公路跨鐵路橋主橋雙幅同步平衡轉(zhuǎn)體施工技術(shù)研究

摘 要:本橋為河北省最大跨鐵路雙幅同時同向、逆時針轉(zhuǎn)體立交橋。文章介紹了該橋主體雙幅同步平衡轉(zhuǎn)體的施工控制技術(shù)及轉(zhuǎn)體各工序的注意事項，可供類似工程參考。

關(guān)鍵詞:雙幅同步 平衡 轉(zhuǎn)體施工

中圖分類號:U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0112-02

1 工程概況

京包2號橋是京化高速公路重要組成部分，在GK44+998.4處上跨京包鐵路相交，相交角度68.92O。京包2號橋為分離式立交橋，單幅斷面寬16.4m，全橋斷面寬33.636m，兩幅橋之間留0.836m分隔帶。上跨京包鐵路為跨度67+67m大型T型剛構(gòu)混凝土箱梁，施工方法采用雙幅平面同步平衡轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體角度為逆時70°，轉(zhuǎn)體部分為中墩兩側(cè)各57m，總長114m，剩余10m待轉(zhuǎn)體就位后現(xiàn)澆接長。墩柱與承臺間為轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)采用滑道與中心支承相結(jié)合的球鉸轉(zhuǎn)動系統(tǒng);基礎(chǔ)采用直徑1.8m的鉆孔灌注樁?？傮w施工流程:鉆孔樁施工—承臺(下轉(zhuǎn)盤)施工—球鉸安裝—上轉(zhuǎn)盤施工—中墩施工—箱梁施工—預(yù)應(yīng)力施工—附屬施工—稱重、試轉(zhuǎn)—轉(zhuǎn)體就位—現(xiàn)澆合攏段。

2 轉(zhuǎn)體基本原理

主橋平衡轉(zhuǎn)體施工的基本原理是箱梁通過墩柱傳遞于和上轉(zhuǎn)盤組成一體的上球鉸，上球鉸通過球鉸間的四氟乙烯板傳遞至下球鉸和承臺。待箱梁主體施工完畢以后，脫空砂箱將梁體的全部重量轉(zhuǎn)移于撐腳和球鉸，然后進(jìn)行稱重和配重，張拉埋設(shè)在上轉(zhuǎn)盤的兩道牽引索形成力偶，克服上下球鉸之間及撐腳與下滑道之間的動摩擦力，使橋體旋轉(zhuǎn)到設(shè)計位置。

3 雙幅同步平衡逆向轉(zhuǎn)體施工

3.1 轉(zhuǎn)體下盤施工

轉(zhuǎn)體下盤(轉(zhuǎn)體大承臺)為支承轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)全部重量的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)體完成后，與上轉(zhuǎn)盤共同形成橋梁基礎(chǔ)。下轉(zhuǎn)盤上設(shè)置轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的下球鉸、保險撐腳環(huán)形滑道及轉(zhuǎn)體拽拉千斤頂反力座等。根據(jù)控制球鉸及下滑道安裝精度的要求，轉(zhuǎn)體大承臺的澆注分三次完成。

(1)第一步綁扎承臺底和側(cè)面四周鋼筋進(jìn)行第一層混凝土澆筑，高度為2.74m，并在混凝土頂面預(yù)埋滑道和下球鉸骨架安裝角鋼;

(2)安裝下滑道骨架和下球鉸骨架，要求骨架頂面的相對高差不大于5mm，骨架中心和球鉸中心重合，與理論中心偏差不大于1mm;

(3)綁扎預(yù)留槽兩側(cè)鋼筋，安裝預(yù)留槽模板，進(jìn)行二次混凝土澆注;二次澆注至承臺頂面，控制好預(yù)留槽混凝土高度;

(4)綁扎球鉸預(yù)留槽和下滑道鋼筋，安裝滑道鋼板，要求滑道鋼板頂面局部平整度0.5mm，相對高差不大于2mm，采取調(diào)整骨架上的螺母使其水平，滑道鋼板水平后(30mm)在鋼板頂鋪3mm厚不銹鋼板，不銹鋼板和滑道鋼板采用中間塞焊和周圍點焊方法焊接、焊接后磨平;

(5)第三次澆筑預(yù)留槽混凝土(下滑道鋼板下和下球鉸預(yù)留槽)，澆筑千斤頂反力座和轉(zhuǎn)體牽引反力座混凝土。

3.2 球鉸安裝

球鉸包括上、下球鉸，球鉸間四氟乙烯板、固定上下球鉸的鋼銷、下球鉸鋼骨架。

(1)安裝下球鉸。下球鉸骨架固定牢固后，吊裝下球鉸使其放在骨架上，對其進(jìn)行對中和調(diào)平，對中要求下球鉸中心縱橫向誤差不大于1mm，采用十字線和坐標(biāo)控制，水平調(diào)整先使用普通水平議調(diào)平，然后使用精密水準(zhǔn)儀調(diào)平，使其球鉸頂面處各點相對誤差不大于1mm。滿足要求后，固定死調(diào)整螺栓，見圖1。

(2)安裝上球鉸。在下球鉸上安裝四氟乙烯片，四氟乙烯片規(guī)格為φ60mm×20mm，球鉸四氟乙烯片為560塊，總面積為15833.6cm2，四氟乙烯片在場內(nèi)進(jìn)行安裝調(diào)試后編好號碼，現(xiàn)場對號入座，安裝時把下球鉸表面和安裝孔內(nèi)清理干凈，安裝后要求頂面在同一球面上其誤差不大于1mm;在下球鉸上涂黃油和四氟乙烯粉，使其均勻的充滿滑動片之間的空隙，并略高于頂面，嚴(yán)禁雜物侵入。并在上球鉸球面上也均勻的涂一層黃油和四氟乙烯粉，安裝上球鉸精確定位，并臨時鎖定限位并通過直徑為270mm定位銷軸使其上下球鉸中心重合，見圖2和圖3。

3.3 撐腳安裝

每個轉(zhuǎn)體有六對撐腳，每個撐腳由兩根直徑600mm、高1650mm的鋼管焊在外邊長1877mm，內(nèi)邊長1470mm，厚30mm扇形鋼板上，安裝時要求撐腳底與不銹鋼板間預(yù)留20mm間隙，在撐鉸和不銹鋼板間安由20mm厚木條做成的一個方框，方框內(nèi)填充細(xì)砂。轉(zhuǎn)體時撐腳底與不銹鋼板間鋪四氟乙烯板，撐腳位置應(yīng)準(zhǔn)確。在兩個撐腳之間布置直徑為500mm的砂箱兩個，每個轉(zhuǎn)盤布置12個，用來支承上轉(zhuǎn)盤和上部結(jié)構(gòu)的重量，同時起到穩(wěn)定上轉(zhuǎn)盤作用。

3.4 上轉(zhuǎn)盤施工

轉(zhuǎn)體上盤是轉(zhuǎn)體的重要結(jié)構(gòu)，在整個轉(zhuǎn)體過程中形成一個多向、立體的受力狀態(tài)，上盤布有縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力鋼筋。上轉(zhuǎn)盤是球鉸、撐腳與上盤相連接的部分，也是轉(zhuǎn)體牽引力直接施加的部位，轉(zhuǎn)體內(nèi)預(yù)埋轉(zhuǎn)體牽引索，牽引索外露部分圓順地纏繞在轉(zhuǎn)盤周圍，互不干擾地擱置于預(yù)埋鋼筋上。待梁體施工完畢支架落架后，進(jìn)行整個系統(tǒng)支承體系的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)體前，把支撐撐腳的鋼筋割斷，然后再落砂箱，使轉(zhuǎn)盤支承于球鉸上。上轉(zhuǎn)盤施工分兩步:

(1)下部為0.8m厚、直徑為7.1m，施工時預(yù)埋豎向預(yù)應(yīng)力筋，采用32的精軋螺紋，預(yù)埋兩束19×φ15.2的鋼絞線，埋入上轉(zhuǎn)盤內(nèi)4m，每束采用并排布置，作為轉(zhuǎn)體牽引束。鋼絞線預(yù)埋方向和牽引方向一致，然后澆筑混凝土;(2)上部為9.6*7.5*2.2m的矩形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中心與球鉸中心重合，施工時預(yù)埋橫縱向預(yù)應(yīng)力筋，達(dá)到強(qiáng)度以后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。

3.5 橋墩施工

主墩高度為21.5m和20.5m兩種，截面尺寸為9.6×7.5m。左3、右3橋墩高度分別為20.3m、20.5m，截面尺寸為:8.5×2.4m，橋墩內(nèi)外模全部采用整體鋼模板，現(xiàn)場拼裝，采用拉筋橫縱向?qū)庸蹋０逭w穩(wěn)定性采用鋼絲繩配合地錨加固。中墩施工允許軸向偏位為±8mm。

3.6 轉(zhuǎn)體前準(zhǔn)備工作

(1)拆除箱梁排架。在兩懸臂端向中墩方向5米范圍內(nèi)暫時保留排架，作為箱梁稱重和轉(zhuǎn)體前的支撐，在試轉(zhuǎn)體前拆除。

(2)分兩組對稱拆除砂箱，每組6個;清理滑道，墊四氟乙烯板，并涂抹黃油。

(3)箱梁平衡稱重。轉(zhuǎn)體上部懸臂結(jié)構(gòu)絕對平衡會引起梁端轉(zhuǎn)動過程中發(fā)生抖動，且幅度較大，這不利于轉(zhuǎn)體的平穩(wěn)性要求，在實際施工中通過稱重和配重使實際重心偏離理論重心5～15cm，根據(jù)稱重結(jié)果(配重)選擇左右幅的各自配重，根據(jù)配重確定重心偏位。

(4)設(shè)備測試。轉(zhuǎn)體過程中的液壓及電器設(shè)備使用前要進(jìn)行測試和標(biāo)定，并進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。

(5)設(shè)備安裝就位。按設(shè)備平面布置圖將設(shè)備安裝就位，連接好主控臺、泵站、千斤頂間的信號線，接好泵站與千斤頂間的油路，連接主控臺、泵站電源。

(6)設(shè)備空載試運(yùn)行。根據(jù)千斤頂施力值反算出各泵站油壓值，按此油壓值調(diào)整好泵站的最大允許油壓，空載試運(yùn)行，并檢查設(shè)備運(yùn)行是否正常;空載運(yùn)行正常后再進(jìn)行下一步工作。

(7)安裝牽引索。將預(yù)埋好的鋼絞線牽引索順著牽引方向繞上轉(zhuǎn)盤后穿過千斤頂，并用千斤頂?shù)膴A緊裝置夾持住;先用1-5kN逐根對鋼絞線預(yù)緊，再用牽引千斤頂在2Mpa油壓下對該束鋼絞線整體預(yù)緊，使同一束牽引索各鋼絞線持力基本一致。

3.7 試轉(zhuǎn)

在上述各項準(zhǔn)備工作完成后，正式轉(zhuǎn)動前兩天，進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體試運(yùn)轉(zhuǎn)，全面檢查一遍牽引動力系統(tǒng)及轉(zhuǎn)體體系、位控體系、防傾保險體系等是否狀態(tài)良好。本工程試轉(zhuǎn)時根據(jù)轉(zhuǎn)體前箱梁與既有線路中心的距離最近為24.358m，電化桿回流線距線路中心最大距離4.2m，梁端部轉(zhuǎn)動18m在設(shè)備限界以外，為確保試轉(zhuǎn)后梁端固定支承的實施，確定試轉(zhuǎn)時的橫向轉(zhuǎn)動距離為5m，轉(zhuǎn)動角度為5.02°。

3.8 正式轉(zhuǎn)體

(1)液壓控制系統(tǒng)、要點審批、氣象條件、結(jié)構(gòu)物等全部就緒并滿足轉(zhuǎn)體要求，各崗位人員到位，轉(zhuǎn)體人員接到指揮長的轉(zhuǎn)體命令后，啟動動力系統(tǒng)設(shè)備，并使其在“自動”狀態(tài)下運(yùn)行。

(2)設(shè)備運(yùn)行過程中，各崗位人員的注意力必須高度集中，時刻注意觀察和監(jiān)控動力系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行情況及橋面轉(zhuǎn)體情況。同步轉(zhuǎn)體控制措施:①同時啟動，現(xiàn)場設(shè)同步啟動指揮員，采用對講機(jī)進(jìn)行通訊指揮;②連續(xù)千斤頂工程油壓相同，轉(zhuǎn)體采用同種型號的兩套液壓設(shè)備，轉(zhuǎn)體時按控制好的油表壓力;③采用同步觀測，如圖4。

3.9 轉(zhuǎn)體后續(xù)工作

使箱梁中心線與理論中心線基本重合，誤差在許可范圍內(nèi);架設(shè)臨時支墩;在臨時支墩上，使用液壓千斤頂調(diào)整轉(zhuǎn)體橋懸臂端撓度;固定上、下轉(zhuǎn)盤;進(jìn)行后澆段施工;現(xiàn)澆合攏段施工;上跨橋面系工程。

4 轉(zhuǎn)體主要技術(shù)參數(shù)計算

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的索引力、安全系數(shù)及轉(zhuǎn)體時間的計算。(見表1)

轉(zhuǎn)體總重量W為92000kN

其摩擦力計算公式:F=W×μ

啟動時靜摩擦系數(shù)按μ=0.1，靜摩擦力F=W×μ=9200kN

轉(zhuǎn)動過程中的動摩擦系數(shù)按μ=0.06，動摩擦力F=W×μ=5520kN

轉(zhuǎn)體按拉力計算，計算公式:

T=2/3×(R×W×μ)/D

式中:R為球鉸平面半徑，R=1.5cm

W為轉(zhuǎn)體總重量，W=92000kN

D為轉(zhuǎn)臺直徑，D=710cm

μ為球鉸摩擦系數(shù)，μ靜=0.1，μ動=0.06

計算結(jié)果:

啟動時所需最大索引力:T=2/3×(R×W×μ靜)/D=1295.8kN<2000kN

轉(zhuǎn)動過程中所需牽引力:T=2/3×(R×W×μ動)/D=777.5kN<2000kN

動力儲備系數(shù):

2000kN/1295.8kN=1.54

鋼絞線的安全系數(shù):19(根/臺)×26(T/根)/129.58(T)=3.81

千斤頂?shù)臓恳俣扔嬎愎?V=(L/S)×60

L為泵頭每分鐘的流量:6升/分鐘

S為張拉活塞面積:817cm2

通過計算，可得:V=4.406m/h(連續(xù)千斤頂工作速度)

LS為轉(zhuǎn)盤所走的弧線長度:LS=(Dπ)/360×70=4.335m(鋼絞線的過鎬長度)

整個轉(zhuǎn)體所用時間計算公式:T=LS/V

代入相關(guān)量，轉(zhuǎn)體理論時間:T≈0.9839(小時)≈59(min)

可以通過以上數(shù)據(jù)，得知拉索的速度以及箱梁端部的速度:

拉索速度:4.335/59=7．35cm/min

箱梁端部速度:(2π×57×70/360)/59=1.18m/分鐘

轉(zhuǎn)體角速度:70/59=1.186°/min(如表1)

5 結(jié)語

本轉(zhuǎn)體橋施工主要集中于鐵路兩側(cè)箱梁預(yù)制場地中，與同類跨鐵路橋梁施工工法相比，具有場地易于布置，施工速度快，干擾因素少等優(yōu)點。本工程于2009年7月開工，并于2010年10月順利完成轉(zhuǎn)體施工，本橋所采取的施工技術(shù)對同類工程具有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)

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