桥梁转体球铰的定位及安装

李春玉

中铁建工集团有限公司 山东 青岛 266061

近年来，随着我国铁路建设的日益发展，桥梁跨越既有线的施工也越来越多，为了减小施工对既有线的影响，在选择跨越既有线的桥梁形式时，会优先选用转体施工工法。转体桥施工的特点是利用承台上的转体系统，在保证铁路安全运行的前提下，将沿铁路外侧施工好的梁体直接上跨铁路转动至设计位置，而球铰作为转动系统的枢纽结构，既是上部结构的承重结构，又是转体桥梁转动的纽带。球铰的定位精度和安装质量对后续转体施工能否顺利完成起到至关重要的作用[1-4]。本文以青岛国际机场南进场路转体桥为例，对转体桥施工过程中球铰定位及安装施工技术进行分析和研究。

1 工程概况

青岛国际机场南进场路转体桥与胶济铁路线相交夹角为54.6°。桥梁在跨越胶济铁路处分成东西2幅转体桥，分别为Z13、Z14，Z13跨径为（53＋53） m，Z14跨径为（53＋48） m。Z13、Z14采用相同形式的下部结构，主桥墩为C50钢筋混凝土墩，形式为双薄壁墩，壁厚1.5 m。转体结构由下转盘、球铰系统、上转盘、转体牵引系统组成。球铰由工厂生产转体成品运至施工现场，上下球铰直径均为3.9 m。上转盘尺寸为9.6 m×9.6 m，厚度3.0 m，下转盘尺寸为13.75 m×13.75 m，厚度4.8 m，上下转盘均采用C50钢筋混凝土结构形式。

2 施工难点分析

1）球铰安装的精度直接决定转体完成后桥梁的线形，梁体转体完成的线形是否达到设计要求是判断转体成败的一个重要标准。

2）球铰施工过程中，混凝土浇筑的密实程度决定了转体基础是否稳固可靠，是影响转体桥梁耐久性的重要指标。

3）球铰转动过程中，受水平摩擦力影响，其摩阻的大小是转体能否顺利实现的重要影响因素。

3 球铰定位及安装施工技术

3.1 总体施工方案

依据设计情况，下承台混凝土分成2次进行浇筑：

1）第1次混凝土浇筑高度取决于下球铰定位支架及滑道定位骨架位置，内圈混凝土浇筑顶面高程距离下球铰定位支架2 cm，外圈混凝土浇筑顶面高程距离滑道定位骨架2 cm。混凝土浇筑完成后进行下球铰和滑道的定位安装和固定。

2）第2次混凝土浇筑高度取决于下球铰外沿标高和滑道顶面标高，混凝土浇筑顶面标高比其低1 cm，混凝土施工过程中要保证下球铰和滑道的稳定牢固性和混凝土浇筑的密实性。混凝土浇筑完成后进行滑道不锈钢板和下球铰聚四氟乙烯滑片的安装，安装完成并涂抹黄油后进行销轴和上球铰的安装。

3.2 球铰进场验收

球铰进场之后，需检查球铰出场合格证、质量检测证书，然后进行外观尺寸检测。球铰由工厂加工完成后运至现场，直径3.9 m。

制造精度为：球面表面粗糙度≤12.5 μm；球面曲率半径误差≤±0.5 mm；边缘各点的高程差≤1.0 mm；上球铰水平截面椭圆度≤1.5 mm，下球铰球面各点偏差≤0.9 mm；下球铰内球面镶嵌聚四氟乙烯板块顶面务必位于同一球面上，安装完成后顶面误差≤0.2 mm；上下球铰中心轴与转动中心轴务必重合，误差≤1.0 mm；与上下球铰相焊的钢套筒中心轴应与转动中心轴重合，误差≤1.0 mm，钢套筒应铅垂，其倾斜度≤0.3%。

3.3 钢板滑道及定位骨架安装

转体下承台混凝土分成2次进行浇筑，在首次混凝土浇筑完成后，需要将混凝土完成面凿毛处理，然后清理干净。采用全站仪在混凝土面上精确放出滑道十字轴线4个角点和中心位置，并通过十字线对中法复核4个角点和支架中心位置，保证其中心必须位于设计位置。

钢板滑道和定位骨架分别由4块1/4圆弧拼块拼装而成，在拼装完成后进行整体吊装。在平整的地面上，将滑道定位骨架通过角钢焊接进行拼装，拼装完成后保证滑道骨架顶面任意2点高差在5 mm之内，然后安装钢板滑道，滑道钢板通过拧动连接螺母进行高度调整，调整完成后平整度≤0.5 mm，之后将钢板进行焊接连接，整体拼装完成后进行吊装。

吊装时，在滑道支架四角拴上绳索，将滑道支架位置通过人工张拉绳索辅助调整，使其四角坐落在放出的点位上，并通过十字线对中法复核滑道中心位置，当中心位置出现偏差时，利用滑道四角安放的小千斤顶进行顶推，保证其中心必须位于设计位置。精准定位之后，将千斤顶立起，利用4个千斤顶调整支架高程达到设计标高，用电子水准仪进行标高复核，保证顶部局部平整度≤0.5 mm，标高精调完成后通过预留钢筋与支架进行焊接固结。

3.4 下球铰定位支架安装

在吊装前，用水准仪测量下球铰定位支架设计位置处混凝土面高程，保证混凝土面高程不高于定位支架底高程，然后采用全站仪在混凝土面上精确放出支架4个角点和中心位置。吊装时，在下球铰支架四角拴上绳索，通过人工张拉绳索辅助调整，使其四角坐落在放出的点位上，并通过十字线对中法复核支架位置，精准定位之后，利用4个千斤顶调整支架高程达到设计标高，最后通过预留钢筋与支架进行焊接固结。

3.5 下球铰安装

安装下球铰前，确定好下球铰及定位支架对应轴线和定位螺栓位置，然后吊装下球铰，使定位支架的轴线位置与定位螺栓位置一一对应，利用定位螺栓将下球铰与定位支架顶面角钢临时固定，通过标高调节螺栓调整下球铰标高。

球铰中心采用全站仪进行坐标控制，同时人工拉十字线进行对中复核；现场高程测量采用“3人测量、同步复核、边测边调”方式进行控制。为保证下球铰安装精度，在下球铰外沿均匀布置8个测量控制点，8个控制点两两对称，控制点位置需与定位支架上的调节螺栓对应，控制点用红色油漆做好标识。

将控制点标高逐一调整至设计标高后，同步对球铰中心进行再次复核，全部满足要求后旋紧紧固螺母完成精调并固定。球铰安装精度要求：球铰安装顶口必须水平，其顶面任意2点误差≤1.0 mm；球铰转动中心必须位于设计位置，其误差顺桥向±1.0 mm、横桥向±1.5 mm；钢套筒应铅垂，其倾斜度≤0.3%。

3.6 下承台混凝土的浇筑

转体下球铰直径3.9 m，下部结构复杂，为保证下球铰下方混凝土的浇筑密实，在下球铰上设置2圈共计12个振捣口和16个排气孔。混凝土浇筑从球铰四周下料，利用混凝土流动性及振捣棒振捣作用流入下球铰转盘下部，通过球铰表面预留的捣固孔和排气孔进行混凝土加强捣固和排气，捣固结束后及时封堵捣固口，浇筑时泵管下料位置要避开球铰及定位支架。

施工时下转盘混凝土顶面需要比下球铰顶面低1 cm，防止水或杂质进入上下球铰之间的间隙。

混凝土浇筑前需用塑料膜及土工织物对下球铰表面进行封闭，防止杂物及混凝土污染下球铰表面。

3.7 销轴、聚四氟乙烯滑块的安装

下承台混凝土强度达到要求后，将包裹的塑料膜及土工织物拆除，之后进行下球铰的清理。采用钢刷打磨上下球铰曲面的铁锈，之后用吹风机及吸尘器清理销轴及聚四氟乙烯滑块孔内的杂物。

销轴安装时，首先将黄油聚四氟乙烯粉按计算量填入销轴孔内，使得销轴插入孔内有黄油溢出，然后在露出销轴孔外的销轴上涂满黄油聚四氟乙烯粉，上球铰安装后使黄油聚四氟乙烯粉从上下球铰之间溢出。

聚四氟乙烯滑块安装时，根据聚四氟乙烯滑块的编号将其安装在相应的嵌孔内，安装时，需要用橡胶锤轻轻敲打，保证滑块安装严密。安装完成后，需检查滑块是否处于同一曲面上，误差不大于0.2 mm。滑块全部检查合格后，均匀涂抹黄油聚四氟乙烯粉，涂抹完成后略高于滑块表面。涂抹完黄油聚四氟乙烯粉后，尽快安装上球铰，严禁杂物掉入。

3.8 上球铰安装

上球铰安装之前要将上球铰接触面清理干净，然后将上球铰用汽车吊进行吊装，辅助人工张拉四角绳索将上球铰套筒插入销轴内。上球铰安装就位完成后，使用人工推动上球铰转动2周，验证球铰能否顺利转动，使上下球铰间的黄油聚四氟乙烯粉分布均匀，并将多余的黄油聚四氟乙烯粉挤出。之后检查上下球铰相对位置，尺寸一致说明销轴两侧间隙一致，误差要求≤3 mm，如果发生偏差则要进行调整，采用吊葫芦进行调整，使上球铰与下球铰外圈重合。

上球铰定位完成后，将上球铰用焊接形式与周围钢筋进行固结，保证上球铰在浇筑上承台混凝土过程中不会偏移。用胶带在上下球铰外圈接合处进行封闭，防止杂质进入。

3.9 上承台浇筑及后注浆施工

转体上球铰混凝土与上承台混凝土同步施工，浇筑高度最高处3.8 m，高度较大且钢筋密集，不易振捣。为了保证球铰处混凝土质量，在上球铰均匀布置4根直径为15 cm的预埋管并伸出上承台顶面，浇筑混凝土时振捣棒通过预埋管伸入上球铰上部进行振捣，在保证混凝土振捣质量的同时，从而保证混凝土成品质量。混凝土浇筑前，将1根2 cm注浆管插入预埋管管底，混凝土浇筑完成之后四周用高强砂浆填充密实，待高强砂浆达到强度后，通过注浆管对上球铰上部混凝土进行注浆，进一步保证混凝土质量。

4 结语

在T构转体系统安装过程中，球铰定位安装是整个转体施工的关键，精度高、难度大，通过科学实用的测量方法进行下球铰定位安装，能够确保转体的顺利实施。青岛新机场南进场路转体桥的球铰定位及安装精确控制施工技术的实践，为后期类似工程施工提供了参考。