超長懸臂非對稱單索面獨塔混合梁轉體斜拉橋施工技術

楊永偉

中鐵九局集團第二工程有限公司 吉林 吉林 132001

正文：

一 、工程概況

東豐路轉體斜拉橋位于四平市鐵西區規劃東豐路上，是四平市城區南部貫穿城市東西方向的交通性主干路。該工程建成后將對緩解四平城市交通壓力，提升中心城區競爭力和輻射力具有重要意義。

四平市東豐路斜拉橋

橋跨布置圖

橋梁跨徑布置為(90+169)m 斜拉橋，長度 259m，采用平轉法轉體施工，轉體部分跨徑為(78+145)m，鋼箱梁主跨懸臂國內最長，轉體重量 25500 噸，采用ZTQZ-350 球鉸支座，直徑 5.1m，高度47cm。轉體墩位于既有鐵路西側，一次轉體就位，轉體角度 90度，轉速約 0.012rad/min，轉體作業時間約 127min。應連續充足,以保證膨脹率能達到設計預期的峰值,這是結構抗裂和抗滲的關鍵所在?？刂扑冶仍?.4～0.5為宜?？刂扑鄰姸燃坝昧俊⒄駬v問題，對于本工程環境作用為C級和E級，選用水化熱較低的水泥，摻入適當比例粉煤灰，盡量降低混凝土的水化熱升溫。選擇復合型高效型外加劑，降低混凝土單位水泥用量，以減小混凝土單位水泥用量、減小混凝土水化熱升溫和延緩水化熱發散速率，提高混凝土抗裂性能。膨脹劑的選用與摻量是關鍵。結合膨脹劑性能指標選用適合摻量并滿足性能的膨脹劑是微膨脹混凝土的關鍵。

將鋼箱梁各種焊接接頭合理地分類，認真進行焊接工藝評定試驗，經批準后實施。注意使所有受力焊縫于有利位置下施焊，盡可能采用自動焊及焊接變形與焊接應力較小的焊接方法。鋼箱梁制造中，采用簡易胎架為外胎、橫隔板為內胎的多節段匹配組裝技術，確保鋼箱梁的幾何形狀、相應階段埠的精匹配和全橋的拱度。鋼箱梁在混凝土箱梁施工前先期吊裝就位。伸入混凝土梁的鋼梁頂板上，開有若干施工孔，供混凝土的灌注與振搗之用，以保證接合面混凝土的施工質量。過渡段混凝土采用C50微膨脹自流平（免振搗）混凝土，其粗骨料粒徑盡量采用下限值。過渡段中鋼筋綁扎時，注意與鋼鉸線避讓，原則上使預應力優先通過，普通鋼筋合理避讓，適當斷開，并在相應位置補足。在施工時必須采取有效的措施確保鋼砼結合段中澆筑的混凝土密實，待混凝土強度達和彈性模量達到100%后，方可施加預應力，預應力束和粗鋼筋按從兩側向中間對稱張拉的順序張拉。鋼束張拉空間緊張，需要采用轉向器，在轉向器上掛千斤頂進行張拉。

橋梁全寬 36.6m，橋面寬 36m。主跨采用鋼箱梁，邊跨采用混凝土箱梁，設計中心線處梁高 3.4m，梁頂設 1.5%的雙向坡，梁底水平。橋塔全高 75m，橫斷面創新采用變截面橢圓形鋼-混凝土組合結構設計。 斜拉索采用單索面雙排索布置，塔上斜拉索與主塔交點在豎直方向間距為 2.1 米。主梁上水平方向索距為 12m（鋼梁段）及 6m(混凝土梁段)，全橋共有斜拉索 24 對、共 48 根，采用新型GT拉索錨固拉索體系，錨固區位于中央隔離帶。

二 、關鍵施工控制技術

（一）預應力混凝土梁與鋼箱梁結合段的混凝土質量控制

1、鋼纖維自密實混凝土適配及配合比優化

為保證鋼混結合段連接強度，沿頂底板一定距離布置若干精軋螺紋鋼（Φ32mm L=8m），頂底板及腹板上布置Φ22x170圓柱頭焊釘。頂部1m高度范圍采用自密實混凝土，其余采用微膨混凝土。

加強對混凝土早期的養護(7～14d)及防護工作。此期間的表濕

鋼混結段澆筑孔編號示意圖

2、模型試驗

為研究鋼混凝土結合段全過程受力性能，根據等效原則設計并完成了鋼混凝土結合段模型試驗。模型比例采用1∶4，鋼與混凝土粘結界面采用PBL剪力連接件構造，并輔以縱向預應力筋共同作用。試驗過程進行了靜力、疲勞和破壞3個階段的加載。

（二）球鉸和滑道梁安裝精度控制

1、球鉸安裝精度

中心位置誤差不大于±1.0mm，球鉸水平相對高差不大于±0.5mm，滑道撐腳安裝精度：滑到安裝要求整個滑到面在一個水平面上，其相對高差不大于±1.0mm，同時要滿足3m范圍內≯1mm。

2、球鉸位置、高程控制

安裝球鉸時，為了確保球鉸的安裝精度，將承臺分兩次進行澆筑，首先對球鉸骨架底部進行澆筑，待完成第一次澆筑后，把球鉸骨架中心和骨架邊線的位置精確放樣在已經澆筑好的混凝土頂面上。使用吊車將下球鉸的球鉸骨架吊入并對其進行粗調，然后使用千斤頂、撬棍等工具進行人工精調，最后將調整完成的球鉸骨架與承臺預埋角鋼進行牢固焊接。

將球鉸骨架固定完成后，把下球鉸吊裝并固定在骨架上，通過“十字絲法”確定球鉸中心點，在球鉸中心點上進行標示，并使用萊卡TS15全站儀采用“坐標法”精確定位球鉸中心。然后先對標高進行粗調，使用水準儀對標高進行初步調整，將標高誤差控制在5mm以內，完成粗調后，用天寶dini03水準儀及銦瓦尺重新測量球鉸的高程，多次采點重復測量已確保精度準確，標示球鉸邊緣的8個精調點，將高差控制在±0.5mm內時可對其進行檢查，檢查合格后可將其固定。

轉體球鉸總體布置圖

3、滑道位置、高程控制方法

由于本工程采用的滑道面積比較大，為方面運輸及施工，在加工過程中，將滑道鋼板均勻分成8個部分，并用螺栓將其連接到滑道骨架上，在安裝之前，把骨架和滑道鋼板進行固定，使它們成為一個整塊，然后進行吊裝。在吊裝之前，需要有測量人員對每塊滑道端頭內側及外側進行精確放樣，并及時校正球鉸中心與滑道之間的位置，本次吊裝結束后對滑道進行調平。

在滑道安裝滿足要求后進行焊縫焊接，焊接時嚴禁將所有焊縫一次性焊接完成，因為鋼制鋼板容易發生變形，應該分段點焊，對焊接完的滑道鋼板進行頂面清理，并用3mm不銹鋼板對其進行焊接。

在連接球鉸和滑道后，綁扎轉體下盤頂面鋼筋，并用C50混凝土對下盤剩余的部分進行澆筑。

（三）主塔施工和索鞍安裝精度控制

1、主塔施工精度控制

本工程主塔施工采用激光垂準儀控制模板的鉛錘誤差。具體操作如下：首先將激光垂準儀安裝在地面控制點上，其向上發射出豎直激光基準線，在模板地面上放置繪有坐標網的接收靶，激光光斑所指示的位置即為地面控制點的豎直投影位置，以此為標準控制塔身垂直度。

2、索鞍施工精度控制及錨塊測量定位

索鞍安裝精度極高，誤差控制在10mm，偏角為5″。由于分絲管索鞍采用特殊鋼材制作，且分絲管外壁只有3mm的厚度，因此不允許在分絲管上有焊接施工，因此通過預先定位塔身節段，再定位錨塊，依據錨塊間接定位索鞍的方式來實現整個索塔關鍵構件的定位工作。具體步驟如下：

（1）逆向建立BIM模型

依據現場實際構件尺寸狀態及坐標信息，將索鞍BIM模型進行虛擬還原，并依據設計轉體角度將模型順時針旋轉90度，核對索鞍、錨塊和索塔的相對位置關系是否正確。

（2）主塔外壁板在地面胎架上預拼裝

現場制作索塔組裝胎架，將加工好的索塔構件單元，按照由下至上的順序進行預拼裝，預拼裝節段數為5段，確保索塔整體線型的準確性與對接環口的高度吻合性。

（3）測量機器人對胎架上拼裝的主塔進行空間位置掃描

應用測量機器人掃描索塔拼裝完成節段，生成帶有空間坐標的三維點云模型，檢查點云模型的精確度，提取點云模型中的特征點坐標，主要采集其節段上下橢圓截面長短軸端點坐標信息共8處。

（4）將空間BIM模型翻轉至掃描完成的拼裝胎架位置，并與之吻合

將采集坐標數據輸入建模軟件，依據采集坐標數據，將胎架上索塔節段對應的模型還原至坐標數據對應位置，確保模型與實際節段各項尺寸參數完全一致。

（5）錨箱及索鞍定位

錨箱定位主要應用BIM+測量機器人技術，借助徠卡L型磁吸棱鏡實現錨箱精準放樣定位。

BIM模型制作圖

首先應用BIM軟件模擬安置棱鏡在錨塊外壁具體位置，隨后將模型導入測量機器人，在機器人中拾取棱鏡中心空間三維坐標。放樣前工作準備完成后，應用測量尺將棱鏡模擬安置位置還原到實際錨箱對應位置，之后應用測量機器人的模型放樣功能進行實地錨箱放樣與定位，定位完成后，采用臨時焊接方式鎖定錨箱，依托于錨箱進行索鞍定位，索鞍定位完成后使用鋼碼板對索鞍進行臨時固結。

（四）跨既有線轉體梁施工安全防控措施

東豐路在四平站房南側約3公里跨越鐵路，交叉處位于京哈鐵路設計里程K884+870.4，公路與鐵路接近正交。道路自西向東依次跨過既有鐵路編組站（12 股道）、京哈鐵路上下行、四梅線，共15 條既有鐵路。

在配合橋梁施工期間，利用鐵路天窗點，先期完成新立接觸網圓管硬橫梁支柱基礎工程和圓管支柱的假設工程，下一步利用鐵路天窗點安裝橫梁與橫承吊索、附加線懸掛、接觸網下錨，一并拆除既有軟橫跨。待梁體結構轉體完成后，利用鐵路天窗重新恢復鐵路接觸網，包括軟橫跨基礎施工、格構式鋼柱架設、基礎網承力索、基礎網調整到位，同時增設絕緣防護和拆除過渡接觸網，恢復鐵路運營。

施工過程中安全危險因素較多，施工時間點必須嚴格按照鐵路局批復的施工計劃進行點內施工，施工點內必須考慮清理并撤離施工現場足夠的預留時間，安全防護人員必須防護到位。

斜拉橋轉體前采用鐵路線旁支架現澆，東豐路立交橋距離既有線最小15.36m，施工時采用硬隔離，隔離高度高出橋面高度，以防止雜物等進入鐵路線危及行車安全。

三、總結

在大跨度，大體量的非對稱單索面獨塔混合梁斜拉橋的轉體施工中，對于球鉸和滑道梁安裝，主塔施工和索鞍安裝精度控制，預應力混凝土梁與鋼箱梁結合段的混凝土質量控制，以及轉體過程中的姿態實時監控等施工難點一直是需要研究與解決的關鍵問題。通過本斜拉橋的施工技術總結形成了一套完整的解決方案，為今后類似的斜拉橋轉體施工提供借鑒。