双幅不等跨近距离同步转体刚构桥施工关键技术研究

2021-10-15李春玉

建筑施工 2021年5期

李春玉

中铁建工集团有限公司山东青岛 266061

近年来，随着转体施工工艺的应用，转体形式也日渐不同，受桥宽、跨度等方面的影响，双幅不等跨近距离同步转体刚构桥梁开始日益增多。在转体施工过程中，球铰系统作为转体桥的枢纽，既承受上部结构质量，同时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的顺利完成起到至关重要的作用；不等跨转体桥配重方案的选择决定了其转动期间的稳定性及平衡性；双幅近距离同步转体过程中的防倾覆及防碰撞措施是转体顺利进行的保障[1-4]。

南进场路转体桥位于青岛胶东国际机场，为双幅不等跨近距离同步转体刚构桥，以此为例，对施工过程中的球铰系统、不等跨配重方案、防倾覆措施和防碰撞措施等关键部位的技术应用进行分析。

1 工程概况

南进场路转体桥与胶济铁路相交于桩号K61＋917处，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，分别为Z13#、Z14#转体桥，Z13#跨径为（53＋53） m，Z14#跨径为（53＋48） m，转体桥效果如图1所示，转体示意如图2所示。转出体跨径分别为（48＋48） m和（48＋45） m，转体质量约7 000 t，就位后2幅梁体间距为30 cm，转体球铰系统结构如图3所示。

图1 南进场路转体桥整体效果

图2 南进场路转体桥转体示意

图3 南进场路转体桥球铰系统结构示意

2 施工难点分析

1）球铰系统主要承受全桥的质量和转动时的扭矩，其安装精度及混凝土浇筑质量要求高，直接影响转体过程的稳定性。

2）南进场路转体桥Z14#为不等跨转体桥，如果称重和配重控制不好会存在倾覆等问题，导致无法正常转动。

3）转体桥各阶段的临时固结、限位等防倾覆措施需要提前研究和优化。

4）双幅不等跨近距离同步转体刚构桥存在超转、碰撞问题。

3 施工关键技术研究

3.1 球铰定位及安装施工技术

3.1.1 滑道预拼接整体吊装技术

转体下承台分2层浇筑，在首次浇筑完成后，混凝土面需要凿毛。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两点高差在5 mm之内，然后安装钢板滑道。钢板滑道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，完成整体拼装后进行吊装。

吊装时，滑道支架位置通过调整，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，利用在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，使其高程达到设计标高，用电子水准仪进行标高复核，保证顶部局部平整度≤0.5 mm，待标高精调完成后，通过预留钢筋与支架进行焊接固结。

3.1.2 下球铰安装技术研究

下球铰支撑脚吊装前，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，定位支架位置通过调整，使其四角坐落在放出的点位上，并通过“十字线对中法”复核支架中心位置，保证其中心必须位于设计位置。精准定位之后，利用4个千斤顶调整支架，使其高程达到设计标高，用电子水准仪进行标高复核，保证顶部局部平整度≤0.5 mm，待标高精调完成后，通过预留钢筋与支架进行焊接固结。

安装下球铰前，确定好下球铰及定位支架对应轴线及定位螺栓位置，然后吊装下球铰与定位支架的轴线位置和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“三人测量、同步复核、边测边调”的方式进行控制。为保证下球铰的安装精度，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。球铰的安装精度要求：球铰安装顶口必须水平，其顶面任意两点误差≤1 mm；球铰转动中心必须位于设计位置，其误差在顺桥向为±1 mm、横桥向为±1.5 mm；钢套筒应铅垂，其倾斜度≤0.3%。

3.1.3 上球铰安装技术研究

上球铰安装之前要将上球铰接触面清理干净，然后用汽车吊吊装上球铰，上球铰套筒应插入销轴内。待上球铰安装就位后，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分布均匀，并将多余的黄油挤出。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，如果发生偏差要进行调整，则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，上球铰用钢筋采用焊接的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的过程中不会偏移。用胶带在上下球铰外圈结合处进行封闭，防止杂质进入。

3.1.4 球铰优化及混凝土振捣技术

转体下球铰直径390 cm，下部结构复杂，为保证下球铰下方混凝土浇筑密实，在下球铰上设置2圈，共计8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的振捣作用流入下球铰转盘下部，通过预先在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孔，浇筑时泵管不能位于球铰及定位支架上方。

转体上球铰混凝土与上承台混凝土同步浇筑，浇筑高度最高处为3.8 m，高度较高且钢筋密集，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15 cm预埋管伸出上承台顶面，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，保证混凝土振捣质量和混凝土成品质量。混凝土浇筑前，将1根直径2 cm的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。

3.2 不等跨转体桥称配重技术

根据力矩原理，将配重作用点从承台转移至箱体，使作用点距支点距离增大，同样大小的力，力矩增大，可以大大减小配重量。不等跨配重配置如图4所示。

图4 不等跨配重示意

将配重分解成2次配重，第1次为理论配重，待配重完成后方可进行支撑架体拆除，再进行称重，根据称重效果进行第2次试验配重，能更有效地控制转出体的稳定性，防止转出体倾覆。

充分研究和利用CJJ 11—2011《城市桥梁设计规范》中图10.0.2-2的城—A级车辆荷载的立面图、平面图、横桥向布置来设置配重位置和范围，将配重范围按照＞15 m、全幅，只在腹板梁上配重，完全模拟荷载车通过时的情况，使荷载传递如同车轮荷载传递一样，并且严格控制每一作用面的荷载值不超过设计荷载值，最终根据需要配重力矩值结合城市桥梁设计规范来设置配重位置和范围。

3.2.1 第1次理论配重

根据弯矩等效原则，确保结构重心和球铰中心竖向重合。计算出转出体需要配重的质量，再等效到配重区域。根据事先划好的配重区域摆放方木，方木摆放宽度为配重块宽度。摆放完成后采用钢筋进行锚固固定，避免转体时配重块移动。

3.2.2 称重

首先根据转体质量计算称重时千斤顶的吨位，将千斤顶放置在滑道之上，在千斤顶上放置事先准备好的钢板，在钢板上放置应力环。将应力环与综合测试仪连接并开启。将千分表底座固定在撑脚上，使测试柱与滑道接触。启动千斤顶，分级进行加载，每一级控制在500 kN以内，同步记位移，当位移突然出现较大波动时，每一级加载控制在10 kN，当位移稳定后停止加载，进行卸载，每一级控制在100 kN以内，同步记位移，最后绘制出加载、卸载时位移顶力图。根据加载、卸载时位移顶力图，通过计算公式计算偏心距数值，当偏心距满足5～15 cm时不需要配重，超过此范围需要配重。

3.2.3 第2次配重

根据数据分析结果，需要将偏心距控制在5～15 cm之间，根据实测偏心距与要求值之间的差值，进行弯矩等效，计算出配重量。

3.3 防偏移及倾覆技术

转体桥各阶段施工过程中易产生偏移及倾覆：转体桥上下球铰间为聚四氟乙烯滑块及黄油，阻力很小，在上承台、墩柱及上部结构施工时，上下球铰易发生滑动，导致转体偏移或倾覆；转体称配重及试转前，所有限位措施均已打开，需要采取措施防止转体滑动或倾覆；正式转体完成后，在永久固结措施实施前，为了防止转体桥发生倾覆，需要设置临时固结、限位措施。

3.3.1 预埋工字钢

借助球铰系统下承台6个外反力支座，在每个反力支座上预埋1根插入上转盘的通长工字钢，以每相邻的2个分为1对，每对相邻的工字钢内面间角度为54.6°。预埋工字钢插入反力支座及上承台各30 cm，球铰上部结构施工过程中，工字钢可以有效防止球铰发生滑动。

在转体施工前，将工字钢切断，每对相邻的工字钢沿球铰转动方向，上游的工字钢在下部1/3处割断，下游的工字钢在上部1/3处割断，转体转到54.6°时，上游的工字钢与下游的工字钢内面刚好贴到一起，起到防止超转的作用。通过焊接工字钢，可以有效起到支撑作用，防止转体桥倾覆。

3.3.2 钢楔子

转体桥设6对撑脚，分别对称分布于纵轴线的两侧。在撑脚的下方有1 m宽的滑道，撑脚底标高比滑道顶高出2 cm，用钢楔子固定，桥梁转体前，将钢楔子敲掉，撑脚可以在滑道内滑动，用于保持转体结构的平稳。

钢楔子立面为斜三角，固定时，将钢楔子底部平面放在滑道上，将扁头插入撑脚与滑道之间的缝隙，然后用小铁锤慢慢敲打至挤紧牢固。钢楔子在每个撑脚外圆弧处各均匀放置2个，每个撑脚两侧各放置1个，以保证撑脚稳定。转体完成后，钢楔子与撑脚、滑板焊接固定，防止出现偏移，起到永久固结、限位的作用。

3.3.3 临时固结钢筋

在上部结构施工、称配重、试转、正式转体时都需要设置临时固结钢筋进行临时固结和限位。临时限位钢筋位于转体承台四角，通过斜拉钢筋将上下承台的预留钢筋焊接到一起，能很好地起到临时固结、限位的作用。

3.4 防超转碰撞技术

转体施工时，张拉设备采用连续千斤顶，停止张拉时，转体桥会由于惯性继续向前移动一小段距离，而本工程为双幅不等跨近距离同步转体刚构桥，转体完成就位后双幅转体桥梁侧间隙较小，仅有30 cm，如果出现超转，会造成梁体碰撞，可能会破坏梁体并危及铁路安全。

3.4.1 外反力支座防超转工字钢

借助球铰系统下承台6个外反力支座，在每个反力支座上预埋1根插入上转盘的通长工字钢，以每相邻的2个分为1对，每对相邻的工字钢内面间角度为54.6°。转体前，将工字钢切断，每对相邻的工字钢按球铰转动方向，上游的工字钢在下部1/3处割断，下游的工字钢在上部1/3处割断，转体转到54.6°时，上游的工字钢与下游的工字钢内面刚好贴到一起，起到防止超转的作用。

3.4.2 梁端部设置防碰撞缓冲措施

在2个转体梁的跨线端合龙口内侧各绑定1个橡胶缓冲垫板，经过项目研究，决定采用废旧轮胎。缓冲垫板布置在距梁端约2 m处，且确保转体就位后两侧的垫板不顶触，转体就位后垫板位于铁路防护线以外区域。

3.4.3 滑道撑脚处设置限位防超转装置

下球铰施工过程中，在2个转体球铰撑脚转到54.6°位置时分别做2道限位工字钢，工字钢两端各在滑道上焊接2个限位钢块，2个限位钢块间距离为工字钢宽度加2 cm，2 cm空隙铁片精调。

当撑脚转动到工字钢位置时，测量梁端轴线偏差，根据偏差计算撑脚需要转动的距离，通过取出对应厚度的钢片调整双幅转动的同步情况，同时也通过取出钢片调整撑脚最终的转动位置，减少轴线偏差。

3.4.4 千斤顶“点动”控制

当转体过程接近终点时，随着梁端间隙越来越小，也更容易出现梁端碰撞事故。为防止发生此类事故，预计在转体Z13#、Z14#联箱梁最小间距为1 m时停止自动控制，改为点动控制，正式转体前进行试转作业，通过试转作业采集转体结构在不同点动时长控制下的行进距离，并作为正式转体点动阶段的参考数据。点动阶段两墩的设备控制人员始终通过对讲机沟通，通过对智能连续牵引设备的实时控制，确保两侧的转体速度和位置互不干涉，通过点动阶段两墩同步精准控制，保证梁端最终就位位置在偏差以内。