跨石德铁路特大桥双转体施工监控技术

王忠武

（云南省交通规划设计研究院 昆明 650021）

1 工程概况

新建石家庄至济南铁路客运专线跨石德铁路特大桥采用（48+80+48）m双平转转体连续梁，该梁在与既有石德铁路采用29°56′交角斜交，转体前采用悬臂现浇法平行施工。每个主墩转体长度为78 m，转体角度为29°56′，转体重量为5 420 t。设计启动力最大牵引力699.2 kN，转动牵引力419.5 kN。

2 转体施工监控内容

桥梁结构的转体施工主要分为水平转体施工、竖向转体施工、以及平转与竖转相结合的方法，其中水平转体广泛应用[1]。转体的监测在保证施工安全中很重要。监测内容很多，主要是转体的平衡称重和转体中的控制。

2.1 转体前平衡称重

施工中的实际情况和设计难免会有所不同，因此支架卸落后，桥梁的实际状态和设计会有偏差，理论和实际会有所不同，因此要通过平衡称重修正桥梁的平衡状态。偏心距离、球铰的摩阻系数要进行实测[3]，保证转体的稳定和安全。

2.1.1 不平衡力矩测试

（1）称重方法

桥梁的支架或临时支撑移除后，这时保持平衡的是不平衡力矩和球铰的摩阻力的作用。这种状态下，转动体的平衡体系有下面两种工况：球铰转动时摩阻力矩（TZ）大于转体不平衡力矩（TG）；球铰转动时摩阻力矩（TZ）小于转体不平衡力矩（TG）。根据落架的两种情况，采用不同的称重方法（以第1种为例）。

如果结构重心偏向大里程的石家庄方向，则在另一侧的济南方向承台侧实施顶力 N1（见图 1）。如果结构体重心偏向济南方向，此时只能在石家庄方向承台实施顶力N2（见图2）。

图1 济南向施顶示意图

（2）摩阻系数及偏心距

图2 石家庄向施顶示意图

在进行平衡称重试验时，转体球铰在沿桥梁纵向轴线的竖平面内发生逆时针或顺时针方向微小转动，即微小角度的竖转。摩阻力矩为摩擦面每个微面积上的摩擦力对过球铰中心竖转法线的力矩之和[4]（见图3）。

图3 转体球铰绕Z轴转动摩擦因数计算示意图

本桥α =arcsin(1.5/6)，代入球铰静摩阻系数计算公式为：

转体初始偏心距：

式中：

R——转盘的转体半径；

G——转盘上面的结构总重量。

2.1.2 称重试验及测点布置

（1）结构基本参数

根据设计及设计情况采用平转，单T构转体梁设计重量为54 200.0 kN，上部转盘的直径6m，在上转盘下方用钢管撑脚来防护，钢管撑采用6个直径80 cm的钢管。

（2）千斤顶测点布置

在外侧千斤顶反力支座圆弧上对称桥梁纵向轴线放置两个3 500 kN的液压千斤顶进行顶升，千斤顶尽可能紧挨轴线放置。在撑脚①、④、②③中间、⑤⑥号中间处设置四个百分表（见图4），根据百分表的变化判定结构是否发生转动。千斤顶中心处于外侧千斤顶反力轴线处，距上转盘圆心即顶升力矩为4.15 m。此时千斤顶外边缘距转盘最外10 cm，千斤顶直径41 cm。此时顶升力矩为3.34 m。

图 4 测点位置示意图

2.1.3 称重试验

纵桥向梁体发生倾斜时配重方案。配重方案的初步思想是在转体过程中转体梁应在梁轴线方向略呈倾斜态势，即梁轴线上桥墩一侧的撑脚落下接触滑道，另一侧的撑脚抬起离开滑道。这样可以俩个点受力支撑，对结构稳定性有很大优势。

根据实际情况，配重的结构应保证结构的偏心距满足5 cm≤e0≤15 cm的要求。2.1.4 称重试验结论

在结构临时支撑移除后发现撑脚与滑道脱离，说明结构的平衡处于“转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩”的状态，则分别在240#、241#东西两侧进行顶梁。

（1）测试结果

根据测得的支反力以及百分表的位移变化从而确定梁的荷载—位移曲线图形（以 240#主墩实测结果为例，见表1；图5）。

图 5 240#济南侧施力顶升力与位移关系图

表1 240#济南向顶升力与位移记录表

（2）测试结果分析[5]

从百分表的变化可以判定，梁体重心偏向大里程侧。在济南侧承台实施顶力 P1,当顶力 P1增加过程中球铰发生微小转动的瞬间，有：

在石家庄侧实施顶力P2,当顶力P2增加过程中球铰发生微小转动的瞬间，有：

则不平衡力矩及摩阻力矩为：

分别对 240#、241#上转盘的大小里程方向进行顶升。由上述测得的顶升力计算两个桥墩的摩阻力矩和不平衡力矩。

240#大里程侧顶力P1为1 591 kN，L1为4.15 m，小里程侧顶力P2为1 075 kN，L2为4.15 m。

则摩阻力矩（kN.m）和不平衡力矩（kN.m）分别为：

计算得240#桥墩球铰静摩擦系数0.0279，偏心距为0.020 m，小于静摩擦设计值0.1。在小里程侧距离梁端4.2 m处增加平衡配重[6]100 kN。撑脚到滑道之间的设计距离为6 mm，四氟乙烯板的厚度为4 mm，撑脚与四氟乙烯板滑道的距离较小。

计算得241#桥墩球铰静摩擦系数0.005 422，偏心距为0.002 m，小于静摩擦设计值0.1。

图6 球铰下应变计竖向放置示意图

图7 球铰下应变计水平放置示意图

2.2 转体前后控制断面应力测试

主要测试转盘应力状态，拆架和转体过程中应进行监测。球铰下应变计竖向放置位置示意图见图6、图7，实测数据见表2、表3。

表2 240#桥墩下球铰截面应力实测应力表（MPa)

表3 241#桥墩下球铰截面应力实测应力表（MPa）

由上表实测数据可以看出：

（1）拆除砂箱后相对拆除前下转盘正应力显著增加，桥梁结构的整个重量作用到转盘上。（2）桥梁配重以后240#、241#墩下转盘应力在允许范围，说明配重效果良好。

（3）对比转体后与转体前转盘的应力状态可以看出，砂箱支撑对结构稳定有一定的影响。

3 结语

石济客运专线跨石德铁路特大桥在转体之前的平衡称重试验和转体过程中监测控制，完全达到了控制目标，为确保转体顺利实施，提供了保障。说明上述监控方法的实施是有效的。