雙幅不等跨近距離同步轉體剛構橋施工關鍵技術研究

李春玉

中鐵建工集團有限公司 山東 青島 266061

近年來，隨著轉體施工工藝的應用，轉體形式也日漸不同，受橋寬、跨度等方面的影響，雙幅不等跨近距離同步轉體剛構橋梁開始日益增多。在轉體施工過程中，球鉸系統作為轉體橋的樞紐，既承受上部結構質量，同時又是轉體橋梁轉動的紐帶，球鉸的定位精度和安裝質量對后續轉體施工的順利完成起到至關重要的作用；不等跨轉體橋配重方案的選擇決定了其轉動期間的穩定性及平衡性；雙幅近距離同步轉體過程中的防傾覆及防碰撞措施是轉體順利進行的保障[1-4]。

南進場路轉體橋位于青島膠東國際機場，為雙幅不等跨近距離同步轉體剛構橋，以此為例，對施工過程中的球鉸系統、不等跨配重方案、防傾覆措施和防碰撞措施等關鍵部位的技術應用進行分析。

1 工程概況

南進場路轉體橋與膠濟鐵路相交于樁號K61＋917處，與膠濟鐵路線相交夾角為54.6°。橋梁在跨越膠濟鐵路處分成東西2幅，分別為Z13#、Z14#轉體橋，Z13#跨徑為（53＋53） m，Z14#跨徑為（53＋48） m，轉體橋效果如圖1所示，轉體示意如圖2所示。轉出體跨徑分別為（48＋48） m和（48＋45） m，轉體質量約7 000 t，就位后2幅梁體間距為30 cm，轉體球鉸系統結構如圖3所示。

圖1 南進場路轉體橋整體效果

圖2 南進場路轉體橋轉體示意

圖3 南進場路轉體橋球鉸系統結構示意

2 施工難點分析

1）球鉸系統主要承受全橋的質量和轉動時的扭矩，其安裝精度及混凝土澆筑質量要求高，直接影響轉體過程的穩定性。

2）南進場路轉體橋Z14#為不等跨轉體橋，如果稱重和配重控制不好會存在傾覆等問題，導致無法正常轉動。

3）轉體橋各階段的臨時固結、限位等防傾覆措施需要提前研究和優化。

4）雙幅不等跨近距離同步轉體剛構橋存在超轉、碰撞問題。

3 施工關鍵技術研究

3.1 球鉸定位及安裝施工技術

3.1.1 滑道預拼接整體吊裝技術

轉體下承臺分2層澆筑，在首次澆筑完成后，混凝土面需要鑿毛。采用全站儀在混凝土面上精確放出滑道十字軸線4個角點和中心位置，并通過“十字線對中法”復核4個角點和支架中心位置，保證其中心必須位于設計位置。

鋼板滑道和定位骨架分別由4塊1/4圓弧拼塊拼裝而成，在拼裝完成后進行整體吊裝。在平整的地面上，將滑道定位骨架通過角鋼焊接進行拼裝，拼裝完成后保證滑道骨架頂面任意兩點高差在5 mm之內，然后安裝鋼板滑道。鋼板滑道通過擰動連接螺母進行高度調整，調整完成后平整度≤0.5 mm，之后將鋼板進行焊接連接，完成整體拼裝后進行吊裝。

吊裝時，滑道支架位置通過調整，使其四角坐落在放出的點位上，并通過“十字線對中法”復核滑道中心位置，當中心位置出現偏差時，利用在滑道四角安放的小千斤頂進行頂推，保證其中心必須位于設計位置。精準定位之后，將千斤頂立起，利用4個千斤頂調整支架，使其高程達到設計標高，用電子水準儀進行標高復核，保證頂部局部平整度≤0.5 mm，待標高精調完成后，通過預留鋼筋與支架進行焊接固結。

3.1.2 下球鉸安裝技術研究

下球鉸支撐腳吊裝前，采用全站儀在混凝土面上精確放出支架4個角點和中心位置，吊裝時，定位支架位置通過調整，使其四角坐落在放出的點位上，并通過“十字線對中法”復核支架中心位置，保證其中心必須位于設計位置。精準定位之后，利用4個千斤頂調整支架，使其高程達到設計標高，用電子水準儀進行標高復核，保證頂部局部平整度≤0.5 mm，待標高精調完成后，通過預留鋼筋與支架進行焊接固結。

安裝下球鉸前，確定好下球鉸及定位支架對應軸線及定位螺栓位置，然后吊裝下球鉸與定位支架的軸線位置和定位螺栓位置一一對應，利用定位螺栓將下球鉸與定位支架頂面角鋼臨時固定，通過標高調節螺栓調整下球鉸標高。

球鉸中心采用全站儀進行坐標控制，同時人工拉十字線進行對中復核。現場高程測量采用“三人測量、同步復核、邊測邊調”的方式進行控制。為保證下球鉸的安裝精度，在下球鉸外沿均勻布置8個測量控制點，8個控制點兩兩對稱，控制點位置需與定位支架上的調節螺栓對應，控制點用紅色油漆做好標識。將控制點標高逐一調整至設計標高后，同步對球鉸中心進行再次復核，全部滿足要求后旋緊緊固螺母，完成精調并固定。球鉸的安裝精度要求：球鉸安裝頂口必須水平，其頂面任意兩點誤差≤1 mm；球鉸轉動中心必須位于設計位置，其誤差在順橋向為±1 mm、橫橋向為±1.5 mm；鋼套筒應鉛垂，其傾斜度≤0.3%。

3.1.3 上球鉸安裝技術研究

上球鉸安裝之前要將上球鉸接觸面清理干凈，然后用汽車吊吊裝上球鉸，上球鉸套筒應插入銷軸內。待上球鉸安裝就位后，使用人工推動上球鉸轉動2周，驗證球鉸能否順利轉動，使上下球鉸間的黃油分布均勻，并將多余的黃油擠出。之后檢查上下球鉸相對位置，尺寸一致說明銷軸兩側間隙一致，誤差要求≤3 mm，如果發生偏差要進行調整，則采用吊葫蘆進行調整，使上球鉸與下球鉸外圈重合。

上球鉸定位完成后，上球鉸用鋼筋采用焊接的形式與周圍鋼筋進行固結，保證上球鉸在澆筑上承臺混凝土的過程中不會偏移。用膠帶在上下球鉸外圈結合處進行封閉，防止雜質進入。

3.1.4 球鉸優化及混凝土振搗技術

轉體下球鉸直徑390 cm，下部結構復雜，為保證下球鉸下方混凝土澆筑密實，在下球鉸上設置2圈，共計8個振搗口和16個排氣孔。混凝土澆筑從球鉸四周下料，利用混凝土流動性及振搗棒的振搗作用流入下球鉸轉盤下部，通過預先在球鉸表面預留的搗固孔和排氣孔進行混凝土加強搗固和排氣，搗固結束后及時封堵搗固孔，澆筑時泵管不能位于球鉸及定位支架上方。

轉體上球鉸混凝土與上承臺混凝土同步澆筑，澆筑高度最高處為3.8 m，高度較高且鋼筋密集，不易振搗。為了保證球鉸處混凝土質量，在上球鉸均勻布置4根直徑15 cm預埋管伸出上承臺頂面，澆筑混凝土時振搗棒通過預埋管伸入上球鉸上部進行振搗，保證混凝土振搗質量和混凝土成品質量。混凝土澆筑前，將1根直徑2 cm的注漿管插入預埋管管底，混凝土澆筑完成之后四周用高強砂漿填充密實，待高強砂漿達到強度后，通過注漿管對上球鉸上部混凝土進行注漿，進一步保證混凝土質量。

3.2 不等跨轉體橋稱配重技術

根據力矩原理，將配重作用點從承臺轉移至箱體，使作用點距支點距離增大，同樣大小的力，力矩增大，可以大大減小配重量。不等跨配重配置如圖4所示。

圖4 不等跨配重示意

將配重分解成2次配重，第1次為理論配重，待配重完成后方可進行支撐架體拆除，再進行稱重，根據稱重效果進行第2次試驗配重，能更有效地控制轉出體的穩定性，防止轉出體傾覆。

充分研究和利用CJJ 11—2011《城市橋梁設計規范》中圖10.0.2-2的城—A級車輛荷載的立面圖、平面圖、橫橋向布置來設置配重位置和范圍，將配重范圍按照＞15 m、全幅，只在腹板梁上配重，完全模擬荷載車通過時的情況，使荷載傳遞如同車輪荷載傳遞一樣，并且嚴格控制每一作用面的荷載值不超過設計荷載值，最終根據需要配重力矩值結合城市橋梁設計規范來設置配重位置和范圍。

3.2.1 第1次理論配重

根據彎矩等效原則，確保結構重心和球鉸中心豎向重合。計算出轉出體需要配重的質量，再等效到配重區域。根據事先劃好的配重區域擺放方木，方木擺放寬度為配重塊寬度。擺放完成后采用鋼筋進行錨固固定，避免轉體時配重塊移動。

3.2.2 稱重

首先根據轉體質量計算稱重時千斤頂的噸位，將千斤頂放置在滑道之上，在千斤頂上放置事先準備好的鋼板，在鋼板上放置應力環。將應力環與綜合測試儀連接并開啟。將千分表底座固定在撐腳上，使測試柱與滑道接觸。啟動千斤頂，分級進行加載，每一級控制在500 kN以內，同步記位移，當位移突然出現較大波動時，每一級加載控制在10 kN，當位移穩定后停止加載，進行卸載，每一級控制在100 kN以內，同步記位移，最后繪制出加載、卸載時位移頂力圖。根據加載、卸載時位移頂力圖，通過計算公式計算偏心距數值，當偏心距滿足5～15 cm時不需要配重，超過此范圍需要配重。

3.2.3 第2次配重

根據數據分析結果，需要將偏心距控制在5～15 cm之間，根據實測偏心距與要求值之間的差值，進行彎矩等效，計算出配重量。

3.3 防偏移及傾覆技術

轉體橋各階段施工過程中易產生偏移及傾覆：轉體橋上下球鉸間為聚四氟乙烯滑塊及黃油，阻力很小，在上承臺、墩柱及上部結構施工時，上下球鉸易發生滑動，導致轉體偏移或傾覆；轉體稱配重及試轉前，所有限位措施均已打開，需要采取措施防止轉體滑動或傾覆；正式轉體完成后，在永久固結措施實施前，為了防止轉體橋發生傾覆，需要設置臨時固結、限位措施。

3.3.1 預埋工字鋼

借助球鉸系統下承臺6個外反力支座，在每個反力支座上預埋1根插入上轉盤的通長工字鋼，以每相鄰的2個分為1對，每對相鄰的工字鋼內面間角度為54.6°。預埋工字鋼插入反力支座及上承臺各30 cm，球鉸上部結構施工過程中，工字鋼可以有效防止球鉸發生滑動。

在轉體施工前，將工字鋼切斷，每對相鄰的工字鋼沿球鉸轉動方向，上游的工字鋼在下部1/3處割斷，下游的工字鋼在上部1/3處割斷，轉體轉到54.6°時，上游的工字鋼與下游的工字鋼內面剛好貼到一起，起到防止超轉的作用。通過焊接工字鋼，可以有效起到支撐作用，防止轉體橋傾覆。

3.3.2 鋼楔子

轉體橋設6對撐腳，分別對稱分布于縱軸線的兩側。在撐腳的下方有1 m寬的滑道，撐腳底標高比滑道頂高出2 cm，用鋼楔子固定，橋梁轉體前，將鋼楔子敲掉，撐腳可以在滑道內滑動，用于保持轉體結構的平穩。

鋼楔子立面為斜三角，固定時，將鋼楔子底部平面放在滑道上，將扁頭插入撐腳與滑道之間的縫隙，然后用小鐵錘慢慢敲打至擠緊牢固。鋼楔子在每個撐腳外圓弧處各均勻放置2個，每個撐腳兩側各放置1個，以保證撐腳穩定。轉體完成后，鋼楔子與撐腳、滑板焊接固定，防止出現偏移，起到永久固結、限位的作用。

3.3.3 臨時固結鋼筋

在上部結構施工、稱配重、試轉、正式轉體時都需要設置臨時固結鋼筋進行臨時固結和限位。臨時限位鋼筋位于轉體承臺四角，通過斜拉鋼筋將上下承臺的預留鋼筋焊接到一起，能很好地起到臨時固結、限位的作用。

3.4 防超轉碰撞技術

轉體施工時，張拉設備采用連續千斤頂，停止張拉時，轉體橋會由于慣性繼續向前移動一小段距離，而本工程為雙幅不等跨近距離同步轉體剛構橋，轉體完成就位后雙幅轉體橋梁側間隙較小，僅有30 cm，如果出現超轉，會造成梁體碰撞，可能會破壞梁體并危及鐵路安全。

3.4.1 外反力支座防超轉工字鋼

借助球鉸系統下承臺6個外反力支座，在每個反力支座上預埋1根插入上轉盤的通長工字鋼，以每相鄰的2個分為1對，每對相鄰的工字鋼內面間角度為54.6°。轉體前，將工字鋼切斷，每對相鄰的工字鋼按球鉸轉動方向，上游的工字鋼在下部1/3處割斷，下游的工字鋼在上部1/3處割斷，轉體轉到54.6°時，上游的工字鋼與下游的工字鋼內面剛好貼到一起，起到防止超轉的作用。

3.4.2 梁端部設置防碰撞緩沖措施

在2個轉體梁的跨線端合龍口內側各綁定1個橡膠緩沖墊板，經過項目研究，決定采用廢舊輪胎。緩沖墊板布置在距梁端約2 m處，且確保轉體就位后兩側的墊板不頂觸，轉體就位后墊板位于鐵路防護線以外區域。

3.4.3 滑道撐腳處設置限位防超轉裝置

下球鉸施工過程中，在2個轉體球鉸撐腳轉到54.6°位置時分別做2道限位工字鋼，工字鋼兩端各在滑道上焊接2個限位鋼塊，2個限位鋼塊間距離為工字鋼寬度加2 cm，2 cm空隙鐵片精調。

當撐腳轉動到工字鋼位置時，測量梁端軸線偏差，根據偏差計算撐腳需要轉動的距離，通過取出對應厚度的鋼片調整雙幅轉動的同步情況，同時也通過取出鋼片調整撐腳最終的轉動位置，減少軸線偏差。

3.4.4 千斤頂“點動”控制

當轉體過程接近終點時，隨著梁端間隙越來越小，也更容易出現梁端碰撞事故。為防止發生此類事故，預計在轉體Z13#、Z14#聯箱梁最小間距為1 m時停止自動控制，改為點動控制，正式轉體前進行試轉作業，通過試轉作業采集轉體結構在不同點動時長控制下的行進距離，并作為正式轉體點動階段的參考數據。點動階段兩墩的設備控制人員始終通過對講機溝通，通過對智能連續牽引設備的實時控制，確保兩側的轉體速度和位置互不干涉，通過點動階段兩墩同步精準控制，保證梁端最終就位位置在偏差以內。

4 結語

通過對雙幅不等跨近距離同步轉體剛構橋施工過程中的球鉸系統、不等跨配重方案、防傾覆措施和防碰撞措施等關鍵部位的技術應用分析，總結出行之有效的控制措施，并通過實踐證明其科學性和合理性，可為后期類似工程的施工提供寶貴經驗。