大吨位转体桥线形控制及精调施工技术★

2023-03-02王康

山西建筑 2023年5期

王康

(中铁十四局集团第二工程有限公司,山东泰安 271000)

1 工程概况

枣菏高速微山连接线上跨京沪铁路转体桥与既有京沪线、井洪联络线、井亭疏解线相交，交叉处京沪线铁路里程K728+750，交叉角度107.1°。跨铁路桥孔主梁采用(2×72 m)整幅转体T构，顺既有铁路方向采用满堂支架现浇137 m(68.5 m+68.5 m)转体梁段，顺时针旋转71.2°至成桥位置，转体质量19 000 t，转体采用平转法施工，平转角速度不大于0.02 rad/min。按照封锁点计划，正式转体、精调及临时固定须在70 min内全部完成。

2 转体梁段线形监控

施工过程控制及反复校核和转体梁段各个节块成桥后的挠度、标高控制是转体梁段线形控制的重要基础。施工过程控制涵盖箱梁施工的全过程周期，成桥后的挠度和标高控制取决于预拱度设置、张拉力控制、施工经验，同时需要结合理论控制计算得以实现。因此，施工前期需建立精密施工控制网，施工过程中对每一节块进行理论计算模拟，实测桥体标高，实时监控梁体轴线偏位并及时纠偏，从而确保转体梁段解除支架约束后使悬臂梁段平面误差在合龙前控制在设计图纸和标准规范允许的范围之内[1]。

2.1 墩顶箱梁偏位测量

转体梁段悬臂状态时以及转体时梁体仅有主墩承担全部重量，为防止主墩出现较大偏心差造成悬臂时发生梁体倾斜，必须重视墩顶偏位测量，严控主墩墩顶偏位。主墩墩顶偏位控制测量点与箱梁梁体0号块控制测量点共用同一个控制点，施工过程中需要实时监控控制平面坐标和高程坐标。

2.2 转体梁段平面线形监控

转体梁段平面线形监控主要工作是对比各节块中心轴线、翼缘等实际平面坐标与设计坐标，并对偏差及时进行纠偏，防止梁体出现横向偏差。可按照设计图纸上的截面划分数据，计算平面线形控制参数进行控制。

2.3 转体梁段高程监控

1)转体梁段模板标高及断面尺寸控制。

转体桥梁段各节块中轴线以及底模板边线可采用极坐标法测设，根据设计图纸及理论计算数据结合理论计算模拟数据，准确定位各节块前端的底模板、顶模板、腹板等部位主要控制点的平面坐标及高程。采用全站仪进行放样，水准测量复核各点的高程，利用钢尺、墨线严格把控各细部结构尺寸，各节块施工过程中不仅需要控制整体结构尺寸，同时需要确保细部结构尺寸和位置的精度[2](见图1)。

2)转体梁段高程监测。

高程监测是转体梁段施工过程把控的重要项目。转体梁段高程控制以箱梁底板控制为重要前提，辅以控制顶板高程。各个节块前端均设置观测点，观测点设置在距离各节块前端5 cm处，横桥向布置在梁体中轴线、腹板中部以及翼缘板上。每个节块在顶板处设置7个高程观测点(测点编号D1～D7)，底板处设置3个挠度观测点(测点编号B1～B3)。观测点可采用测钉埋设，混凝土浇筑后安装，并要求竖直，观测点露出梁体混凝土表面±2 mm(基本与混凝土桥面齐平)，测头用红油漆标记。对于底板亦应设置内外2个观测点，只是两侧观测点位于腹板内侧的模板底板上。观测点埋设深度须保证其稳固，确保长期使用。通过实时测量观测点数据变化，可准确控制各节块梁体标高，对比分析各节块混凝土浇筑前后梁端变化以及实测梁体张拉后内力变化，计算出梁体竖向挠度的变化[3]，从而推算梁体整体线形。

3 转体梁段线形控制措施

转体桥转体成桥后线形美观，转体就位精准性取决于支架体系、立模板、对称节块混凝土浇筑方量差别、张拉应力控制、落架前后顺序、正式转体控制及精调等各个环节。

3.1 满堂支架体系

由于支架设计图纸仅提供了地基所需要的承载力，未具体给出处理方法，为保证地基承载力满足要求，首先对支架范围的原地面清表处理，然后再使用挖掘机向下松动50 cm，用压路机分层进行压实，压实遍数不少于两遍；填筑厚50 cm砖渣，用压路机压实，最后在支架搭设及外扩1 m范围内浇筑22 cm厚的C30混凝土。搭设支架之前对支架搭设范围的地基采用原位试验法对承载力进行检验，确保承载力值不低于设计要求值。

满堂支架采用A型盘扣式支架，由模板、底模下方木、Ⅰ14工字钢、顶托、底托、盘扣式支架及基础组成，搭设时严格按照设计图纸进行搭设。首先根据经验值预估每个节块的预拱度(由于墩梁为固结，0号块根部不考虑预拱度，根据实测现浇梁施工阶段和落架后0号块均未发生沉降)，确定支架顶标高，然后铺设底部工字钢、方木、竹胶板。通过预压检验满堂支架体系的稳定性，验证地基承载力强度，消除混凝土浇筑前支架体系的非弹性变形；检验支架的受力情况和弹性变形情况，并计算出支架体系的弹性变形量。由于横桥向坡度为3%，纵桥向按照1.8次抛物线变化，工字钢与方木、工字钢与顶托之间存有缝隙，必须采用楔形木楔塞紧。

支架预压应设置多个观测点，梁底观测点布置在顶托底部在每个梁段中心及相邻梁段交接处设置，每隔5 m设置一个观测截面，每个截面在箱梁底板处左、中、右各设置一个观测点，翼缘板处各设置一个观测点，每个截面共设置5个观测点；同时在盘扣式支架垫层上设置沉降观测点，用以观测垫层在施工过程中的沉降量，及时发现垫层是否存在不均匀沉降。垫层观测点与梁底观测点上下对应设置。需要注意的是后一节块支架的预拱度还需要参考前段已施工完成的节块张拉应力，以预测落架后的下挠度。

3.2 立模线形控制

模板精确定位是施工阶段控制梁体标高的重要前提，同时是成桥后线形控制的重要基础。转体梁段立模标高应在设计成桥后桥面标高的基础上，充分考虑施工过程中梁体自重、荷载(包括活载和后期荷载)、混凝土收缩徐变，以及悬臂状态等多项因素引起的下挠。

本桥位于半径为2 100 m的圆曲线上，梁高、底板底标高、底板厚度均按照1.8次抛物线变化，横桥向坡度为3%，各断面上底板、边腹板的高程、平面位置随里程变化而变化，因此提高桥型线形美观较为困难。为保证边腹板线形平顺，采取底模板包住侧模板的搭接方式，同时为避免底模板和侧模板交接处出现跑模现象，交接处采用方木组合φ48 mm钢管进行了加固处理；底模板采用竹胶板(1.22 m×2.44 m×15 mm)，为确保底部梁体线形美观，竹胶板沿横桥向排列固定，增大纵桥向曲线可调节范围。前后节块之间的连接处应精密测量及正确调控前后节段模板之间的相对位置。各箱室模板及边腹板模板加固后应再次对模板尺寸及各个内箱室空间尺寸进行校核，确保截面尺寸符合设计要求，且两端箱室尺寸基本一致以减少混凝土浇筑方量差。

3.3 混凝土工程

钢筋绑扎和预应力管道定位准确，搭设φ48 mm钢管支架辅助进行腹板钢筋的绑扎，确保腹板钢筋骨架结构的稳定。由于梁体较长桥面较宽，对称节块采用两台泵车同时泵送，且两节块浇筑位置、混凝土方量应同步进行。混凝土浇筑总体原则是纵向不分段，水平分层，横断面浇筑“先下后上，先中间后两边，对称推进”。为减少施工缝的产生，各节块尽可能采用一次性浇筑成型，浇筑时称量每辆罐车的重量，统计每车的实际方量，分别计量对称两侧各节块每次浇筑混凝土的方量，确保对称两节块混凝土的方量基本一致，将施工中的不平衡重控制到最小。

3.4 建立线形检测基准点

主墩0号块浇筑完成后，采用二等水准测量方法将高程引测到0号块梁面的监测基点上，基准点应不少于2个，并定时对基准点进行复测检核。自立模板开始至张拉压浆完成，对各节段全过程进行实时监测，及时分析测量数据，共分为4个阶段：1)立模(现浇支架定位完成，初步立模放样)；2)混凝土浇筑前(精确立模放样)；3)混凝土浇筑后；4)张拉压浆。

为减少大气温度对测量结果造成的影响，标高、挠度和内应力测量均在每日6时至8时时间段内进行。及时收集各节块各阶段实测测量数据，对比分析理论值与实测值是否吻合、实际线形与理论线形是否匹配，发现偏差及时纠正。

3.5 张拉应力控制

梁体混凝土强度达到设计强度的90%以上及混凝土龄期不小于7 d后，张拉梁体预应力钢束。张拉前应先施作孔道摩阻试验，以确定应力损失，确保张拉力满足设计要求。张拉时先张拉横梁钢束，然后张拉纵向钢束，最后张拉桥面板钢束及竖向钢束；横向上先张拉中腹板，后张拉边腹板。张拉采用张拉力和伸长量双控指标，以张拉力控制为主、伸长量为辅，油压表误差不超过+2%，伸长量误差不超过±6%[4]。

3.6 施工仿真计算

委托武汉理工大学线形监控单位对施工过程进行仿真模拟和计算。线形监控以施工仿真作为理论基础，利用仿真计算模拟各节块各施工状态下应力变化、下挠、位移等各项力学指标，对比分析实际状态下各节块受力状态，从而推算分析成桥后梁体的整体受力情况，同时建立施工阶段实际状态与理论计算对比曲线。仿真模拟分析可综合加入施工进度、施工各阶段外部荷载、环境温度的变化、结构自身偏差以及时间因素引起的混凝土收缩和徐变的影响。参照仿真计算模拟结果，引导每节块施工向受力和变形最理想状态纠正，同时每一节块实际状态和成桥状态相对比并及时纠正偏差，确保成桥后线形美观、平顺，同时保证各施工阶段受力状态符合设计要求。

4 转体及精调

4.1 落梁方法

混凝土浇筑前在0号块根部截面和各节块交接面内埋设纵向预埋振弦应变传感器，每个截面埋设8个(见图2)。每个节块施工时均需要在各工序阶段(包括立模板、混凝土浇筑前后、张拉压浆)进行桥面标高、截面内应力、节块端部挠度等进行测量观测，以预测桥梁整体受力状态。每道关键工序施工前后分别观测1次应力变化，每次观测在1 d中的相同时刻进行。转体前应解除支架与箱梁之间的约束，同时给转体留出足够的旋转空间。支架拆除以截面应力控制为主控项，对比分析仿真计算与实测截面应力值和挠度变化值确定节块是否达到支架拆除的前提条件。

本工程转体梁段分0号块～4号块施工，2号块施工完成后实测截面应力值和挠度变化值与仿真计算值相比较，若理论值和实际值差别不大方可拆除0号块支架，否则，待理论值和实际值吻合后方可拆除。落支架时，应按多点、对称、缓慢、均匀的原则，横桥向由两侧向跨中对称进行。总体拆除顺序依次为0号块、1号块、3号块、4号块，最后拆除2号块，其目的是避免最后拆除4号块产生较大的挠度值使支架受压严重而破坏引发安全事故。支架完全卸落后，转体梁段由球铰和砂箱支撑，测量梁端的下挠情况，同时可判断梁段质量的好坏。

4.2 称重配重

落梁后拆除球铰临时约束，对转体梁段进行称重平衡试验，测定转体梁段的不平衡力矩、摩擦系数及计算偏心矩等参数，称重、配重可确保转体过程中的平稳，以便转体后梁体可以精确合龙，同时保证转体阶段的结构安全。

由于梁体处于半径为2 100 m的圆曲线上且存在横坡，支架拆除和临时约束解除后，测量梁端最大挠度分别为12 cm和11 cm，在误差范围内，而横桥向曲线内侧出现2 cm的高程负差，经核算决定仅在0号块曲线外侧配置40 t的混凝土预压块，采用横向不平衡重转体。

4.3 转体过程控制

20-φs15.2牵引钢绞线预埋且缠绕在直径11 m的转台上，并采用一套ZLD500主从随动控制液压提升系统拽拉钢绞线向转体桥结构施加水平旋转力偶，控制台实时操控液压提升系统确保转体桥结构按照设定的转速转动[5]。两台连续千斤顶固定在转盘两侧牵引反力座上，牵引钢绞线按水平、平行、对称的方式穿过千斤顶，为保证转体时施加力偶均匀且两台千斤顶同步，两台千斤顶的中心线均需要与转台的外圆相切，千斤顶中心线与牵引钢绞线的高度应位于同一水平高度平面内。转体过程中反复观测墩身轴线偏位，实时检测梁端轴线和高程、梁体各截面和球铰下应力变化。

1)转体梁段轴线监控。

转体前测设出转体梁段悬臂端部中心轴线，采用预埋观测棱镜螺栓的方式在两侧转体梁段悬臂端部中心轴线上分别设置1个高程观测点。转体后上承台边线与下承台边线重复，提前在下承台上标记上承台边线终点。转体时，利用全站仪实时监控中心轴线上预埋观测棱镜的数据变化，计算转体速率，确保转速、转角均在可控范围内，保证精准转体就位[6]。

2)高程监控。

转体梁段两侧悬臂端部分别设置2个高程观测点(预埋观测棱镜螺栓)，提前计算出转体后该观测点理论高程值和轴线偏位，转体过程中实时对观测点进行测量(见图3)，一方面可校核中线偏差，另外可监测转体结构的平稳性，转体就位后，校核高程观测点测量数据，在上下转盘间设置4台竖向千斤顶调整悬臂端高程，使其满足设计和规范要求。

4.4 防超转控制

为确保精准转体就位，且不发生超转，采取了3种控制措施，分别是：转体过程中组成专业测量组随时测量观测转体角度、速率等，并及时反馈给指挥组；在转台上标注刻度带，由专人负责监控转体角度，并对测量组结果相互比对；在下转盘上设置防超转装置。

转体梁段待精准就位前，关闭自动牵引系统，改为人工点动操作，点动秒数随着就位精度的提高而缩短，每点动一次，测量组人员及时测量梁段行走距离并推算转体桥弧度，刻度盘转体角度对比测量数据，依次循环至转体精准就位。同时提前在下承台上预设由工字钢、胶缓冲垫和辅助千斤顶反力座组成的防超转反力架系统，若发生超转也可使用反力架进行反推(见图4)。

4.5 精调和临时固结

精调采用点动的方式进行，为了防止超转，提前制动，平转精调平面位置预留5 cm停止转动用于微调，并将球铰临时固结。精调完成后必然出现与设计标高、轴线不符的情况，转体接近就位，转体梁段横桥向的偏移受桥梁横坡的影响、纵桥向的偏移受到桥梁纵坡的影响，为提高转体就位精度，横桥向和纵桥向的高程、平面偏差均可通过微调实现，微调在低端侧的上下转盘间两个角部竖向各放置1个500 t和1个300 t千斤顶，4个千斤顶同步受力，通过不对称顶升上转盘对横向倾斜、轴线横向、纵向偏差进行调整[7]，以控制梁段轴线位置确定转体桥达到设计平面位置，使梁端高程满足设计和规范要求。

本桥球铰上下转盘之间的高差为1.8 m，千斤顶的行程远远不足，因此在千斤顶下各放置一个球铰砂箱(建议砂箱拆除后放置在基坑的四角处无须移除)，同时千斤顶与上转盘、千斤顶与砂箱之间各放置一块厚度不少于2.5 cm的钢板，使其受力均匀。