采用的鋼絞線根數n為：n=k*t1/（ɑ*?k）。式中：n——每束鋼絞線根數；?k——鋼絞線錨下控制應力 =0.75 fytp(fytp鋼絞線標準強度)；a——單根鋼絞線截面面積；k—— 材料的安全系數。

（4）穿索。退出前后工具夾片等夾緊機構，把帶有穿索套的15 mm鋼絞線逐一從前置頂尾部穿心孔內穿入，此時應注意將前后工具錨板各孔中心找正，再順次穿過牽引裝置上的前、后工具錨板，對中板上穿出。檢查頂錨板上各鋼絞線與錨板孔是否對正，同時保證鋼絞線沒有交叉和扭轉，最后用手動拉緊器預緊各鋼絞線，使各鋼絞線松緊程度基本一致。

3.3平衡系統

平衡系統主要由橋梁本身的墩臺身、上部結構和平衡荷載構成。橋梁的墩臺身、上部結構在支架上施工成整體結構。平衡重主要為壓重塊，以保證轉體施工時相對轉鉸平衡。

（1）稱重。沿梁軸線的豎平面內，由于球鉸體系的制作安裝誤差和梁體質量分布差異以及預應力張拉的程度差異，導致兩側梁段剛度不同，質量分布不同，從而產生不平衡力矩，使得懸臂梁段下撓程度不同。為了保證轉體過程中，體系平穩轉動，要求預先調整體系的質量分布，使其質量處于平衡狀態。原理如下：以球鉸為矩心，順、反時針力矩之和為零，使轉動體系能平衡轉動，當結構本身力矩不能平衡時，需加配重使之平衡。即：M左一M 右= M配。式中：M左—— 左側懸臂段的自重對鉸心的力矩；M右—— 右側懸臂段的自重對鉸心的力矩；M配—— 配重對鉸心的力矩。根據實測偏心結果，對于縱向偏心，采用在結構頂面的偏心反向位置，距離墩身中心線一定距離的懸臂段，調整水箱重量作為配載糾偏處理法。要使球鉸克服靜摩阻力發生微小轉動，需要的轉動力矩應大于等于靜摩阻力矩。靜摩阻力矩可由下式計算：

式中，N 為轉體重量，R 為球鉸球面半徑，μ 0 為靜摩擦系數。

（2）平轉法施工保證措施采取如下：1）防傾覆措施采取在上轉盤下設置6-8組撐腳；沿環道外側布置4臺大噸位千斤頂，調整轉體的傾斜度；邊跨壓重，讓球絞和撐腳的兩后腿呈三點穩定支撐態勢。

2）位控措施。利用預埋件和撐腳安放水平撐桿，防止脫模時轉動體系傾斜或自動旋轉。轉體到位時，防止再度轉動的措施主要有：①用混凝土塊將上下轉盤的孔隙墊緊；②焊接上下轉盤之間的連接預埋件；③在邊墩墩頂設限位擋塊；④牽引索、轉盤等作標記，設防超鋼板，專人負責，避免轉體到位后繼續牽引。

3）微調措施。在邊墩墩頂安裝千斤頂，梁體轉體到位后進行梁端高程微調。在轉盤與承臺間，防傾保險的千斤頂對轉盤進行高程微調，保證轉體的水平姿態。①縱向微調：在轉盤之間，沿橫軸線下，前后對稱各設1臺大噸位千斤頂。②橫向微調：在轉盤之間，橋軸線的左右對稱各設1臺大噸位千斤頂。 ③在邊墩頂各設置2臺大噸位千斤頂，轉體到位后對結構實施豎向微調。

4.試驗數值與理論對照分析

4.1轉體時間及轉動弧長計算

千斤頂的牽引理論速度 （mm/min）=泵頭流量（L/min）/(2×伸缸面積)。理論上由于泵頭的實際流量可根據要求從0到36L/min進行選擇，所以轉體的速度可根據設計的要求而設定在規定的時間范圍內實現施工要求。根據轉體角度62°及上轉盤半徑4m，計算出鋼絞線牽引長度L=4.33m，轉體懸臂段轉動長度33.55m。現將YTB泵站流量調整為5L/min，計算出千斤頂動作速度V=（5÷0.062832）×60=4.77m/h。1).轉體所用時間t=L/V=0.91h=55min。牽引鋼絞線速度：4.33/55=0.08m/min。2).轉體角速度：62°/55min=1.13°/min ， 即 0.019rad/min；3).轉體懸臂端線速度：33.55÷55=0.61m/min。

表1　轉動弧長計算

4.2最優數值的建立

根據理論計算和試轉數據建立最優點動數據，利用最優點動數據進行轉體中對位調整。理論每秒梁端轉過弧長：0.61/60=0.010m，實際工程中試轉每秒梁端轉過弧長：0.061/5=0.012m，最優數據為0.010+0.012=0.011m

5.結束語

橋梁轉體施工是指將橋梁結構在非設計軸線位置制作(澆注或拼接)成形后，通過轉體就位的一種施工方法。它可以將在障礙上空的作業轉化為岸上或近地面的作業。施工前應充分掌握特大橋橋梁轉體法的轉體施工原理及牽引體系、轉體技術參數的計算方法，轉體成功后應約束固定，以確保工程的質量。

參考文獻：

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