朝凌高铁跨锦阜高速公路连续梁转体施工关键技术

2022-03-07杨智翔YANGZhixiang

价值工程 2022年8期

杨智翔 YANG Zhi-xiang

（京沈客专辽宁公司（哈大客专公司），沈阳 110000）

1 工程概况

朝凌高铁与锦阜高速公路以39°角相交，采用（72+128+72）m预应力混凝土连续梁跨越，梁底到路面距离为9.075～10.785m，总体布置见图1。该桥基础形式采用桩基承台，13#主墩桩基共24根（桩径Φ1.5m），14#主墩桩基共29根（桩径Φ1.5m），13#墩承台为八边形、纵横向最大尺寸为（18.6×20.6×3.5）m+上转体基础结构，14#墩承台为八边形、纵横向最大尺寸为（24.455×18.6×5）m+上转体基础结构，主墩采用圆端型实体墩。连续梁设计为单箱单室、变高度、变截面直腹板结构，箱梁顶宽12.6m，箱梁底宽7.0m，单个转体结构长63m，重12000t。本桥位于半径5505m的圆曲线和缓和曲线上，两个墩球铰向曲线内侧设预偏心6cm、7cm。

图1 连续梁与锦阜高速公路交叉平、立面图（单位：m）

2 总体施工方案

主墩桩基、承台、墩身和球铰安装施工结束之后，顺锦阜高速方向支架现浇梁段，临时封闭锦阜高速平转合龙。为减少中跨合龙段施工时安全风险，中跨合龙段合龙采用钢壳施工，待转体就位后钢壳焊接完成安装就位，最终施工跨中合龙段混凝土，主要施工步骤如下：

①精确测出球铰中心位置，安装下球铰骨架、下转盘球铰及滑道，预埋工字钢，作为临时固结，施工下承台后浇带混凝土，安装定位钢销轴，填充滑片和黄油四氟粉，安装球铰上转盘，上转盘附着在下转盘上，安装、固定成型，然后平转运行，上下球铰吻合面外周围用胶带缠绕密实以做到防尘、防水、防锈，安装撑脚及砂箱，对称布置于球铰四周，安装模板、绑扎钢筋、浇筑上转盘混凝土。②顺着锦阜高速方向满布支架浇筑梁段。梁体施工前预压支架，去除非弹性变形，保证支架的承载能力，根据预压的实测成果，确定立模标高。2个主墩采取临时锚固措施。③解除上、下转盘的临时固结，对梁体进行称重，实测不平衡力矩进行配重，使偏心距满足设计要求，检查转体系统各部分后进行试转，测定摩阻力距及摩擦系数等，根据两侧结果进行二次配重。④解除上下转盘之间的临时固定，利用牵引反力座启动转体结构，两主墩同步转体施工，速度不大于0.01rad/min，旋转39°。⑤现浇边跨合龙段，张拉剩余钢束、压浆等，拆除边跨支架和墩顶的临时固结，组装中跨合龙段处的刚性连接构造，合龙段钢壳安装就位，现浇中跨合龙段采用钢壳，然后养护、张拉、灌浆。

3 转体施工技术

3.1 转体系统

转体系统主要由承重系统、顶推牵引系统和平衡系统组成。承重系统有上转盘、下转盘及转动球铰三部分组成，下转盘的作用是支撑转体结构所有重量，转体结束以后，上转盘与之共同作用，组成基础，上转盘是纵向和横向双向的预应力体系，是组成转体结构的重要部分，转体结束之后，上转盘和下转盘一起构成基础。上下转盘之间设转动球铰，上转盘球铰直径Φ4100mm，下转盘球铰直径Φ3800mm，总高度822mm，上转盘通过球铰相对于下转盘旋转，从而完成转体。本桥每个转体的组成部分是牵引反力支座、助推反力支座和两套四台ZLD200型液压、同步、自动连续牵引系统（牵引系统由液压泵站、连续千斤顶及主控台组成）；平衡系统的组成部分是结构本身和上转盘6对Φ800×24mm的钢管混凝土（C50）圆形撑脚，平面图见图2。

图2 转体平面图

3.2 转体前准备

①在试验前，有必要进行称重平衡试验，对转体系统的不平衡力矩、偏心力矩、摩擦阻力矩、摩擦系数等参数进行测试，以实现桥梁转体的配重要求。转体上部结构的平稳性对于平衡转体施工至关重要。特别是在大悬臂结构和无斜拉索的情况下，理论上，水平转体必须确保转体中支点两端重量的一致性，即保证两端的平衡。实际施工过程中，转体上部悬臂的绝对平衡在旋转过程中会引起梁端振动，振幅较大，不利于转体的平顺性。在实际施工过程中，通过称重和平衡，使实际重心与理论重心偏离5～15cm。经平衡后，转体桥架的跨中侧有轻微翘曲，使整个转体结构受球铰及其后的两个钢支撑脚的三点支撑，形成三点支撑。可采用在梁上堆积荷载的方法调整转体重心位置偏差的问题。

②转体采用两套四台ZLD350型液压、自动、同步、连续牵引系统。将牵引索预埋时各钢绞线表面的铁锈、油渍清理干净，沿已建索道逐一排列、缠绕，通过ZLD350连续顶进千斤顶。固定锚具在上转盘浇筑过程中预埋到混凝土内，以此作为牵引索的固定端。预埋钢绞线牵引索沿牵引方向绕过上转盘，然后穿过千斤顶，用千斤顶的夹紧装置夹住它；利用油压逐条预紧钢绞线，再通过推千斤顶将钢绞线整体预紧，使两根钢绞线的各股持合力大概相同。牵引索索道、相应的千斤顶轴心线搞成应该相同。转体采用两组液压、自动、同步、连续牵引系统，液压泵站、连续千斤顶和主控台组成牵引系统，牵引设备应按牵引力大小的2倍以上配置，水平旋转力偶由牵引力形成，24根Φs15.2钢绞线锚固、缠绕在直径1040cm的转台上，通过不断拽拉，使得转体系统转动。

3.3 试转体

正式转动前进行试验转动，全面检查牵引动力系统、转动系统、位置控制系统和防倾保险系统是否完好，并测试整个系统的安全性和可靠性。测量和监测人员采集各项初始资料，建立主桥墩转动角速度与梁端转动线速度的关系，为有效控制转动过程中的转动速度，跟踪监测转体的全过程。试转步骤如下：

①预紧钢绞线。预紧对称进行，并重复几次，以确保每根钢绞线的力是均匀的。预紧过程中确保绞线与上转盘平行缠绕。

②合上主控台和泵站的电源，然后开启泵站，两个千斤顶采用主控台得到控制，同一时刻进行试转。如果不能转动起来，那么采用辅助顶推千斤顶辅助施加力，来使桥梁克服摩阻力转动起来，如果还不能启动成功，那就停止试转，另行处理。试转过程中，需要测试好两个关键数据：

1）每一分钟转动的速度，也就是每分钟悬臂一端转动的水平弦线距离和主桥的转动角度，转体速度要满足设计要求。2）采取点动方式进行操作，为转体初步到位后能开展精确定位，测量队测量每点动一次悬臂端转动水平弦线长度的数据，转动速度控制在0.01rad/min，这样才能在转4°以内结束收集数据的工作，梁体试转后，与锦阜高速的位置关系见图3。

图3 试转平面位置图

试转时，应时刻注意转体系统的稳定平衡性，是否发生故障，主要承受力的部分会不会出现裂痕。如果发现不好的情况，那就立马停止试转体，查清楚造成此种情况的原因后采取有效措施才可以进行下一步的试转。试转完成后，采用钢楔对转体结构临时固定。

3.4 正式转体

①正式转体过程如下：

1）现场总指挥下发正式转体作业指令后开启动力牵引装置，2台350吨级输出牵引力，按照预设定的转体速率转体系统推动桥梁结构“自动”逆时针转动35°（0.61rad），转体速率遵照设计给出的最大转动速率0.01rad/min，正式转体耗时61分钟。

2）检查梁体标高和中心线，保证没错后清理现场的机械器具，人员撤出撤除防护，同时利用钢抄手进行抄垫和固定，采用电焊把钢抄手和上盘滑道预埋钢板、连同撑脚走板钢板立即全面焊联接，恢复通车。

②正式转体施工注意事项：梁体转体精准到位。

现场梁体实际轴线与设计轴线偏移关键靠千斤顶移动距离来控制，依据试转测试得到的成果，依据每次点动千斤顶移动距离计算出梁端移动距离。千斤顶启动一回，测量工程师记录一回梁体轴线移动数据，循环往复至梁体轴线精准到位。若梁体就位完成后存在些许横向歪斜或高程存在些许出入，则在上、下转盘之间使用千斤顶相应顶起来达到调整的目的。

转体的详细流程见图4所示。

图4 工艺流程图

3.5 转体合龙施工

封铰施工完成后，安装边跨合龙段模板。侧模、底模与箱梁混凝土贴合紧密，并用拉杆拉紧，安装边跨合龙段钢筋、预应力管道，浇筑混凝土。中跨合龙段施工，根据设计要求，需先拆除边跨现浇段及主墩墩顶临时固结后进行。拆除桥墩临时固结，进行连续箱梁的体系转换工作。合龙梁段临时锁定、钢壳安装、钢筋、模板、预埋件、混凝土等施工在钢壳内作业，已施工梁段两侧安装防护栏杆及防护网，防止施工过程中落物影响锦阜高速行车安全。

3.6 转体施工特殊情况处理

①梁体两侧自重失衡。假如施工监控测量发现转体过程中梁体两端发生不平衡位移，可根据现场测量的位移数据推算不平衡重量，及时根据计算结果加配重来修改梁体两端的自重，尽可能让梁体重心接近转轴中心。

②试转不能正常起转。受力计算显示两端千斤顶提供的牵引力完全可以克服静摩阻力使梁体正常起转。若源于未知原因而引起智慧连续转体牵引系统两台千斤顶加载依然不能如期起转，首先试着启用智慧连续转体牵引系统备用的第三、四台千斤顶加载，若梁体可以起转，及时调整千斤顶功率控制转体速率，若梁体依然无法如期起转，立即停止加载。查看撑角跟滑道交接位置存在杂物卡死与否或者滑道在此处形成上坡与否，若存在这些情况可试着采用千斤顶前、后顶一齐加载、人工附加牵引力使梁体起转。

③牵转困难。牵引转动困难原因可能是牵引动力不足或存在障碍物。1）牵引动力不足。a）增加主千斤顶牵引力。静摩擦系数取值0.10，动摩擦系数取值0.06（根据相关转体施工经营，摩擦系数按此取值已足够富余）。转体牵引力采用钢铰线传递，钢绞线一端采用P型锚固定于上转盘内，另外一端连接千斤顶用于施加张拉力。转体牵引装置由以下部分组成：两部350吨级千斤顶、液压泵站及主控制系统。b）补充备用牵引装置。在加大主千斤顶牵引力的同时另外需补充备用牵引装置，以防止转动过程中出现意外导致牵引力不足。备用牵引装置采用100吨级千斤顶。2）存在障碍物。当牵引系统主千斤和备用千斤顶都启用后桥梁仍未起转，应检查撑脚跟滑道、上、下转盘之间的交接位置存在杂物卡死与否，若存在，需清理杂物后再继续转动。