T 形剛構(gòu)橋轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)

彭志川

中鐵建大橋工程局集團第一工程有限公司（116033）

0 概述

由于橋梁施工場地、施工條件的限制，無法滿足橋梁直接原位施工要求，從而在臨近位置采用預(yù)制拼裝或現(xiàn)澆施工工藝進行橋梁施工并預(yù)裝轉(zhuǎn)動裝置，待轉(zhuǎn)體橋梁施工完畢后，選擇合適時機進行轉(zhuǎn)體、合龍工作，從而達到縮短工期并減小對既有設(shè)施影響的目的[1]。

1 工程概況

蘄春至太湖高速公路與京九鐵路交叉夾角為78.59°。該橋全長 94.0 m，橋面寬 28.2 m，底板寬20.2 m；上部結(jié)構(gòu)采用單箱四室箱形截面，T 構(gòu)中間支點處梁高5.0 m，邊支點梁高 2.5 m，梁底線形采用拋物線曲線變化；T 構(gòu)中墩采用墩梁固結(jié)，矩形截面；墩縱、橫向平面尺寸為 4.0 m×12.0 m。

2 施工流程

T 形剛構(gòu)橋平轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)體施工流程主要包括:下承臺第一層混凝土澆筑→滑道及球鉸骨架安裝→下承臺第二層混凝土澆筑→安裝滑道、下球鉸→澆筑預(yù)留槽→安裝四氟乙烯滑板、 銷軸→涂黃油、四氟粉，安裝上球鉸→反力座、撐腳安裝→上轉(zhuǎn)盤施工→承臺臨時鎖定→澆筑墩身及轉(zhuǎn)體梁段→解除轉(zhuǎn)盤臨時鎖定→牽引系統(tǒng)安裝、調(diào)試→梁體稱重及配重→試轉(zhuǎn)體→正式轉(zhuǎn)體→封固轉(zhuǎn)盤，完成轉(zhuǎn)體[2]。

3 轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)

橋梁轉(zhuǎn)體系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)及平衡系統(tǒng)等。其中，轉(zhuǎn)動系統(tǒng)對整個橋梁轉(zhuǎn)體的成敗起到了決定性的作用，因此對轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的加工精度及施工質(zhì)量提出了更高的要求[3]。牽引系統(tǒng)主要由動力系統(tǒng)和牽引索、反力支架以及錨固結(jié)構(gòu)等部分組成。牽引系統(tǒng)需要通過詳細的計算分析來確定各部分結(jié)構(gòu)的設(shè)備型號和安裝位置等，從而保證經(jīng)濟、高效地完成牽引轉(zhuǎn)動工作。平衡系統(tǒng)主要用來測量梁體重量并根據(jù)測量結(jié)果對結(jié)構(gòu)進行合理配重，消除轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)兩端的不平衡力，保證轉(zhuǎn)體過程安全[4]。在轉(zhuǎn)體施工過程中，對整個結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的應(yīng)力及變形進行實時監(jiān)測是保證結(jié)構(gòu)安全必不可少的重要工作，同時該監(jiān)測數(shù)據(jù)也可以為后續(xù)施工方案的制訂提供參考依據(jù)。

3.1 球鉸施工

3.1.1 下球鉸施工

下球鉸是整個轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其安裝精度以及施工質(zhì)量直接影響整個上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。安裝下球鉸時，采用提高球鉸定位骨架安裝精度的方法，減少下球鉸安裝定位過程中位置調(diào)整的工作量。施工中采用測微器調(diào)節(jié)定位骨架頂面的相對高差，一般要求將球鉸骨架頂面相對高差控制在5 mm 以內(nèi)[5]，本項目將頂面相對高差控制要求提高至2 mm，中心偏差不大于1 mm，以保證整體施工質(zhì)量。定位骨架與預(yù)埋件之間焊接牢固，避免在混凝土澆筑、振搗過程中骨架產(chǎn)生偏移，影響后續(xù)球鉸安裝精度。定位骨架安裝完畢并經(jīng)檢查驗收合格后方可對第二層混凝土進行澆筑。

下球鉸安裝過程中，要始終保證起吊過程安全平穩(wěn)，待球鉸位置調(diào)整準確后再緩慢下放球鉸。施工過程中要避免其他結(jié)構(gòu)與球鉸發(fā)生碰撞，尤其要保護球鉸上表面，不可有任何劃傷、磕碰發(fā)生。球鉸安裝就位后應(yīng)及時對其高程和位置進行復(fù)測。采用十字線對中法對下球鉸進行定位安裝，安裝位置調(diào)整時首先采用普通水準儀進行初步定位，初步定位完成后采用精密水準儀進行精確定位，保證球鉸頂面各部分相對高差控制在1 mm 以內(nèi)，最后對調(diào)整螺栓進行固定。

3.1.2 上球鉸施工

上球鉸施工之前，應(yīng)清除上、下球鉸球面和中心銷軸表面雜物及水分，部分銹蝕嚴重位置可進行打磨。雜物清理完成后將整個球面吹干。球鉸表面清理完成后要在下球鉸球面上安裝聚四氟乙烯滑動片。聚四氟乙烯滑動片在工廠內(nèi)加工并完成與球鉸的安裝調(diào)試后進行準確編號，然后運至現(xiàn)場進行安裝；安裝過程中要保持對號入座，不可隨意調(diào)換滑片位置。安裝就位的滑片應(yīng)保證在同一球面之內(nèi)，各部分相對高差控制在1 mm 之內(nèi)。聚四氟乙烯滑動片之間的空隙應(yīng)用聚四氟乙烯粉黃油填充滿，填充時保證聚四氟乙烯粉黃油略高于滑片頂部，從而使聚四氟乙烯滑動片頂部有一層黃油，減小轉(zhuǎn)動摩擦力[6]。聚四氟乙烯粉黃油按照黃油∶聚四氟乙烯粉=120∶1 的重量比進行拌和。安裝過程中嚴格保證上下球面清潔，聚四氟乙烯粉黃油填充完畢后，盡快安裝上球鉸，避免污染。

安裝前，在中心銷軸套管內(nèi)注入黃油，然后插入定位銷軸，并調(diào)整銷軸垂直度和周圍間隙。上球鉸起吊套入銷軸后，采用倒鏈對其位置進行微調(diào)，保證球鉸水平與垂直方向定位準確。上球鉸定位完成后，利用牽引設(shè)備將其轉(zhuǎn)動，使填充的多余的聚四氟乙烯粉黃油溢出。施工完成后，在上下球鉸之間填充足量黃油，并在外側(cè)纏繞足夠的土工布，避免后續(xù)施工過程中雜物侵入其中。

3.2 滑道施工控制

滑道的平整程度直接影響轉(zhuǎn)體過程中頂推力的大小。施工過程中，在滑道外側(cè)架設(shè)水準儀，通過調(diào)整滑道螺栓的位置，將滑道頂面高程相對誤差控制在0.5 mm 以內(nèi)。同時應(yīng)避免在轉(zhuǎn)體前進方向上出現(xiàn)正誤差，導(dǎo)致頂推受阻[7]。

為保證拆除支架后撐腳與滑道不被擠壓緊密，轉(zhuǎn)體前用砂箱進行臨時支撐，砂箱布置在撐腳之間，共設(shè)置8 個砂箱（高1.5 m，外徑為600 mm，內(nèi)徑為428 mm），砂箱內(nèi)設(shè)石英砂，石英砂用水洗干凈并烘干后方可使用，砂箱在使用前預(yù)壓密實。

3.3 梁體稱重與配重

轉(zhuǎn)動球鉸是承擔整個轉(zhuǎn)體橋梁重量的關(guān)鍵受力構(gòu)件，其摩擦系數(shù)的大小直接決定了橋梁轉(zhuǎn)體過程中所需要的牽引力的大小。一般情況下，由于球鉸制作、安裝過程中會產(chǎn)生一定的誤差，且在施工過程中梁體兩端的質(zhì)量分布可能存在一定的差異，導(dǎo)致主墩兩側(cè)梁體質(zhì)量及剛度無法達到平衡，從而產(chǎn)生一定的不平衡力矩，引起牽引力的變化，會影響轉(zhuǎn)體施工的安全性。因此，為了使橋梁轉(zhuǎn)體施工安全、平穩(wěn)進行，有必要在轉(zhuǎn)體前對梁體進行稱重并進行合理配重，從而增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、保證轉(zhuǎn)體平順。

3.3.1 千斤頂布置

本工程橋梁轉(zhuǎn)體重量為10 000 t，球鉸轉(zhuǎn)動平面半徑為1.75 m，撐腳中心線半徑為3.95 m，轉(zhuǎn)臺半徑為4.5 m，靜摩阻系數(shù)按0.1 考慮。將千斤頂布置在縱橋向/橫橋向距墩中心3.95 m 處（縱橫方向與撐腳中心線重合），此時所需千斤頂頂升力為:0.1×10 000×1.75/3.95=443 t。考慮到千斤頂?shù)陌踩约敖Y(jié)構(gòu)偏載效應(yīng)，需要預(yù)留一定的富余量，擬安置2臺400 t 千斤頂進行稱重試驗。

3.3.2 位移傳感器布置

在千斤頂對應(yīng)的撐腳處設(shè)置千分表及位移傳感器，位置在撐腳、千斤頂中心線上。稱重開始之前需要對千斤頂進行預(yù)加載，從而保證千斤頂處于初始頂壓狀態(tài)，記錄好千分表和壓力傳感器的初始讀數(shù)。對千斤頂進行逐級加載，加載過程中及時監(jiān)控壓力傳感器及千分表的讀數(shù)，當位移產(chǎn)生突變時停止加載。加載結(jié)束后根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)繪制P-Δ 曲線，以此確定臨界力大小。單側(cè)加載完成后，將加載設(shè)備轉(zhuǎn)移至橋梁另一側(cè)，按照上述過程重復(fù)加載。根據(jù)兩側(cè)的加載結(jié)果，計算橋梁整體不平衡力矩、摩阻系數(shù)、偏心距等參數(shù)。按照實測結(jié)果，確定配重大小及位置。

3.4 轉(zhuǎn)體施工

3.4.1 試轉(zhuǎn)體

正式進行轉(zhuǎn)體施工之前要對結(jié)構(gòu)進行試轉(zhuǎn)體，從而檢查、測試泵站電源、液壓和牽引系統(tǒng)等部分是否可以正常工作；同時要測試在啟動、轉(zhuǎn)動、停止轉(zhuǎn)動及重啟和點動狀態(tài)下牽引系統(tǒng)的牽引力、轉(zhuǎn)動速度等數(shù)據(jù)。檢查設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)，為正式轉(zhuǎn)體提供控制參數(shù)，保證施工順利、安全。試轉(zhuǎn)時通常以橋梁整體轉(zhuǎn)動5°為控制目標。

橋梁試轉(zhuǎn)體操作要點主要包括以下幾個方面:①開啟泵站，通過主控臺控制千斤頂同步加載，進行橋梁整體試轉(zhuǎn)；②鋼絞線預(yù)緊。利用千斤頂按照兩側(cè)對稱加載的方法給所有鋼絞線施加5～10 kN 的預(yù)緊力；③試轉(zhuǎn)時要密切關(guān)注轉(zhuǎn)動速度，要密切監(jiān)測單位時間內(nèi)橋梁轉(zhuǎn)動的角度及橋梁懸臂端所轉(zhuǎn)過的弦線距離；④試轉(zhuǎn)時要對點動方式進行精確監(jiān)控，準確測量出每次點動時橋梁的轉(zhuǎn)動角度及懸臂端所轉(zhuǎn)過的弦線距離，為橋梁整體初步就位后采用點動方式進行精確調(diào)整提供數(shù)據(jù)參考；⑤試轉(zhuǎn)時要實時監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置應(yīng)力是否安全，有無裂縫產(chǎn)生。出現(xiàn)異常時立即停止轉(zhuǎn)動，分析原因并采取一定的措施后繼續(xù)；⑥試轉(zhuǎn)成功后用楔塊在撐腳之間打緊，同時在上下轉(zhuǎn)盤間焊接一定數(shù)量的固定鋼筋，保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；正式轉(zhuǎn)體之前割除固定鋼筋。

3.4.2 正式轉(zhuǎn)體

正式轉(zhuǎn)體時要保證在指揮員指揮下兩臺牽引設(shè)備同步啟動。

轉(zhuǎn)體時采用兩臺相同型號的液壓設(shè)備，按照校驗報告精確控制兩臺設(shè)備的油壓，轉(zhuǎn)體過程中要實時監(jiān)測兩個轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動角度，保證兩側(cè)轉(zhuǎn)速相同。

1）橫橋向精調(diào)。利用橫橋向放置的400 t 千斤頂進行橫向精調(diào)。頂升至橫橋向標高就位，利用鋼楔在撐腳位置將其固定。

2）縱橋向精調(diào)。縱橋向精調(diào)方法與橫橋向相同，利用縱橋向放置的400 t 千斤調(diào)整即可。

3）重復(fù)上述操作過程，檢測橋梁線形及標高是否滿足精度要求。達到目標位置后，利用鋼楔將其他撐腳鎖定，精調(diào)完成。精調(diào)時應(yīng)保證頂升力始終控制在安全限值之內(nèi)，同時為了避免局部應(yīng)力集中，需在千斤頂頂面及上承臺底面之間設(shè)置工字鋼墊梁。

4）鎖定及封鉸。精確調(diào)整到位后，在撐腳處插入鋼楔將撐腳鎖定，并將滑道與撐腳之間焊接牢固。臨時鎖定后，快速調(diào)直并焊接連接鋼筋；然后架設(shè)模板并及時澆筑封固混凝土，永久鎖定轉(zhuǎn)盤。

3.5 轉(zhuǎn)體監(jiān)測

轉(zhuǎn)體過程中采用2 臺全站儀對中線進行觀測，實時監(jiān)測橋面轉(zhuǎn)動情況，及時向指揮長匯報轉(zhuǎn)動距離。當梁端到達距轉(zhuǎn)體終點300 mm 的位置時，每轉(zhuǎn)動20 mm 時均需向指揮長匯報；到達距轉(zhuǎn)體終點150 mm（根據(jù)試轉(zhuǎn)體點動情況確定）的位置時，結(jié)束連續(xù)轉(zhuǎn)動狀態(tài)，改用點動控制，以確保橋梁精確就位。

1）軸線控制。利用全站儀確定上、下承臺縱軸線；同時在上、下承臺安裝角度標和指針，用來觀測轉(zhuǎn)動角度。利用全站儀確定箱梁轉(zhuǎn)體端部縱軸線，安裝軸線標尺。轉(zhuǎn)體時實時監(jiān)測標尺位置，利用標尺軸線位置與目標軸線間的差值為精調(diào)提供數(shù)據(jù)支持。

2）高程控制。在T 構(gòu)的懸臂兩端和墩頂位置設(shè)置高程觀測斷面，每個斷面設(shè)置3 個高程觀測點，對轉(zhuǎn)體全過程進行監(jiān)控，其中以梁體四角為主要控制點，分別放置兩把塔尺，使用2 臺水準儀進行觀測。

4 結(jié)語

文章主要介紹了T 形剛構(gòu)橋轉(zhuǎn)體施工的轉(zhuǎn)動體系，對稱重、配重以及轉(zhuǎn)體施工控制要點進行了論述，并針對施工過程中的重難點提出相應(yīng)的解決方案。文章研究成果可對同類橋梁轉(zhuǎn)體施工提供一定的參考。