大跨連續(xù)箱梁橋轉(zhuǎn)體施工控制

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

1 概述

橋梁轉(zhuǎn)體施工方法是20世紀(jì)50年代以后發(fā)展起來的一種架橋工藝[1]。轉(zhuǎn)體施工通常是利用兩邊原有的橋墩，現(xiàn)場(chǎng)偏位進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工，然后通過采用轉(zhuǎn)軸及滑道等輔助設(shè)施進(jìn)行中心轉(zhuǎn)動(dòng)，配以一定的牽引張拉設(shè)備，將橋梁結(jié)構(gòu)本身整體平面或豎向旋轉(zhuǎn)到位的一種施工方法[2]。與傳統(tǒng)原位施工的方法相比，轉(zhuǎn)體施工法不僅具有結(jié)構(gòu)合理、受力明確、力學(xué)性能好且施工所需機(jī)具設(shè)備少、工藝簡單、操作安全等優(yōu)點(diǎn)[3]，而且對(duì)施工周邊環(huán)境尤其是既有交通干擾較少，采取的施工措施也相對(duì)簡單，施工速度快、造價(jià)低。隨著我國高速公路網(wǎng)的逐步完善，近年來一些跨高速公路的橋梁建設(shè)越來越多，大跨度連續(xù)箱梁橋轉(zhuǎn)體施工技術(shù)在我國的應(yīng)用越來越廣泛。

滬寧大橋?yàn)樯虾＼壗?1號(hào)線北延伸工程跨京滬（滬寧）高速公路的主橋部分，與滬寧高速公路成46°角斜交，全長280 m。其上部結(jié)構(gòu)為75.5 m+129 m+75.5 m的3 跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁（圖1），采用單箱單室直腹板結(jié)構(gòu)形式；其頂面寬9.5 m，底面寬5.4 m，縱向變高度，主墩點(diǎn)處高8.0 m，邊墩點(diǎn)高4.0 m，跨中高4.0 m；縱向預(yù)應(yīng)力采用Φ15.2 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線。

本橋采用平面轉(zhuǎn)體法施工，利用兩邊主墩樁基及承臺(tái)，順滬寧高速走向，在滬寧高速兩邊偏位搭設(shè)支架進(jìn)行橋梁上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆，然后通過設(shè)置在上下承臺(tái)間的專用球型鋼鉸及圓形滑道作為轉(zhuǎn)動(dòng)和承重載體，將上部結(jié)構(gòu)平面轉(zhuǎn)動(dòng)就位并固結(jié)，最后依次進(jìn)行兩邊邊跨和中跨的現(xiàn)澆合龍，中間根據(jù)結(jié)構(gòu)受力及施工控制需要配以數(shù)次預(yù)應(yīng)力張拉。

圖1 滬寧大橋總體示意

2 施工控制主要內(nèi)容

2.1 應(yīng)力監(jiān)控

橋梁結(jié)構(gòu)截面應(yīng)力及轉(zhuǎn)體過程中撐腳應(yīng)力監(jiān)控是施工控制的主要內(nèi)容之一，同時(shí)也是施工過程中的安全預(yù)警系統(tǒng)，若發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)與理論計(jì)算應(yīng)力狀態(tài)的差別超限就要進(jìn)行原因分析、查找和調(diào)控，使之在允許范圍內(nèi)變化[4]。

應(yīng)力監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置原則如下：主要布置頂板、底板混凝土縱向應(yīng)力測(cè)點(diǎn)；對(duì)混凝土的懸臂根部斷面，主要承受最大正彎矩，方案以監(jiān)測(cè)為目的，主要布置頂板和底板混凝土縱向應(yīng)力測(cè)點(diǎn)；對(duì)于跨中和1/4跨控制截面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置按照監(jiān)測(cè)要求分別進(jìn)行設(shè)計(jì)布置；撐腳應(yīng)力監(jiān)控；盡可能利用較少的傳感器滿足監(jiān)控的要求。

2.2 變形監(jiān)控

施工中，要隨時(shí)進(jìn)行相關(guān)斷面及軸線的測(cè)量工作。變形觀測(cè)共分5 個(gè)階段，具體如下：

第一階段：在箱梁張拉完成后，落架前進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置并進(jìn)行記錄（圖2、圖3）。

圖2 箱體斷面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置

圖3 測(cè)點(diǎn)平面布置

第二階段：落架完成后，進(jìn)行靜止24 h觀測(cè)，并進(jìn)行記錄。

第三階段：在試轉(zhuǎn)前以靜止觀測(cè)數(shù)據(jù)為原始值。試轉(zhuǎn)完成后靜止2 h進(jìn)行觀測(cè)，并記錄變化值。

第四階段：轉(zhuǎn)體過程中，跟蹤觀測(cè)轉(zhuǎn)體段平衡性、軸線位置及墩柱垂直度。

第五階段：轉(zhuǎn)體完成后，轉(zhuǎn)體完成后靜止24 h觀測(cè)并進(jìn)行記錄，此數(shù)值為轉(zhuǎn)體后的各項(xiàng)指標(biāo)的終值。

2.3 轉(zhuǎn)體過程監(jiān)控

為確保轉(zhuǎn)體安全，在施工支架拆除、主體結(jié)構(gòu)自由并轉(zhuǎn)體的過程中，整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體的自我平衡或附加配重平衡至關(guān)重要[5]。無論是球鉸體系的制作安裝，還是梁體現(xiàn)澆或預(yù)應(yīng)力張拉，均可能有一定程度的差異，從而導(dǎo)致兩側(cè)懸臂梁段剛度及質(zhì)量分布有所不同，并進(jìn)而產(chǎn)生不平衡力矩，而這將對(duì)橋梁轉(zhuǎn)體施工帶來一定的安全隱患。因此，在正式轉(zhuǎn)體之前，現(xiàn)場(chǎng)需進(jìn)行不平衡重稱量以及靜摩擦系數(shù)測(cè)定等工作。

2.4 預(yù)應(yīng)力張拉監(jiān)控

大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋轉(zhuǎn)體施工中，大量預(yù)應(yīng)力要在梁體支架現(xiàn)澆后一次進(jìn)行張拉，因此大跨結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋張拉效果是影響預(yù)應(yīng)力構(gòu)件力學(xué)性能的重要環(huán)節(jié)，對(duì)預(yù)應(yīng)力張拉過程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)是很有必要的（圖4）。

圖4 預(yù)應(yīng)力張拉測(cè)試示意

3 施工控制理論分析

要做好施工控制，首先須對(duì)橋梁監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行詳細(xì)的有限元分析計(jì)算，從而確保橋梁施工方案的合理性和科學(xué)性。通過對(duì)不同施工階段施工工況下對(duì)應(yīng)箱梁截面應(yīng)力、位移等參數(shù)的計(jì)算分析，確定理論預(yù)拱度和各階段危險(xiǎn)工況，以此為施工控制關(guān)鍵點(diǎn)提供理論支持，并優(yōu)化施工控制方案。

3.1 計(jì)算模型

本工程采用韓國橋梁專業(yè)分析軟件Midas Civil進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析建模，如圖5所示。其工況模擬采用梁段單元方式進(jìn)行，臨時(shí)支撐按只受壓單元考慮，各桿件質(zhì)量按設(shè)計(jì)理論數(shù)取值，施工荷載則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況選取。計(jì)算模型共劃分梁單元120 個(gè)，根據(jù)施工過程，共劃分為13 個(gè)施工工況。

圖5 Midas Civil計(jì)算分析模型

3.2 計(jì)算結(jié)果

（a）應(yīng)力計(jì)算結(jié)果：最大壓應(yīng)力為－16 MPa（懸臂根部），未出現(xiàn)拉應(yīng)力；應(yīng)力計(jì)算值沒有超出容許應(yīng)力范圍，符合規(guī)范要求。

（b）施工過程中，理論預(yù)拱度設(shè)置如圖6所示，其中跨中最大設(shè)置值為36.8 mm，兩邊邊跨最大設(shè)置值為13 mm。

圖6 預(yù)拱度示意

根據(jù)以上理論分析，大跨連續(xù)箱梁橋懸臂根部應(yīng)力及跨中位移是施工控制的重點(diǎn)。

4 施工控制過程及成果分析

4.1 球鉸安裝控制

球鉸是整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)及承重的設(shè)施，它的精確安裝是實(shí)現(xiàn)橋梁轉(zhuǎn)體成功的關(guān)鍵。整個(gè)球鉸分別由上、下2 個(gè)對(duì)應(yīng)凹凸形球型裝置及之間的四氟乙烯滑片、中間的固定鋼軸以及下球鉸支撐鋼骨架等組成。

在下承臺(tái)首次混凝土澆注完成后，首先進(jìn)行球鉸及圓形滑道鋼骨架定位鋼板的預(yù)埋，然后安放定位骨架并將其與預(yù)埋鋼板焊牢，定位骨架的安裝平整度應(yīng)控制在5 mm以內(nèi)；其次，進(jìn)行下球鉸安裝，利用定位骨架四周的微調(diào)螺絲調(diào)整下球鉸中心位置及球面，使球鉸中心銷軸套管垂直，同時(shí)，將球鉸外圈調(diào)整到同一水平面位置。安裝完成后，對(duì)下球鉸銷軸套管中心及球鉸外圈四周高程需進(jìn)行多次精確測(cè)量，固結(jié)后要再次復(fù)測(cè)，確認(rèn)無誤后再進(jìn)行下承臺(tái)2 次鋼筋綁扎及混凝土澆注。

混凝土澆注過程應(yīng)盡可能的謹(jǐn)慎小心，要盡量避免擾動(dòng)定位骨架和下球鉸，冒漿孔及振搗孔則根據(jù)混凝土澆筑高度依次封閉。在混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后根據(jù)事先編號(hào)進(jìn)行四氟乙烯滑塊的安裝，安裝前須對(duì)下球鉸表面及滑塊安裝坑進(jìn)行精磨清理。為確保受力均勻并盡可能減少轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩阻力，在滑塊之間、下球鉸頂面以及轉(zhuǎn)軸四周表面均應(yīng)均勻地涂抹上黃油四氟粉潤滑混合料（配重比120∶1），隨后放置中心銷軸并安裝上球鉸，上球鉸安裝好后應(yīng)將上下球鉸之間的四周間隙進(jìn)行有效封閉以防止雜物進(jìn)入。

圓形滑道安裝，同樣是先安裝定位骨架，然后鋪上頂面鋼板并用調(diào)整螺栓進(jìn)行平整度精調(diào)。為保證轉(zhuǎn)動(dòng)平順，整個(gè)滑道的高程偏差應(yīng)基本控制在不超過2 mm，且平整度小于0.5 mm/m。

4.2 預(yù)應(yīng)力張拉控制

在橋梁預(yù)應(yīng)力張拉過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)錨頭崩裂的事故，為了避免預(yù)應(yīng)力錨頭崩裂的產(chǎn)生，特在錨頭設(shè)置了厚4 cm的鋼板并輔以相應(yīng)的配筋，以此保證錨頭集中應(yīng)力的擴(kuò)散和均勻傳遞，并在預(yù)應(yīng)力張拉過程中要求緩慢張拉，取得了很好的效果。

4.3 線形控制

根據(jù)對(duì)施工過程主要工況下的變形測(cè)試結(jié)果，并與理論修正模型變形進(jìn)行比較可知，實(shí)測(cè)位移變形與理論變形趨勢(shì)比較吻合；根據(jù)理論修正計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)如圖7所示，最大變形差基本控制在10 mm內(nèi)。

圖7 施工控制標(biāo)高控制結(jié)果

4.4 合龍控制結(jié)果

2013年9月7日34#橋墩T構(gòu)順利轉(zhuǎn)體就位，根據(jù)實(shí)測(cè)高差控制結(jié)果，33#～34#墩邊跨合龍高差為9 mm；9月15日35#墩T構(gòu)順利轉(zhuǎn)體就位，35#～36#墩次邊跨合攏高差為8 mm；在兩邊跨合龍后，并釋放0#塊根部約束后，中跨合龍高差為6 mm；合龍高差均控制在10 mm內(nèi)。且合龍中心軸線控制在＜20 mm。在自然狀態(tài)下順利合龍，未采用壓重等調(diào)整措施。圖8為梁體轉(zhuǎn)體就位后的照片。

圖8 轉(zhuǎn)體就位后施工現(xiàn)場(chǎng)

5 結(jié)語

軌交11號(hào)線跨滬寧高速大跨連續(xù)箱梁橋轉(zhuǎn)體施工過程非常順利，根據(jù)我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)對(duì)34#墩和35#墩轉(zhuǎn)體過程的全體跟蹤，轉(zhuǎn)體過程平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確，取得了很大的成功。通過本項(xiàng)目施工控制的實(shí)施及事后分析，體會(huì)如下：

（a）混凝土澆筑量的控制比轉(zhuǎn)體施工前的稱重及配重控制更為重要。在滬寧大橋34#墩轉(zhuǎn)體前，稱重并沒有取得很穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，但是其對(duì)轉(zhuǎn)體并未產(chǎn)生影響。這說明本工程通過嚴(yán)格控制兩邊混凝土澆筑質(zhì)量的措施是有效的，充分保證了轉(zhuǎn)體施工中兩邊質(zhì)量的平衡控制，而稱重則僅僅是對(duì)不平衡重的一個(gè)測(cè)量措施和輔助控制手段。

（b）預(yù)應(yīng)力張拉控制對(duì)結(jié)構(gòu)安全及線形至關(guān)重要。在轉(zhuǎn)體橋梁施工中，由于大懸臂采用支架一次現(xiàn)澆，要在很短的時(shí)間內(nèi)將預(yù)應(yīng)力一次張拉到位；與懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力張拉相比，一次張拉的方式對(duì)大懸臂箱梁施加的內(nèi)力非常的大，且調(diào)整余地小，這對(duì)轉(zhuǎn)體法施工控制的計(jì)算及實(shí)施帶來了很高的要求。

（c）上海軌交11號(hào)線北段延伸工程跨滬寧高速大橋轉(zhuǎn)體施工過程順利，中跨合龍高差及軸線控制狀態(tài)良好，這充分證明了本次大跨連續(xù)箱梁橋轉(zhuǎn)體施工的施工控制是成功的，對(duì)類似工程具有一定的借鑒意義。