地鐵高架連續箱梁轉體施工技術淺談

袁新國

（上海新光工程咨詢有限公司，上海市200081）

1　工程概況

無錫地鐵1號線在里程CK3＋155處跨越滬寧高速公路。跨越路段位于無錫北互通和無錫樞紐之間，分為主線和出入線。其中，主線位于滬寧里程K124＋756處，與滬寧高速成67°斜交。西漳車輛段出段線位于滬寧里程K124＋840處，與滬寧高速成78°斜交。主線和出入線橋梁均采用轉體施工。現以主線橋梁為例來說明。

主線橋梁為（50+80+50）m變截面預應力混凝土連續箱梁，主孔跨越滬寧高速。主墩下部結構采用6根樁徑1.5 m，樁長75 m鉆孔灌注樁基礎。下承臺尺寸為10.3 m×8.0 m，高度為2.5 m；上承臺為圓形，直徑為7.6 m，厚度1.5 m，中間連接帶厚度0.8 m，直徑為3.5 m。

上部結構采用現澆墩身和預應力混凝土箱梁。箱梁支點處梁高4.8 m，跨中梁高2.4 m。箱梁底板寬4 m，頂寬9.3 m，共分7個節段澆筑。

2　承臺施工及球鉸安裝

由于主墩離滬寧高速公路較近，因此先打入拉森鋼板樁進行基坑防護，然后再進行承臺開挖。承臺分為兩級承臺，分別為上承臺和下承臺。上、下承臺之間安裝轉體球鉸。其中：下承臺安裝下球鉸，上承臺安裝上球鉸。球鉸由下球鉸、上球鉸組成。上下球鉸之間設置四氟滑片并采用直徑30 cm的中心銷軸連接。上承臺上設置2個轉體啟動頂推塊。下承臺上設置了兩個轉體張拉反力座和止推擋塊。轉體承臺平面布置圖如圖1所示。

圖1　轉體承臺平面布置圖

2.1　承臺施工流程

承臺施工工序如下：基坑防護→基坑開挖→樁頭破除及樁基檢測→墊層澆筑→下承臺鋼筋綁扎→下承臺模板安裝→下承臺混凝土澆筑→下球鉸安裝→下球鉸封固→上球鉸安裝→滑道安裝及撐腳安裝→上轉盤底模施工→上轉盤鋼筋綁扎及轉體鋼絞線安裝→上轉盤混凝土澆筑→養護及鑿毛→上承臺鋼筋綁扎→上承臺模板安裝→上承臺混凝土澆筑。

2.2　承臺混凝土澆筑次數

承臺混凝土分四次澆筑完成：第一次澆筑下承臺，并在承臺中間設置預留槽，以便安裝下球鉸；下球鉸安裝好并精確定位后，第二次澆筑預留槽混凝土，預留槽采用C50細石微膨脹混凝土；然后安裝上球鉸及安裝轉體滑道，第三次澆筑上轉盤混凝土；最后一次澆筑上承臺混凝土。

2.3　球鉸安裝

球鉸是轉體結構的重要構件，因此球鉸安裝的質量及精度對于箱梁轉體具有十分重要的作用。

下球鉸安裝前需先在預留槽內安裝下球鉸定位架。定位架精確定位好后，澆筑30 cm厚C50細石微膨脹混凝土，固定定位架，再起吊下球鉸進行安裝。下球鉸坐落在定位架上，采用4個20 t螺旋千斤頂進行精確定位，后用鋼板將下球鉸肋板與定位架進行焊接固定。拆除千斤頂后進行測量復核，滿足球鉸中心縱、橫向偏差小于1 mm，球鉸正面相對高差小于1 mm。

下球鉸安裝好后，覆蓋材料布進行保護，然后澆筑C50細石微膨脹混凝土進行封固。混凝土澆筑高度比下球鉸頂面低2 cm左右。混凝土凝固后將下球鉸頂面清理干凈。

將黃油與四氟粉按重量比120∶1的比例配制好后，在中心銷軸套管中放入黃油四氟粉，然后將中心銷軸輕放到套管中。放置時，保證中心銷軸豎直并與周圍間隙一致。

在下球鉸鍋形頂面內安裝四氟滑塊。由于每片四氟滑塊的曲面有細微差異，因此每片四氟滑塊都有固定的編號，安裝時要一一對應，按編號嵌入到位。然后，在下球鉸內抹入硅脂油，確保硅脂油抹入厚度與四氟滑片頂面齊平。

將上球鉸起吊凸球面涂抹黃油后，然后將上球鉸對準中心銷軸輕落至下球鉸上。用手拉葫蘆微調上球鉸位置，使之水平并與下球鉸外圈間隙一致。人工轉動上球鉸，去除被擠出的多余的黃油，用寬膠帶紙將上、下球鉸邊緣的縫隙密封。圖2為上球鉸安裝之實景。

圖2　上球鉸安裝之實景

2.4　環形滑道及撐腳施工

環形滑道和撐腳的主要作用是在轉體過程中，抗拒不平衡荷載，保持梁體穩定。這是防止梁體在轉體前后及過程中傾覆的重要措施。

在下轉盤頂面設置外徑3.8 m，寬1.0 m的環形滑道。滑道為10 mm厚的不銹鋼板，其上貼5 mm厚的四氟滑板。利用已預埋的定位螺栓精確定位不銹鋼板，并利用調節螺栓調整鋼板頂面標高，平整度誤差控制在1 mm以內。不銹鋼板下方采取壓漿填充密實。

環形滑道清理干凈后，在其上定位安裝8對700 mm撐腳鋼筒，鋼筒內填充C50微膨脹混凝土。撐腳鋼筒全長129 cm，其中50 cm預埋在上承臺內，79 cm位于上下承臺間環形滑道正上方，并與滑道保持10 mm距離。為減小撐腳底面與滑道的摩阻力，撐腳底面安裝一片厚20 mm的不銹鋼板，鋼板四周刨邊處理。撐腳安裝時，在鋼筒底面與滑道之間用10 mm厚鍥形鋼板（鍥形鋼板打磨光滑并涂上黃油）支撐腳鋼筒，在轉體前，抽出鍥形鋼板。

圖3為環形滑道、撐腳及鋼鍥塊安裝之實景。

圖3　環形滑道、撐腳及鋼鍥塊安裝之實景

2.5　上承臺施工

上承臺高度1.5 m，模板分為底模和側模兩部分。上承臺底層鋼筋安裝完成后，及時定位并安裝牽引索鋼絞線，鋼絞線在混凝土內采用P型錨具錨固。上承臺澆注前，預埋墩身鋼筋。

混凝土分二個階段澆注：首次澆注高度0.8 m，把上轉盤圓形部分澆筑完畢；第二次澆注高度3.1 m，把上轉盤剩余部分混凝土澆注完畢。

3　墩身及臨時錨固施工

墩身施工時，在墩頂預埋32根Φ32精軋螺紋鋼筋，作為箱梁施工的臨時固結結構，并在墩頂澆注2塊C50混凝土作為臨時支座。

4　箱梁施工

單個“T”構長78 m，分為0#塊～6#塊共7個節段進行施工：0#塊長8 m，設置在墩頂，1#塊長10 m，2#～6#塊長均為12 m，均采用搭設滿堂支架現澆施工。

箱梁外側模采用定型竹膠板模板，板厚為18 mm，背肋為10 cm×10 cm方木，用48×3.5鋼管雙拼作背帶，20 mm圓鋼筋作對拉拉桿，拉桿層距為0.6 m，水平間距為0.6 m。箱梁內模采用組合鋼模，底模均采用竹膠板。

支架預壓荷載采用整件鋼筋，定尺長度為9 m，預壓分四級加載，加載采用分級均勻加載，按四級進行，即30%、60%、90%、120%的加載總重。加載順序和梁體混凝土澆筑順序一致，從中間向兩側對稱進行。壓載鋼筋用吊車吊上支架頂面，按放整齊。

5　箱梁轉體

箱梁轉體采用兩套100 t連續千斤頂利用反力墩施工拉力牽引轉體鋼絞線，以此形成力偶進行轉體，轉體時上承臺、墩身連同上部箱梁同步轉動。

每套連續千斤頂是由兩個千斤頂組成，其工作原理是一個千斤頂在頂伸時，另一個千斤頂回油，兩個千斤頂交替頂伸，以達到拉動梁體連續均勻轉動的目的。

轉體主要設備為：兩套100 t連續千斤頂、1套油泵及操作平臺（兩套連續千斤頂共用）、2臺100 t YCW助推千斤頂。

5.1　轉體前的準備工作

轉體前準備工作步驟如下：

（1）轉體過程中的液壓及電器設備出廠前要進行測試和標定，并在廠內進行試運轉。設備在現場安裝就位，連接好主控臺、泵站、千斤頂間的信號線，接好泵站與千斤頂間的油路，連接主控臺、泵站電源，空載試運行并檢查設備運行是否正常。

（2）安裝牽引索，將鋼絞線牽引索順著牽引方向繞上轉盤后穿過千斤頂，并用千斤頂的夾緊裝置夾持住。穿鋼絞線時，注意不能交叉、打攪和扭轉，所用的鋼絞線應盡量左、右旋均布。千斤頂的安裝應注意和鋼絞線的方向一致。

（3）在轉體前6 d左右開始抽除撐腳下方的鋼鍥塊。抽出鋼鍥塊采用在鋼鍥塊上焊U型鋼筋，并采用50 t油壓千斤頂利用撐腳做反力架，水平施加頂力，直接將鋼鍥塊拔出。采用此方法施工效率較高，一天可將12塊鋼鍥塊全部拔出。

（4）鋼鍥塊拔出之后，在T構兩端通過加水的方式來平衡重。由于中跨合攏段一側比邊跨多出4個下齒塊，因此在平衡配重時邊跨一端配重比中跨一端配重多8 t。

（5）清理、打磨滑道鋼板。在滑道上涂抹黃油，涂抹黃油時要涂抹均勻，不能過厚，并且在滑道鋼板上焊接試轉體限位型鋼。

（6）防超轉限位的準備。在平轉就位處應設置限位裝置，防止轉體到位后繼續往前走。

（7）轉體前，在中跨合攏段一端安裝合攏段吊架主梁。轉體成功之后，用汽車吊，吊裝分配梁。

（8）輔助頂推措施的準備，根據現場條件，將2臺100 t輔助轉體千斤頂對稱、水平地按放到合適的反力座上。根據需要在啟動、止動、姿態微調時使用。

（9）轉體主墩C37墩需逆時針轉動67°，C38墩需逆時針轉動61°。轉體前先將轉體角度10等分，作為轉體控制的刻度線。

（10）將懸臂“T”構兩端鋼筋向上及向內彎起，防止鋼筋在轉體過程中碰撞，影響轉體。

圖4為限位裝置及觀測儀器之實景，圖5為轉體控制刻度線之實景。

圖4　限位裝置及觀測儀器之實景

圖5　轉體控制刻度線之實景

5.2　試轉體

試轉體目的：記錄試轉時間和速度，根據實測結果與計算結果比對進行調整轉速；通過試轉體檢查出梁體的轉動慣性。

C37墩、C38墩各進行一次試轉體，轉體之前半小時左右割除上下承臺臨時錨固的32根精軋螺紋鋼，并且在轉體撐腳前進方向的滑道鋼板上涂抹黃油。涂抹黃油時，注意涂抹均勻，不能過厚或過薄。兩次試轉體啟動力在50 t左右，勻速轉動的情況下，1 min大約可以轉動2°～3°。

5.3　正式轉體

（1）試轉體成功之后，上下承臺進行臨時固結，在正式轉體之前將錨固鋼筋割除。

（2）轉體時，兩臺連續千斤頂同事啟動，現場設置總指揮一名，采用對講機進行通訊指揮。

圖6為轉體示意圖，圖7為轉體牽引操作之實景。

圖6　轉體示意圖

圖7　轉體牽引操作之實景

（3）結構開始轉動之后，通過下承臺上的等分刻度進行控制，在結構旋轉到距離設計位置約3°時，開始手動控制連續千斤頂進行點動。測量人員站在邊跨直線段箱梁上進行觀測，通過事先劃分的箱梁中線對準來精確控制。當轉體位置距離設計位置相差0.1°時，停止外力牽引轉動，借助慣性緩慢就位。

（4）結構轉體就位后，測量人員立刻測量轉體過程中箱梁標高變化。先測量橫橋向，再測量縱橋向。調節標高采用油壓千斤頂，在箱梁標高降低的一側上承臺下沿箱梁軸線對稱放置2臺100 t油壓千斤頂，通過千斤頂頂升上承臺來調節箱梁標高。

（5）整個轉體過程分為兩次，C38墩于2011年3月28日轉體就位，C37墩于2011年4月1日轉體就位，中跨兩端標高相差不到0.3 cm。

（6）轉體成功，標高調整到位之后，馬上在撐腳下面塞入鋼塞子，并與滑道鋼板焊接，連接上下承臺預埋鋼筋。

二次轉體過程均十分順利，從開始轉體到結構轉體到位耗時約30 min。

6　球鉸封固

箱梁轉體到位，以及標高調整到位后，立即鎖定轉體單元，澆筑封固混凝土（C50微膨脹混凝土），使上下承臺連為一個整體，并且在低溫時間焊接邊跨合攏段臨時剛接構造，鎖定箱梁標高。在邊跨混凝土澆筑完成后，再解除臨時剛接構造。

7　合攏段施工

合攏段分為中跨合攏段和邊跨合攏段，均為2 m，采用“先邊跨，后中跨”的原則進行合攏段施工。邊跨合攏采用搭設滿堂支架現澆混凝土的方式進行施工，中跨合攏段采用吊架，即在轉體前將中跨合攏段吊架安裝在箱梁上。邊跨合攏張拉鋼絞線之后，臨時封閉滬寧高速公路靠近中央分隔帶的上下行各一個車道。汽車吊進入滬寧高速封閉車道內，在吊架上安裝分配梁，然后人工鋪設底模、側模，綁扎鋼筋，穿入鋼絞線，澆筑混凝土。

在合攏段混凝土澆注過程中，按新澆注混凝土的重量分級卸去平衡重（即分級放水），保證平衡施工。合攏段混凝土選擇在一天中氣溫較低的時段進行澆注。在箱梁合攏段混凝土澆筑時，混凝土用泵車澆筑。混凝土澆筑順序同支架現澆箱梁混凝土澆筑，整個施工過程處于封閉狀態。

8　施工監控

跨滬寧高速主線轉體橋梁跨度分別為80 m，屬于大跨度懸臂施工預應力混凝土連續梁構橋，施工過程復雜。在施工過程中，各種影響結構變形和內力的參數（如梁重、結構剛度、溫度場、有效預應力等）存在誤差，如果不加以控制調整，這些誤差會導致結構變形和受力嚴重偏離理論計算軌跡，成橋后主梁的線形和結構中內力都將難以滿足設計要求，并且在施工過程中很易導致超應力情況，造成嚴重后果。為了確保主橋在施工過程中結構內力和變形始終處于安全的范圍內，且成橋后的線形符合設計要求，結構恒載受力狀態接近設計期望，在橋梁施工過程中必須進行嚴格的施工監控。

施工監控的目的是要對成橋目標進行有效控制，修正在施工過程中各種參數誤差對成橋目標的影響，確保成橋后結構內力和線形滿足設計要求。故監控工作主要從混凝土結構內力受力要求和主梁線形要求兩方面作為重點。

混凝土結構內力受力的控制主要采取應力監測，在主要受力截面埋入應變計，通過儀器測試得出所測部位混凝土的應力受力大小，并和理論數據對比進行施工控制。應力測試截面主要在主梁的根部位置（1號塊端部截面），主橋共設4個截面，每個截面埋設6個振弦式應變計,共計4×6=24個；下轉盤設兩個截面，每個截面埋設正懸式應變計，共計2×5=10個；墩底設兩個截面，每個截面埋設4個振弦式應變計,共計2×4=8個。正線橋共設42個應變計，出線段個數相同。應力觀測工況主要在混凝土澆筑前后、預應力張拉前后、轉體施工過程，以及合攏施工前后。在施工過程中，對應力監測的結果和理論數據相比，產生的誤差需要進行調整，主要采取對施工節段的幾何尺寸、構件重量，以及張拉預應力進行控制。在實際施工中發現，應力監測結果和理論數據的誤差均在可控范圍內，可不需對施工過程進行調整。

主梁線形的控制主要是指對主梁的整體標高和局部平順性要求，成橋后（通常是長期變形穩定后）主梁的標高要滿足上述兩方面的設計標高要求。線形控制采用幾個重要測點進行測量，在C37和C38每個懸臂澆筑梁段的前端頂面作為主梁標高控制測點，在斷面上布三個點，分別布置在梁段前端頂面的兩側和斷面中心處。斷面中心測點同時也作為主梁軸線偏位的測點。主要觀測工況包括：立模、混凝土澆注、預應力張拉、轉體施工、邊（中）合攏前。各工況下均需對設計圖的節段分段點進行全橋通測。由于結構剛度、梁段的重量、施工荷載、混凝土的收縮徐變、溫度和預應力等引起的線形誤差，主要通過控制立模標高進行控制。在施工過程中，在每個工況開始前，通過現場數據采集（主要包括主梁標高、應變、截面尺寸和彈性模量等），對設計參數進行識別和預測，并對立模標高調整分析，提供工況的立模標高。

跨滬寧高速轉體橋梁成橋后，結構內力和線形均總體上滿足了監控設計要求，監控目的也基本達到。

9　心得和體會

通過對該工程兩個轉體的施工及施工監控，針對出現的問題，分析總結以下幾點經驗：

（1）滑道鋼板安裝的精確度要求非常高，理論要求誤差在1 mm以內，如果安裝誤差較大，在轉體過程中，可能會產生撐腳卡在滑道鋼板上的情況。在實際施工中，先將不銹鋼板用螺栓固定，精確調整其平整度；在實際施工中，滑道鋼板的高度誤差僅為0.3 mm，此時滑道鋼板于下承臺頂面懸空2～3 cm，然后通過預埋的壓漿管往滑道鋼板下面壓漿壓實。要特別強調的是：此處不能采用灌漿料，因為灌漿料初凝時間太短，易造成滑道鋼板下面壓漿不密實。滑道鋼板完成后，在上面放置白鐵皮進行防護。

（2）在上下球鉸安裝時，要精確對位，中間銷軸要放置在下球鉸空隙的中間部位，便于轉體到位后進行箱梁標高調整。

（3）撐腳與滑道鋼板間的距離控制要精確，設計圖上要求撐腳與滑道鋼板之間的距離為6 mm，后經與設計溝通，距離增大到1.2 cm。在轉體工程中，由于T構兩側配重比較合理，結構轉體過程中比較平穩，未發生撐腳碰到滑道鋼板的情況。

（4）連續千斤頂安裝一定要與牽引反力座垂直。在C37墩進行試轉體的工程中，發現由于牽引反力座混凝土澆筑時有跑模情況，導致混凝土面不平整，連續千斤頂與牽引反力座不垂直，使轉體啟動需要接近100 t的力，而之前進行的C38墩轉體啟動力僅為50 t左右，由于牽引索為7根s15.2鋼絞線，且可能存在鋼絞線受力不均勻的情況，所以100 t的啟動力是十分危險的。后查明原因，在牽引反力座和連續千斤頂之間放置了幾塊鋼板，使其保持垂直接觸，正式進行轉體啟動時啟動力降到了50 t。

（5）在結構轉體過程中，箱梁T構兩端標高一般會發生變化。這時需要通過油壓千斤頂頂升上承臺來調節箱梁標高。調節標高時，要用2臺千斤頂，且一定要沿箱梁軸線對稱放置，防止出現在調節橫橋向標高的過程中，縱橋向標高發生變化；或是在調節縱橋向標高過程中，橫橋向標高發生變化。

（6）在懸臂澆注過程中，立模高程應控制在±5 mm內，特別是最后梁段立模必須嚴格控制，否則主梁線性偏差較大，轉體到位后合攏口高差將會很大。C37#墩在懸臂澆注6#塊時，發現立模誤差較大，誤差達到2 cm，立模復測后及時調整到±5 mm以內，有效地保證轉體后箱梁線形平順，合攏高差較小。在施工過程中，對撓度進行觀測，若觀測撓度與理論計算撓度偏差較大，則需對下一梁段立模高程進行調整，以保證成橋線形達到設計值。

（7）在轉體前，應根據T構兩側齒塊理論重量，以及施工臨時不對稱荷載，結合墩底及下轉盤應力測試數據，估算T構兩側不平衡力矩。根據不平衡力矩設置轉體平衡重，以保證梁體在轉動過程中處于平衡狀態。若梁體有橫橋向偏心則在橫向也應設置平衡重。建議在懸臂澆注每一梁段時，分別統計T構兩側混凝土方量。根據方量可準確推算轉體平衡重，更準確地保證轉體的平衡性。

（8）在轉體中，在梁體軸線與橫橋向需預備4臺千斤頂。轉體軸線到位后，首先對梁體橫橋向高程進行測量。若橫橋向高程偏差較大，則需將預先備用的千斤頂對橫向高程進行調整。橫橋向高程調整好后，將上下轉盤橫向鋼筋焊死，鎖定橫橋向。然后，再利用千斤頂對梁體軸線方向高程調整。調整到位后，對梁體軸線重新測量。若軸線沒有變化，則鎖定球鉸澆注混凝土。在高程調整過程中，發現千斤頂只用200 t左右的力就可頂動梁體。而根據以往經驗此力是很小的，原因是由于定位銷軸與下轉盤之間間隙較大（空隙直徑比銷軸大2 cm），這樣的好處是轉體后高程調整方便。但是，銷軸的定位效果不理想，梁易發生水平移動。對此，建議轉體時，預備兩臺水平千斤頂，若在高程調整過程中，梁體有水平移動，則可利用水平千斤頂進行調整，以保證梁體準確就位。

（9）在轉體過程中，對下轉盤應力進行實時觀測，隨時掌握梁體的受力情況。在撐角上安裝數顯百分表，對撐角位移進行觀測，隨時掌握梁體在轉動過程中位移變化情況。若梁體高程變化過大，則可停止轉體，查明原因后再進行轉體。建議在滑道施工時，應保持滑道絕對平整。若滑道不平，撐角易觸地，摩擦力將很大，梁體有可能轉不動；再者撐角位移過大，則梁體懸臂端位移將更大，特別是對于長懸臂的梁，懸臂端高程變化將非常大，因此保證滑道平整性非常重要。

10　結語

該工程主線和出段線跨滬寧高速公路連續梁均采用轉體施工。在整個施工過程中，嚴格執行施工方案和監測方案，并根據監測數據與理論數據相對比，及時調整工藝，順利地完成了轉體施工，滿足設計和規范要求，并為軌道交通高架工程連續梁轉體施工積累了經驗。