预应力混凝土转体矮塔斜拉桥施工技术要点研究

李彦荣

（中铁十七局集团第二工程有限公司，陕西 西安 710000）

0 引言

矮塔斜拉桥是颇具代表性的桥梁型式，桥型介于斜拉桥和连续梁（刚构）桥之间，雏形为反拱形梁桥，在结构形式等方面进行了优化，桥梁索塔高度低，兼具结构性能突出和经济效益较高的突出优势，因此在桥梁工程建设中获得广泛应用。转体矮塔斜拉桥是跨越既有交通线的重要施工方式，对减少施工干扰有突出作用，但由于其作业细节丰富，需加强技术探讨。

1 工程概况

京九铁路和昌九城际铁路为国家铁路干线，为减少施工对铁路运输影响，万宝路采用（95+160+95）m矮塔转体斜拉桥跨越铁路，主梁于线路两侧用支架现浇施工半桥，T 构成型后转体到位，施工合龙段。桥梁转体主墩为1#和2#墩，其桩基、承台施工均为邻近营业线施工。栅栏迁改和既有栅栏内侧边坡土方卸载在天窗点内封锁施工，属于Ⅲ级封锁施工。

2 主塔设计概述

桥梁主塔高22m，采用等截面设计。顺桥向宽度4.5m，横桥向宽度2.8m，采用实心截面，桥塔四角设半径40cm 倒圆角，混凝土材料标号为C55。塔上斜拉索与主塔交点在竖直方向间距约为1m。全桥共有斜拉索44 对、共88 根。斜拉索采用钢绞线拉索群锚体系，包含拉索及两端锚头、螺母、减震器、抗滑键配套系统、保护罩和防水罩的成套制品。钢绞线在塔上以集束钢管贯通锚固斜拉索，维持斜拉索的稳定性。

3 工程重难点及施工对策

3.1 结构尺寸大

转体梁悬臂长度达到78.5m，即便转体支座转动体系做微小幅度的转动，由于竖平面内不平衡力矩的作用，转体悬臂段的端部也有明显的竖向位移，为保证转体的平稳性，需提升体系的抗倾覆稳定能力，保证边跨合龙段施工的顺利完成。

3.2 结构重量大

转体总重202840kN，转动期间存在较强的摩阻力，转动的顺畅性较差，以何种方式增加转动力矩是高效转体的关键。

4 预应力混凝土转体矮塔斜拉桥施工技术

主桥箱梁浇筑施工完成后拆除支架，切除上下转盘临时固结，进行称重，完成配重，进入转体施工阶段（见图1）。转体作业前，清理桥塔及主梁上临时料具，拆除转盘间临时锁定，完成称重作业，进入转体施工，转体到位后进行姿态调整并封铰，保证结构的稳定性及安全性。

图1 转体施工流程图

4.1 转体施工

转体前，清理滑道的粉尘、铁锈及其他杂物，适度打磨达到平整状态。任何不利于转体的障碍物均要得到清理，清理完成后，于滑道上铺设四氟板和四氟粉。在上承台设置转动刻度，下承台设指针，便于在转体期间根据指针读取的数据计算梁体旋转的角度。梁体称重后，测定不平衡重，以测量结果为准采取配重措施，使梁体维持平衡的状态。正式转体前安排试转，获取转体参数，经过可行性评估后确定适宜的转体方案。转体作业的专业性强，质量要求高，应由具备资质的单位负责实施。

4.2 牵引系统及设备测试

4.2.1 牵引动力系统

一台主控台、两套1000tZLD1000 型连续型牵引千斤顶、两台液压泵站，配套高压油管和电缆，构成适用于转体作业的牵引动力系统。两台千斤顶对称布置在转盘两侧，千斤顶的中心线高度与上转盘预埋钢绞线的中心线水平。动力系统经过调试后方可转至现场进行安装，向油泵内加注专用液压油，优化运行状态。按图纸要求连接电路和油路，牵引动力系统成型后安排调试，判断系统异常状况后加以调整，直至牵引动力系统满足转体要求为止[1]。

4.2.2 牵引索上转盘

利用千斤顶预紧牵引索钢绞线，直至同一束中钢绞线的受力几乎相当为止。待上转盘位置的两束牵引索布设到位后，采取防护措施，以免由于周边电焊作业而受损或由于环境作用而锈蚀。下转盘上埋设刻度指针，上转盘标注刻度，转体过程中可以读取数据，作为转体控制的参考。

4.2.3 牵引设备测试

（1）转体所需的电气设备及各类配套设施在出厂前均要安排测试，附带合格证书，从源头上保证硬件设施的可靠性。

（2）按平面布置图将到场设备安装到位，连接信号线、油路，组成完整的牵引设备。

（3）试运行，检验牵引设备的运行状态。根据千斤顶施力值反算泵站的油压值，据此对泵站的最大允许油压做合理的调整。试运行期间，牵引设备的各组成部分均要可靠作业。

4.3 试转

4.3.1 试转角度

根据转体连续梁与京九铁路和昌九城际铁路的位置关系，为保证试转后梁体不侵入铁路设备安全限界，梁体试转角度取3o，现场检测结果显示，按此角度转动后，梁端转动距离为3.38m，梁体与昌九城际下行线外轨、京九铁路上行线外轨的最小距离分别约为19.39m、8.35m，试转梁体需连续转动2o，点动1o。

4.3.2 试转

（1）逐根预紧钢绞线，预紧力取5～10kN，利用ZLD1000 型千斤顶以对称的方式做多次预紧，使各钢绞线达到均匀受力的状态。预紧时，钢绞线平行缠绕在上转盘处。

（2）启动泵站，同步施力，试转两台千斤顶，要求转动幅度合理，转动顺畅进行。无法转动时，表明静摩阻力较强，启用辅助顶推千斤顶，增加作用力，直至正常转动为止。

（3）试转期间，重点测量如下数据：其一，每分钟转速，根据实测数据采取调控措施，直至转体速度在许可范围内为止。每点动一次后，及时测量悬臂端转动水平弦线距离，结合测量数据做精细化的调控。其二，静止启动时和转动时的最大牵引力等。根据作业方案，转体速度以0.01745rad/min 为宜。根据试转反算实际的静摩擦系数和动摩擦系数[2]。

4.4 正式转体

4.4.1 转体施工

现场风力等级对转体作业具有影响，因此在转体前先关注转体期间的天气预报信息，遇大风时采取防控措施，最大限度地减小风力对转体的影响，天气尤为恶劣时暂不安排转体。此外，经过试转体后判断平转牵引系统的运行特性、最大启动力、摩擦因数等各项关键数据是否具有可行性，经过优化后得到完善的转体方案，以便正式转体的顺利进行。试转体时应将智能连续牵引设备的工作速度设定至与正式转体的工作速度一致，确保试转体所采集数据具有可用性。试转体过程应分为至少三次点动动作，分别记录转体在连续牵引设备点动停止后继续依靠惯性滑移的距离，同时记录连续牵引设备的牵引力值，计算出转体系统的摩擦系数，为正式转体积累经验。各撑脚位置均安排一人加强对撑脚与滑道间隙的观察，视间隙变化情况采取控制措施，并在撑脚运行前段垫放滑板[3]。

现场检测人员及时采集观测基点的位移数据，注重对转体支座、滑道、滑墩各设施的观察，存在异常时反馈给控制台，尽快处理。桥面两端头中心轴线合龙前2o时，每进行10cm 由现场监测人员向控制台传输监测数据；在中心轴线合龙前1o（弧长1.37m 时），停止自动控制，改为点动操作；30cm 以内，每1cm 报告一次；5cm 以内，每1mm 报告一次。经过数据的定期采集和报告，系统操作人员根据数据信息判断转体状况，更具有效性地控制操作系统，直至转体顺利到位为止。计划转体连续转体时间昌九城际侧为81min，京九侧为77.5min，点动精确就位时间20min。

4.4.2 转体精确定位控制

（1）转体动力系统提供手动控制和自动控制两种功能，供操作人员根据现场转体作业条件做合理的选择。为保证转体精度，主梁端部即将到达设计位置前1o时调整为点动操作的作业方式，结合现场测量数据做精细化的控制，最终转体到位。

（2）点动操作前，对上部转体结构做水平校正。

（3）为避免转体期间出现超转现象，设转体限位装置。

（4）在上盘下设千斤顶，在梁端设水平微调装置，由操作人员根据转体情况细微调整纵横向标高，提高转体精度。

4.4.3 施工过程中限位控制

在试转过程中，通过多次不同时间段的点动操作，获取转体系统的摩擦系数，以及不同时间长度的点动操作对应的转体惯性位移量，为正式转体提供数据依据。若张拉千斤顶在转体就位前停止牵引，在惯性作用下转体结构仍可向前转动，根据此特点，在止动阶段利用转动惯性实现转体就位。转体最终阶段测量梁体轴线的剩余距离，通过不同时间长度的点动操作使转体逐步就位。为防止转体超转，可在滑道内外设置限位装置，限制撑脚的转动位置。提前在转体就位的区域布设工字钢横梁，转体就位位置恰好是工字钢横梁与转盘撑脚接触的部位。在此次转体中，共设置2 座限位装置。

图2 限位装置构造平面图

4.4.4 转体支座到位后的约束固定

转体完成且检测结果显示平面位置和标高均无误后，于撑脚两侧下转盘位置设型钢反力架，根据撑脚布设情况在其底部打设钢楔块，起到维持转体单位稳定性的作用。全面清理底盘上表面附着的杂物，依次进行预留钢筋焊接、模板支设、混凝土浇筑、振捣作业，混凝土固结成型后，使上转盘与下转盘稳定连接。

4.5 转体精确就位

其一，转体就位后，采用全站仪轴线校正，轴线允许偏差不大于L/6000mm。其二，转体动力系统有手动控制和自动控制两项功能可供选择，考虑到转体精准性的要求，主梁端部即将到达设计值前137cm 时采取点动操作的作业方案，期间加强测量，确定最大弧长转体数据。为保证点动操作的可靠性，先完成上部转体结构的水平校正。于梁端设水平微调装置，实现水平方向的精细化调节；于上盘下设千斤顶，操作人员根据转体监测数据判断转体情况，利用千斤顶对纵横向标高进行微调；设限位装置，控制转体幅度，防止转体超转。顶面高程允许偏差15mm，合龙前两悬臂端相对高差的允许偏差为合龙段长的1/100，且不大于15mm。其三，转体到位、各项测量数据均无误后，安排封盘混凝土浇筑，通过混凝土的固结将上下承台连接至一体。

4.6 体系转换

4.6.1 边跨体系的转换

作业时间安排在合龙段混凝土灌注完成且强度达标时，以对称的方式张拉合龙段钢束，张拉作业人员严格控制张拉力。永久性活动支座安装期间需加强对支座顶板的控制，以混凝土浇筑时实际气温与设计值的差异为参考，保证支座顶板调整的有效性。

4.6.2 中跨体系的转换

待1#、2#墩临时固接被拆除后，安排中跨合龙段的施工作业。中跨体系转换时，连续梁保持自由状态（不受约束）。经过对中跨合龙段混凝土的浇筑后，加强对弹性模量和强度的检测，两项指标与设计值保持一致并且混凝土的龄期超10d 后，正式进入张拉环节。以对称的方式张拉预应力钢束，张拉期间注重张拉数据的监测和预应力钢绞线的完整性检查，根据设计吨位控制张拉力，张拉后拆除边跨现浇段支架，拆除时加强防护，拆除产生的构件分类堆放到位，落梁后实现对结构体系的转换操作。

5 结语

综上所述，矮塔斜拉桥是桥梁建设领域的典型桥型，作为一种高次超静定结构，其对施工技术水平提出较高的要求，例如材料的性能、拼装方式、索力安装方法等均会对全桥建设效果带来影响。预应力混凝土转体矮塔斜拉桥以转体的方式灵活跨越既有交通线，在保证桥梁建设有效性的同时减小对现场交通秩序的干扰，综合应用效果突出。经过本文有关于工程实例的分析，提出转体系统设计、安装等方面的作业要点，总结转体过程中的关键控制措施，希望对类似工程有参考作用。