長懸臂連續箱體梁橋偏心水平自平衡轉體施工技術研究

賴見林,陳 嘯

（贛州創新公路開發有限責任公司,江西 贛州 341000）

0 引言

橋梁轉體施工技術是在現場適當位置，借助簡便支架或利用地形，先完成半橋預制，再將橋梁結構自身作為旋轉體，利用機械裝備，基于橋臺或岸墩支撐，將兩個半橋分別轉動到橋址的軸線位置，形成一座完整橋梁的施工方法。轉體技術在克服橋梁施工場地方面具有明顯優勢，但轉體操作的技術控制要求高，施工風險大，一旦出現失誤，后果不堪設想。案例是一座非對稱彎曲長懸臂連續箱體梁橋，采用偏心水平自平衡轉體施工技術，有效保證了梁結構偏心轉體的穩定性[1]。下文將以該工程為例，重點介紹該偏心水平自平衡轉體操作方案、系統配置構成、現場轉體操作控制等技術要點，為同類橋梁轉體施工應用提供技術參考。

1 工程概況

某橋公路路橋跨越鐵路線，軌頂高程 80.35 m，與鐵路線交角50.4°。采用轉體施工方法，轉體平面位處曲線接直線和圓曲線緩接線上，轉體梁采用跨度 2×70 m布置，跨線孔徑 70 m，橋寬 10.4 m，全長140 m，橋下凈空采取軌頂+7.9 m+2.5 m設計。

轉體墩位處鐵路南側，轉體部分T型結構長度為2×67.50 m，合攏段長度為2.50 m。上部箱體梁為單箱雙室斷面，T型結構中支撐點梁高5.20 m，側支撐點梁高2.90 m，箱體梁底部呈1.8次拋物線漸變。

箱梁頂板設計采取直腹板結構，頂板厚20～25 mm，頂板寬10.4 m，底板厚20～25 mm；邊、中腹板厚18 mm，腹、底、頂板均采取平鋼板加縱向肋設計。由腹板高差構成橫坡橋面。

轉體采取偏心水平自平衡轉體方式，轉體重量2 459.21 t，轉體用時47.5 min，轉體角度為順時針49°。上轉盤徑值8.70 m，轉體定位中心軸直接為Φ15 cm，支撐座平面直徑為Φ1.75 m。

案例橋位處線路曲線上，受到曲率的影響，水平偏心扭矩較大，平面線形控制難度較大。由于橋址位于曲線區域，因此梁結構軸線與轉動臺中心存在0.3 m偏心設計，以此平衡梁構所存在的橫向扭轉力矩，保證橋梁轉體過程中結構保持自然平衡狀態。

而且該橋跨度大，橋梁整體受力以垂向為主，與同等跨徑的直線橋梁相比，曲線橋梁的垂向撓度較大。為了抵消垂向載荷，加強預拱度設計，因此對裝配精度要求大幅提高，轉體施工過程中，要同時保證在垂向和平向兩個維度上控制轉體對接操作，種種因素決定案例橋梁的轉體控制難度較大。

2 轉體方案及系統配置

2.1 轉體操作方案

（1）轉體前檢驗鋼箱體梁裝配；完成護欄外側模板、鋼筋、護欄燈、防護屏、交通監控、聲屏障等預設件的裝配。

（2）拆下支撐架，使T型結構處于懸臂狀態。

（3）轉體部分測重，并測量重心所在位置，如有必要，給予配重。

（4）試轉轉體部分，轉動角度7°，分析轉體部分的相關參數。

（5）依據確定的轉體操作時間，以0.018 rad/min速率進行轉體，在上轉臺上裝配一個刻度盤進行控制，轉體應一次到位。

（6）鎖定上下轉盤，固定轉體部分。

（7）裝配合攏段鋼體梁。

（8）完成橋面有關附屬結構的施工。

2.2 轉體系統構成與配置

轉體系統由轉體支座、支撐腳、滑道、轉體下盤、轉體上盤、轉體牽引系統、牽引反力座、牽引索、限位裝置、助力系統、微調系統組成。轉體支撐座起著重要作用，支撐腳用于保持轉體的穩定。系統載承力設計為35 000 kN，通過兩套自動控制連續轉體千斤頂，將相同平衡力，連續穩定地施加在轉體上，使旋轉部分圍繞旋轉支撐座的中心軸旋轉。操作過程中，進行測量監控，數據實時上報給指揮員，指揮員參照監控數據，準確指揮轉體操作。

2.3 轉體支座

設計采用ZTQZ-35MN轉體支座。該轉體支座由下球擺、上球擺、下錨桿、上錨桿、耐磨板、密封裝置、螺栓等功能部件構成。球擺主體材質選用ZG270-500材質，熱處理以后，其機械性能和化學成分均滿足GB11352規范規定，加工支座所用焊接技術參照JB/T 5943和GB/T 985.1技術標準，采用超高分子量改性聚乙烯滑板作耐磨板，耐磨板滑動脂潤滑摩擦系數小于等于0.03。轉體支座的平面半徑取0.875 m[2]。

2.4 撐腳與滑道

撐腳采取鋼管混凝土結構，選擇Q235型鋼管，鋼管外徑60 cm，厚度24 mm，管內澆筑微膨脹C50混凝土。將四氟乙烯板和鋼走板配置在鋼管下，前者厚4 mm，后者厚3.0 cm。走板底面按3級精度加工。承臺施工操作過程中，定位滑道骨架，給予精準預埋，通過螺栓連接骨架與環形鋼板，高度精確調節，焊接不銹鋼板于鋼板之上，不銹鋼板厚2 mm，使四氟乙烯板與不銹鋼板間存在相對滑動面。使撐腳與滑道間存在20 mm縫隙。

3 轉體施工技術

3.1 施工準備

3.1.1 滑道清理

清理支撐腳，使支撐腳和滑道之間保持一定空隙，這是沙箱取出后保證梁體平衡的重要措施。將沙箱分組拆卸，使梁體重量作用于支撐座，切斷承載平臺和上轉盤間的連接鋼筋，以實現系統間轉換。清理滑道，保證滑道與支撐腳之間的空隙滿足需求。將黃油涂抹在道板前部以減少摩擦，并在支撐腳處設置聚四氟乙烯板。

轉體過程中，全部拆除沙箱以后，轉體自身平衡和配重平衡對轉體順利實現和施工安全具有重要作用，因此轉體部分需要進行稱重試驗。以獲得相關轉體力學參數，確保轉體順利完成。配重完成后，把位移傳感器、千斤頂安裝在橫梁的承載平臺底部，測量不平衡力矩。

3.1.2 稱重試驗

旋轉支撐座是轉體操作的重要裝置，其承載著旋轉體的所有重量。支撐座的摩擦系數與轉體牽引力密切相關。轉體段重量分布不均，支撐座結構誤差，一定程度會導致墩兩端梁段的功效狀態有所不同，從而產生不平衡受力。因此在鋼箱體梁臨時支承拆除后和轉動前，給予稱重試驗。測試內容一般包括：①轉體縱向力矩和縱向偏心距；②鉸球靜摩擦系數與摩擦力矩；③轉體需要牽引力；④明確轉體梁配重方案。

3.1.3 裝備測試

轉體過程中，所需的電器設施和液壓裝置應在工廠進行標測；連接相關線路并連通電源；根據千斤頂力（以f動=0.03，f靜=0.05進行分析），計算各個泵站油壓值。根據該值調整泵站的極限允許油壓，并在空載條件下試運轉。同時檢查儀器是否能夠正常運行，并且，在多組溫度和不同時間段進行設備控制調試。

設置旋轉系統，包括主牽引系統和助力系統。設置主牽引系統千斤頂前，在下轉盤基礎區域預埋反力架、承舉架，滿足牽引過程中千斤頂與上轉盤預埋鋼絞線固定點位置保持同等高度。

嚴格調控每根定位鋼筋的垂直及水平規格，準確安裝牽引束，借助全站儀，準確裝配千斤頂，使各系統盡可能在純力耦合條件下正常運行。設置卡具并使用小號千斤頂，將鋼絞線逐一預緊，并保持緊繃狀態。在水平轉體過程中，牽引索相對較多，為了防止互相影響，每根牽引索都有自己的軌道。在運行過程中，每條牽引索都分別在各自軌道運行。以轉動支撐座為軸心，對稱裝配千斤頂、反力架。

施工初期，應在預定轉體位置預先安裝限位裝置，并設置兩個備用千斤頂。轉體區段不做任何處理，在24 h后，檢測人員會依據測量結果，判別是否平衡。檢測懸臂端下撓值，合理配置合攏段頂升支撐架，預留T型旋轉空間和梁高空間。

正式轉體前，整理轉體操作原始資料，做好施工過程監控所需各項準備。檢查轉體受力點，如支撐座、滑道、上下轉盤等，確保無裂痕，無其他不良情況。拆除所有支撐架后，使用全站儀觀察橋體2 h以上。

3.1.4 限位裝置

準備防超轉機構，在平轉就位處設置限位機構，防止轉體超位。

3.1.5 推頂裝置

在相應千斤頂反力座上，安裝2個輔助轉體千斤頂。

3.1.6 試轉

完成上述準備工作后，進行轉體試運行。再次仔細檢查各作業系統，拆去所有支承和配重。一切滿足標準后，啟動試運行牽引系統，對水平轉體系統狀態進行考核。同時測量轉體力矩、轉體速率等工程參數，為正式轉體提供依據。

3.2 正式轉體

（1）試驗完畢后，通過對實際測量數據進行分析，獲得控制轉體的相關參數，立即進行正式轉體[3]。

（2）在裝備運行過程中，施工人員要實時監控，實時掌握橋面轉體狀態和動力系統運行狀態。當梁端距離設計位置5 m前，每轉體5 m，向指揮員匯報一次，在距離設計位置5 m之內時，每轉體1 m匯報一次，梁端距離設計位置40 cm之內時，每轉體2 cm匯報一次，當梁端距設計位置20 cm之內時，每轉體1 cm匯報一次。為使控制系統實時掌握轉體狀態，在2 cm以后，應每1 mm報告一次。

（3）走行環道預留空隙，鋪設四氟板作為轉體操作的平衡走行軌道。走板頂部與支撐腳底之間的空隙是19 mm。轉體進行過程中，由于負載不平衡，走行軌道同內環平衡腳之間的距離存在變化。應在對應偏心部位墊四氟板，以糾正偏差。

（4）轉體即將到位時，系統應暫停。為防止轉體過度，轉體即將到位時，動力系統改為點動狀態。每1次點動，監測員必須上報一次軸線的運行狀態，以此類推，直到轉體成功。在轉體操作過程中，要借助全站儀觀測環道四氟走板和T構兩端高程。

（5）保持連續轉體，做到一次轉體到位，過程盡可能不中斷。

3.3 轉體到位

（1）轉體到位之后，采用全站儀給予中線校正，中線偏差不可超過2 cm。

（2）轉體到位測量：①邊跨中心線落球校正，保證中心線與梁端中心線重合；②在箱體梁兩側，分別設置兩個全站儀，將每個裝備的視線方向配置在箱體梁設計中心方向，然后檢測轉體到位過程；③箱體梁兩端分別設置兩臺水平儀，檢測箱梁端部到位后的箱梁頂部標高。

（3）轉體到位后，箱梁由臨時支墩支撐，以保證轉體結構的穩定性，外側應用安全網完全封閉，防止物體墜落，并設有專職防護人員進行保護。

（4）轉體到位后，立即開展固定操作。調整千斤頂所在的梁端標高并墊好。

（5）完成轉體以后，應立即啟動封盤混凝土澆筑作業，并盡可能縮短轉盤結構的固結時間。清理底盤的上表面，焊接固定預留筋，澆筑封裝混凝土，使上下轉盤固結成為整體。控制混凝土坍落度，有利于搗振和強化密封效果。

3.4 轉體控制措施

（1）現場施工操作過程中，指揮員通過對講機對全場操作進行指揮。

（2）配備兩臺千斤頂，相同公稱油壓，兩套同類型液壓裝備，嚴格控制油表壓力。

（3）即時連續轉體控制觀測。①在箱體梁上裝配速度感受器，實時反映轉速是否一致；②上轉盤外周點轉速控制在4 cm/min左右。轉體操作前，以每段1 cm長度在轉盤均勻標注刻度，并按順序編碼。在轉體過程中，即時觀察轉盤刻度的相對位變，以判斷旋轉速度是不是相同；③通過鋼絞線轉盤標記測量觀察鋼絞線的速度；④用全站儀校正中心線，中心線最大偏差不超過2.0 cm；⑤轉體到位后，箱梁采用臨時支承架支承，以保證結構穩定性[4]。

3.5 轉體質量控制

（1）轉體啟動。正常情況下，一套主從隨動的控制液壓升降系統可發生水平旋轉力偶，能利用拉拽纏繞在轉臺上的鋼絞線，帶動轉體旋轉。利用兩個已設置好的助力千斤頂均勻施力，使系統正常運行。若轉體無法正常啟動，應該檢查撐角與環道連接處是否存在雜物，環道在此位置是否構成上坡。可以采取前后千斤頂同時啟動、手動增加牽引力等措施，使轉體重新轉動。

（2）牽引系統故障處理。轉體時，有可能發生裝備故障的情況，維修人員應立即對裝備故障開展分析并修理恢復。如果確定不能在短時間內排除故障，必須立刻報告指揮員完成裝備更換，以確保轉體的順利開展。

（3）機械裝備故障。如果牽引系統、泵站和控制系統的千斤頂發生故障，需要請專業修理人員盡可能在最短的時間內開展維修。施工現場需要準備一定數量的裝備備件，以便裝備發生故障時，適時維修或更換。①漏油，更換或擰緊墊片；②如果行程開關出現故障或損壞，可調節或更換新的。如果泵站電磁閥工作不正常，應重新更換；③如果泵站或千斤頂損壞，啟動備用裝備。如果千斤頂不同步，應該調整相應泵站的流量；④如果控制邏輯出現故障，應開展人工程序干預；⑤如因風過大（低溫）、牽引裝備故障等不可抗力要素不能順利完成吊裝，應停機等待指揮員指揮。

（4）應變和應力異常。如果檢測到結構應變和應力異常。需要立即檢查是不是因為設計缺陷、制備及裝配質量、構件的材質等原因產生的問題。并且分析監控結構是不是可靠，找出問題原因，采取相對應的補救措施。

（5）突然停電。考慮到動力線路可能出現故障引發突然停電，應在施工現場預留一臺大功率柴油發電機，當突然停電時，為轉體繼續施工提供充足電力儲備。

（6）惡劣天氣。轉體施工前一周，需要密切關注天氣情況。如發現轉體當天有惡劣天氣，應與相關部門協調，只有在確保安全的前提下，才能開展轉體。

4 結語

案例在轉體施工過程中，要同時保證在垂向和平向兩個維度上控制轉體對接操作，為保證順利、安全和高質量地完成轉體施工任務，工程明確轉體施工方案，高質量保證轉體系統構成與配置，現場轉體作業前，細化工期準備和試轉體檢測。在現場正式轉體操作過程中，進行實時監測并根據監測數據推進轉體，通過系列技術和嚴格操作，較好完成了非對稱彎曲長懸臂連續箱體梁橋偏心轉體施工任務。