大噸位轉體橋線形控制及精調施工技術★

王 康

(中鐵十四局集團第二工程有限公司,山東 泰安 271000)

1 工程概況

棗菏高速微山連接線上跨京滬鐵路轉體橋與既有京滬線、井洪聯絡線、井亭疏解線相交，交叉處京滬線鐵路里程K728+750，交叉角度107.1°。跨鐵路橋孔主梁采用(2×72 m)整幅轉體T構，順既有鐵路方向采用滿堂支架現澆137 m(68.5 m+68.5 m)轉體梁段，順時針旋轉71.2°至成橋位置，轉體質量19 000 t，轉體采用平轉法施工，平轉角速度不大于0.02 rad/min。按照封鎖點計劃，正式轉體、精調及臨時固定須在70 min內全部完成。

2 轉體梁段線形監控

施工過程控制及反復校核和轉體梁段各個節塊成橋后的撓度、標高控制是轉體梁段線形控制的重要基礎。施工過程控制涵蓋箱梁施工的全過程周期，成橋后的撓度和標高控制取決于預拱度設置、張拉力控制、施工經驗，同時需要結合理論控制計算得以實現。因此，施工前期需建立精密施工控制網，施工過程中對每一節塊進行理論計算模擬，實測橋體標高，實時監控梁體軸線偏位并及時糾偏，從而確保轉體梁段解除支架約束后使懸臂梁段平面誤差在合龍前控制在設計圖紙和標準規范允許的范圍之內[1]。

2.1 墩頂箱梁偏位測量

轉體梁段懸臂狀態時以及轉體時梁體僅有主墩承擔全部重量，為防止主墩出現較大偏心差造成懸臂時發生梁體傾斜，必須重視墩頂偏位測量，嚴控主墩墩頂偏位。主墩墩頂偏位控制測量點與箱梁梁體0號塊控制測量點共用同一個控制點，施工過程中需要實時監控控制平面坐標和高程坐標。

2.2 轉體梁段平面線形監控

轉體梁段平面線形監控主要工作是對比各節塊中心軸線、翼緣等實際平面坐標與設計坐標，并對偏差及時進行糾偏，防止梁體出現橫向偏差。可按照設計圖紙上的截面劃分數據，計算平面線形控制參數進行控制。

2.3 轉體梁段高程監控

1)轉體梁段模板標高及斷面尺寸控制。

轉體橋梁段各節塊中軸線以及底模板邊線可采用極坐標法測設，根據設計圖紙及理論計算數據結合理論計算模擬數據，準確定位各節塊前端的底模板、頂模板、腹板等部位主要控制點的平面坐標及高程。采用全站儀進行放樣，水準測量復核各點的高程，利用鋼尺、墨線嚴格把控各細部結構尺寸，各節塊施工過程中不僅需要控制整體結構尺寸，同時需要確保細部結構尺寸和位置的精度[2](見圖1)。

2)轉體梁段高程監測。

高程監測是轉體梁段施工過程把控的重要項目。轉體梁段高程控制以箱梁底板控制為重要前提，輔以控制頂板高程。各個節塊前端均設置觀測點，觀測點設置在距離各節塊前端5 cm處，橫橋向布置在梁體中軸線、腹板中部以及翼緣板上。每個節塊在頂板處設置7個高程觀測點(測點編號D1～D7)，底板處設置3個撓度觀測點(測點編號B1～B3)。觀測點可采用測釘埋設，混凝土澆筑后安裝，并要求豎直，觀測點露出梁體混凝土表面±2 mm(基本與混凝土橋面齊平)，測頭用紅油漆標記。對于底板亦應設置內外2個觀測點，只是兩側觀測點位于腹板內側的模板底板上。觀測點埋設深度須保證其穩固，確保長期使用。通過實時測量觀測點數據變化，可準確控制各節塊梁體標高，對比分析各節塊混凝土澆筑前后梁端變化以及實測梁體張拉后內力變化，計算出梁體豎向撓度的變化[3]，從而推算梁體整體線形。

3 轉體梁段線形控制措施

轉體橋轉體成橋后線形美觀，轉體就位精準性取決于支架體系、立模板、對稱節塊混凝土澆筑方量差別、張拉應力控制、落架前后順序、正式轉體控制及精調等各個環節。

3.1 滿堂支架體系

由于支架設計圖紙僅提供了地基所需要的承載力，未具體給出處理方法，為保證地基承載力滿足要求，首先對支架范圍的原地面清表處理，然后再使用挖掘機向下松動50 cm，用壓路機分層進行壓實，壓實遍數不少于兩遍；填筑厚50 cm磚渣，用壓路機壓實，最后在支架搭設及外擴1 m范圍內澆筑22 cm厚的C30混凝土。搭設支架之前對支架搭設范圍的地基采用原位試驗法對承載力進行檢驗，確保承載力值不低于設計要求值。

滿堂支架采用A型盤扣式支架，由模板、底模下方木、Ⅰ14工字鋼、頂托、底托、盤扣式支架及基礎組成，搭設時嚴格按照設計圖紙進行搭設。首先根據經驗值預估每個節塊的預拱度(由于墩梁為固結，0號塊根部不考慮預拱度，根據實測現澆梁施工階段和落架后0號塊均未發生沉降)，確定支架頂標高，然后鋪設底部工字鋼、方木、竹膠板。通過預壓檢驗滿堂支架體系的穩定性，驗證地基承載力強度，消除混凝土澆筑前支架體系的非彈性變形；檢驗支架的受力情況和彈性變形情況，并計算出支架體系的彈性變形量。由于橫橋向坡度為3%，縱橋向按照1.8次拋物線變化，工字鋼與方木、工字鋼與頂托之間存有縫隙，必須采用楔形木楔塞緊。

支架預壓應設置多個觀測點，梁底觀測點布置在頂托底部在每個梁段中心及相鄰梁段交接處設置，每隔5 m設置一個觀測截面，每個截面在箱梁底板處左、中、右各設置一個觀測點，翼緣板處各設置一個觀測點，每個截面共設置5個觀測點；同時在盤扣式支架墊層上設置沉降觀測點，用以觀測墊層在施工過程中的沉降量，及時發現墊層是否存在不均勻沉降。墊層觀測點與梁底觀測點上下對應設置。需要注意的是后一節塊支架的預拱度還需要參考前段已施工完成的節塊張拉應力，以預測落架后的下撓度。

3.2 立模線形控制

模板精確定位是施工階段控制梁體標高的重要前提，同時是成橋后線形控制的重要基礎。轉體梁段立模標高應在設計成橋后橋面標高的基礎上，充分考慮施工過程中梁體自重、荷載(包括活載和后期荷載)、混凝土收縮徐變，以及懸臂狀態等多項因素引起的下撓。

本橋位于半徑為2 100 m的圓曲線上，梁高、底板底標高、底板厚度均按照1.8次拋物線變化，橫橋向坡度為3%，各斷面上底板、邊腹板的高程、平面位置隨里程變化而變化，因此提高橋型線形美觀較為困難。為保證邊腹板線形平順，采取底模板包住側模板的搭接方式，同時為避免底模板和側模板交接處出現跑模現象，交接處采用方木組合φ48 mm鋼管進行了加固處理；底模板采用竹膠板(1.22 m×2.44 m×15 mm)，為確保底部梁體線形美觀，竹膠板沿橫橋向排列固定，增大縱橋向曲線可調節范圍。前后節塊之間的連接處應精密測量及正確調控前后節段模板之間的相對位置。各箱室模板及邊腹板模板加固后應再次對模板尺寸及各個內箱室空間尺寸進行校核，確保截面尺寸符合設計要求，且兩端箱室尺寸基本一致以減少混凝土澆筑方量差。

3.3 混凝土工程

鋼筋綁扎和預應力管道定位準確，搭設φ48 mm鋼管支架輔助進行腹板鋼筋的綁扎，確保腹板鋼筋骨架結構的穩定。由于梁體較長橋面較寬，對稱節塊采用兩臺泵車同時泵送，且兩節塊澆筑位置、混凝土方量應同步進行。混凝土澆筑總體原則是縱向不分段，水平分層，橫斷面澆筑“先下后上，先中間后兩邊，對稱推進”。為減少施工縫的產生，各節塊盡可能采用一次性澆筑成型，澆筑時稱量每輛罐車的重量，統計每車的實際方量，分別計量對稱兩側各節塊每次澆筑混凝土的方量，確保對稱兩節塊混凝土的方量基本一致，將施工中的不平衡重控制到最小。

3.4 建立線形檢測基準點

主墩0號塊澆筑完成后，采用二等水準測量方法將高程引測到0號塊梁面的監測基點上，基準點應不少于2個，并定時對基準點進行復測檢核。自立模板開始至張拉壓漿完成，對各節段全過程進行實時監測，及時分析測量數據，共分為4個階段：1)立模(現澆支架定位完成，初步立模放樣)；2)混凝土澆筑前(精確立模放樣)；3)混凝土澆筑后；4)張拉壓漿。

為減少大氣溫度對測量結果造成的影響，標高、撓度和內應力測量均在每日6時至8時時間段內進行。及時收集各節塊各階段實測測量數據，對比分析理論值與實測值是否吻合、實際線形與理論線形是否匹配，發現偏差及時糾正。

3.5 張拉應力控制

梁體混凝土強度達到設計強度的90%以上及混凝土齡期不小于7 d后，張拉梁體預應力鋼束。張拉前應先施作孔道摩阻試驗，以確定應力損失，確保張拉力滿足設計要求。張拉時先張拉橫梁鋼束，然后張拉縱向鋼束，最后張拉橋面板鋼束及豎向鋼束；橫向上先張拉中腹板，后張拉邊腹板。張拉采用張拉力和伸長量雙控指標，以張拉力控制為主、伸長量為輔，油壓表誤差不超過+2%，伸長量誤差不超過±6%[4]。

3.6 施工仿真計算

委托武漢理工大學線形監控單位對施工過程進行仿真模擬和計算。線形監控以施工仿真作為理論基礎，利用仿真計算模擬各節塊各施工狀態下應力變化、下撓、位移等各項力學指標，對比分析實際狀態下各節塊受力狀態，從而推算分析成橋后梁體的整體受力情況，同時建立施工階段實際狀態與理論計算對比曲線。仿真模擬分析可綜合加入施工進度、施工各階段外部荷載、環境溫度的變化、結構自身偏差以及時間因素引起的混凝土收縮和徐變的影響。參照仿真計算模擬結果，引導每節塊施工向受力和變形最理想狀態糾正，同時每一節塊實際狀態和成橋狀態相對比并及時糾正偏差，確保成橋后線形美觀、平順，同時保證各施工階段受力狀態符合設計要求。

4 轉體及精調

4.1 落梁方法

混凝土澆筑前在0號塊根部截面和各節塊交接面內埋設縱向預埋振弦應變傳感器，每個截面埋設8個(見圖2)。每個節塊施工時均需要在各工序階段(包括立模板、混凝土澆筑前后、張拉壓漿)進行橋面標高、截面內應力、節塊端部撓度等進行測量觀測，以預測橋梁整體受力狀態。每道關鍵工序施工前后分別觀測1次應力變化，每次觀測在1 d中的相同時刻進行。轉體前應解除支架與箱梁之間的約束，同時給轉體留出足夠的旋轉空間。支架拆除以截面應力控制為主控項，對比分析仿真計算與實測截面應力值和撓度變化值確定節塊是否達到支架拆除的前提條件。

本工程轉體梁段分0號塊～4號塊施工，2號塊施工完成后實測截面應力值和撓度變化值與仿真計算值相比較，若理論值和實際值差別不大方可拆除0號塊支架，否則，待理論值和實際值吻合后方可拆除。落支架時，應按多點、對稱、緩慢、均勻的原則，橫橋向由兩側向跨中對稱進行。總體拆除順序依次為0號塊、1號塊、3號塊、4號塊，最后拆除2號塊，其目的是避免最后拆除4號塊產生較大的撓度值使支架受壓嚴重而破壞引發安全事故。支架完全卸落后，轉體梁段由球鉸和砂箱支撐，測量梁端的下撓情況，同時可判斷梁段質量的好壞。

4.2 稱重配重

落梁后拆除球鉸臨時約束，對轉體梁段進行稱重平衡試驗，測定轉體梁段的不平衡力矩、摩擦系數及計算偏心矩等參數，稱重、配重可確保轉體過程中的平穩，以便轉體后梁體可以精確合龍，同時保證轉體階段的結構安全。

由于梁體處于半徑為2 100 m的圓曲線上且存在橫坡，支架拆除和臨時約束解除后，測量梁端最大撓度分別為12 cm和11 cm，在誤差范圍內，而橫橋向曲線內側出現2 cm的高程負差，經核算決定僅在0號塊曲線外側配置40 t的混凝土預壓塊，采用橫向不平衡重轉體。

4.3 轉體過程控制

20-φs15.2牽引鋼絞線預埋且纏繞在直徑11 m的轉臺上，并采用一套ZLD500主從隨動控制液壓提升系統拽拉鋼絞線向轉體橋結構施加水平旋轉力偶，控制臺實時操控液壓提升系統確保轉體橋結構按照設定的轉速轉動[5]。兩臺連續千斤頂固定在轉盤兩側牽引反力座上，牽引鋼絞線按水平、平行、對稱的方式穿過千斤頂，為保證轉體時施加力偶均勻且兩臺千斤頂同步，兩臺千斤頂的中心線均需要與轉臺的外圓相切，千斤頂中心線與牽引鋼絞線的高度應位于同一水平高度平面內。轉體過程中反復觀測墩身軸線偏位，實時檢測梁端軸線和高程、梁體各截面和球鉸下應力變化。

1)轉體梁段軸線監控。

轉體前測設出轉體梁段懸臂端部中心軸線，采用預埋觀測棱鏡螺栓的方式在兩側轉體梁段懸臂端部中心軸線上分別設置1個高程觀測點。轉體后上承臺邊線與下承臺邊線重復，提前在下承臺上標記上承臺邊線終點。轉體時，利用全站儀實時監控中心軸線上預埋觀測棱鏡的數據變化，計算轉體速率，確保轉速、轉角均在可控范圍內，保證精準轉體就位[6]。

2)高程監控。

轉體梁段兩側懸臂端部分別設置2個高程觀測點(預埋觀測棱鏡螺栓)，提前計算出轉體后該觀測點理論高程值和軸線偏位，轉體過程中實時對觀測點進行測量(見圖3)，一方面可校核中線偏差，另外可監測轉體結構的平穩性，轉體就位后，校核高程觀測點測量數據，在上下轉盤間設置4臺豎向千斤頂調整懸臂端高程，使其滿足設計和規范要求。

4.4 防超轉控制

為確保精準轉體就位，且不發生超轉，采取了3種控制措施，分別是：轉體過程中組成專業測量組隨時測量觀測轉體角度、速率等，并及時反饋給指揮組；在轉臺上標注刻度帶，由專人負責監控轉體角度，并對測量組結果相互比對；在下轉盤上設置防超轉裝置。

轉體梁段待精準就位前，關閉自動牽引系統，改為人工點動操作，點動秒數隨著就位精度的提高而縮短，每點動一次，測量組人員及時測量梁段行走距離并推算轉體橋弧度，刻度盤轉體角度對比測量數據，依次循環至轉體精準就位。同時提前在下承臺上預設由工字鋼、膠緩沖墊和輔助千斤頂反力座組成的防超轉反力架系統，若發生超轉也可使用反力架進行反推(見圖4)。

4.5 精調和臨時固結

精調采用點動的方式進行，為了防止超轉，提前制動，平轉精調平面位置預留5 cm停止轉動用于微調，并將球鉸臨時固結。精調完成后必然出現與設計標高、軸線不符的情況，轉體接近就位，轉體梁段橫橋向的偏移受橋梁橫坡的影響、縱橋向的偏移受到橋梁縱坡的影響，為提高轉體就位精度，橫橋向和縱橋向的高程、平面偏差均可通過微調實現，微調在低端側的上下轉盤間兩個角部豎向各放置1個500 t和1個300 t千斤頂，4個千斤頂同步受力，通過不對稱頂升上轉盤對橫向傾斜、軸線橫向、縱向偏差進行調整[7]，以控制梁段軸線位置確定轉體橋達到設計平面位置，使梁端高程滿足設計和規范要求。

本橋球鉸上下轉盤之間的高差為1.8 m，千斤頂的行程遠遠不足，因此在千斤頂下各放置一個球鉸砂箱(建議砂箱拆除后放置在基坑的四角處無須移除)，同時千斤頂與上轉盤、千斤頂與砂箱之間各放置一塊厚度不少于2.5 cm的鋼板，使其受力均勻。

5 結語

1)轉體橋線形受支架體系、測量放樣、立模、張拉力損失、混凝土收縮和徐變、轉體精度要求等多種因素影響，主要取決于現澆制梁階段的控制。

2)施工過程中的線形控制本質是順著前節塊的誤差軌跡，修正和補償誤差，以減少累計誤差。通過加強施工過程控制以提高梁體的線形美觀、平順。

3)轉體后，對轉體結構進行全面測量，計算軸線和高程偏差值，進一步對線形結構進行微調。