大跨度有平衡重混凝土球鉸轉(zhuǎn)體施工技術(shù)應(yīng)用

張忠文

【摘 要】對(duì)大跨度有平衡重混凝土球鉸拱橋施工技術(shù)，通過設(shè)計(jì)、計(jì)算分析，采用轉(zhuǎn)體前稱重、配重、試轉(zhuǎn)體獲取相關(guān)力學(xué)參數(shù)等一系列科學(xué)、有效的安全技術(shù)措施，保證了大跨度有平衡重混凝土球鉸拱橋轉(zhuǎn)體施工順利進(jìn)行。

【Abstract】For the spherical hinge rotating construction technology for the long span balanced heavy concrete， through design， calculation and analysis， a series of scientific and effective safety technical measures are adopted， such as weighing before rotation， counterweight， and obtaining relevant mechanical parameters by trial rotation. It can ensure the smooth construction of the spherical hinge rotating construction of the long span balanced heavy concrete.

【關(guān)鍵詞】大跨度;平衡重;轉(zhuǎn)體施工

【Keywords】large span; balanced weight; swivel construction

【中圖分類號(hào)】U448.22 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2019）02-0160-02

1 項(xiàng)目簡述

南渡江特大橋項(xiàng)目位于湖北省恩施州鶴峰縣五里鄉(xiāng)境內(nèi)。橋梁起止里程：K3+479.070—K3+751.346，全長272.26m。大橋孔跨布置為2×18.6m +190.0m+25.0m形式，橋面寬10m，橋梁高度163.0m。主橋?yàn)閮艨?90.0m 的上承式鋼筋混凝土等截面箱型拱橋，采用有平衡重混凝土球鉸轉(zhuǎn)體施工，其中，主墩3#墩轉(zhuǎn)體角度143度，4#墩轉(zhuǎn)體角度155度，單側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)體系重量約5950t。

2 施工方案

鑒于大橋橋梁高度達(dá)到163m，無法采用原位支架法直接施工，因此，大橋采用了如下施工方案：首先，開挖主拱基坑，澆筑基礎(chǔ)、下盤、磨心、磨蓋、倒錐體、上轉(zhuǎn)盤、墩身砼，在兩岸利用地形開挖出土牛拱胎，搭設(shè)支架，將工廠預(yù)制焊接好的勁性骨架運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)在支架上組裝成完整的半跨拱形勁性骨架，同時(shí)施工引橋橋臺(tái)及橋墩;最后，安裝扣索和背索鋼絞線，逐級(jí)交替張拉扣索和背索鋼絞線;實(shí)現(xiàn)脫架，形成轉(zhuǎn)動(dòng)體系。形成轉(zhuǎn)動(dòng)體系后，即可按照稱重、試轉(zhuǎn)體、轉(zhuǎn)體三個(gè)步驟完成大橋轉(zhuǎn)體施工[1]。

3 轉(zhuǎn)動(dòng)體系稱重

為了保證轉(zhuǎn)體的順利實(shí)施，最理想狀態(tài)是采用中心支撐轉(zhuǎn)動(dòng)體系，即整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體系的重量都由中心球鉸結(jié)構(gòu)承受，這樣結(jié)構(gòu)受力明確，接觸的部位只在中心球鉸位置，可以有效地減少轉(zhuǎn)動(dòng)牽引力，但南渡江特大橋由于轉(zhuǎn)體跨度大（懸臂達(dá)到95m），重心的變化受各變量參數(shù)的影響很大，特別是懸臂端由于懸臂較長，微小的荷載變化都會(huì)對(duì)橋梁的重心產(chǎn)生影響[2]。

通過轉(zhuǎn)體重心計(jì)算偏心距，由于各參數(shù)如果全部精確控制獲取，會(huì)存在實(shí)際偏心與理論計(jì)算不一致的情況，在轉(zhuǎn)體過程中通過拱頂標(biāo)高的變化可以進(jìn)行定性判斷。此時(shí)可以通過拱頂配重解決這一問題。對(duì)于球面轉(zhuǎn)鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)體系稱重方案，一般假設(shè)轉(zhuǎn)體上盤及以上結(jié)構(gòu)為一剛體，剛體繞球鉸為中心沿縱橋向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過在上盤底部，施加轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)位置上由于轉(zhuǎn)動(dòng)力矩引起的位移。開始時(shí)，位移值緩慢均勻增長，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)體處于轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、不平衡力矩及靜摩阻力矩三者共同作用下剛好處于平衡的臨界狀態(tài)時(shí)，位移將發(fā)生突變。通過稱重試驗(yàn)中測(cè)得的頂升力和位移數(shù)據(jù)，繪制力位移曲線圖，從中判斷出曲線拐點(diǎn)位置，拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的力的大小即為臨界力。變換頂升力和位移的測(cè)點(diǎn)位置，可以獲得多組的試驗(yàn)結(jié)果。

如圖 1所示，脫架結(jié)束后，球鉸摩阻力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)體不平衡力矩及靜摩阻系數(shù)理論計(jì)算公式為：

①摩阻力矩 Mz>轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡力矩 Mg時(shí)，力矩計(jì)算：

Mg=（P2L2-P1L1）/2 （1）

MZ=（P2L2+P1L1）/2 （2）

式中，P1、P2分別為沿縱軸線對(duì)稱兩側(cè)頂推力大小，L1、L2為頂推力對(duì)應(yīng)球鉸磨心力臂長度。

②摩阻力矩 Mz<轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡力矩 Mg時(shí)，力矩計(jì)算：

當(dāng) Mz

Mg=（P2L+PL）/2 （3）

MZ=（P2L-PL）/2（4）

式中，P2為千斤頂頂推過程中使球鉸產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)瞬間的頂力，P 為千斤頂回落過程中球鉸產(chǎn)生瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的頂力，L 為頂推過程固定力臂長度。

通過公式推導(dǎo)最終得到：

磨心鉸靜摩擦系數(shù)：μ=Mz/（R×G） （5）

轉(zhuǎn)動(dòng)體偏心距：e=Mg/G （6）

式中，R 為球鉸球面半徑;G 為轉(zhuǎn)體總重量。

4 轉(zhuǎn)體

4.1 轉(zhuǎn)體開始

第一，初始啟動(dòng)。

第二，正常啟動(dòng)。

待第一次初始啟動(dòng)完成后，靜摩阻力已經(jīng)基本克服，進(jìn)入正常轉(zhuǎn)動(dòng)階段。

①每側(cè)3名工人現(xiàn)將油泵角度調(diào)整到位，在油泵前段加適當(dāng)墊塊，做好準(zhǔn)備。

②啟動(dòng)千斤頂，按50kN一級(jí)對(duì)稱緩緩給油加力，直至再次啟動(dòng)。油表同力值對(duì)應(yīng)，同時(shí)記錄正常轉(zhuǎn)動(dòng)油表讀數(shù)。

③繼續(xù)記錄頂推時(shí)長。

④觀察A、B類撐角運(yùn)行過程中與環(huán)道間間距。撐角不接觸環(huán)道即可。

⑤在拱圈端頭，觀測(cè)轉(zhuǎn)體端頭是否有障礙物，同時(shí)記錄每分鐘拱圈端頭運(yùn)行長度，規(guī)范要求每分鐘端頭轉(zhuǎn)動(dòng)長度不大于2m。

⑥每頂頂推長度按照15cm控制。

⑦ 拱圈端頭標(biāo)高測(cè)量記錄。

依次循環(huán)……

第三，每節(jié)段反力體系運(yùn)行情況

根據(jù)設(shè)計(jì)，每組反力孔間距為75cm，每次千斤頂頂撐運(yùn)行長度為15cm，轉(zhuǎn)體角度為1.6°，拱圈端頭移動(dòng)距離2.8m。每安裝一次反力棒，千斤頂需向前推進(jìn)5次，方可將反力棒向前再次移動(dòng)。

千斤頂每推進(jìn)一次，即在反力梁與I20頂鐵之間加入方木墊塊（順紋）與鋼板調(diào)節(jié)墊塊組合，或更換I20頂鐵。

理論每個(gè)千斤頂頂推推力約為15t，若利用2根反力鋼棒時(shí)，千斤頂最大頂推推力不得大于50t，利用3根反力鋼板時(shí)，千斤頂頂推推力不得大于100t。

4.2 轉(zhuǎn)體接近設(shè)計(jì)軸線位置施工方法

①通過全站儀觀測(cè)，以及在下盤設(shè)置刻度圓盤上盤設(shè)置指針兩種方法觀察，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)體系轉(zhuǎn)動(dòng)到與設(shè)計(jì)軸線夾角到10°位置時(shí)，開始采取油泵點(diǎn)動(dòng)方法頂推轉(zhuǎn)動(dòng)體系。

②先采用以上方法將4#墩轉(zhuǎn)動(dòng)至設(shè)計(jì)位置，并通過設(shè)置在拱頂?shù)睦|風(fēng)繩，及下盤的限位裝置對(duì)4#墩進(jìn)行臨時(shí)鎖定。

③重復(fù)上述1過程，將3#墩轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)位置。

④通過上下盤之間的450t油頂對(duì)拱圈標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，直至拱圈標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

⑤臨時(shí)鎖定3#墩，通過2個(gè)10t倒鏈在拱頂位置將3#、4#拱圈上弦鋼管進(jìn)行連接，安裝臨時(shí)連接絲杠，鎖定兩邊拱圈，形成剛性整體結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

南渡江特大橋?qū)崿F(xiàn)了大角度大跨度混凝土球鉸橋梁轉(zhuǎn)體6小時(shí)30分、7小時(shí)的極短轉(zhuǎn)體時(shí)間。磨心承重?zé)o偏心頂推的平衡轉(zhuǎn)體，軸線偏差5mm、高程偏差15mm的極小偏差合龍等多項(xiàng)橋梁轉(zhuǎn)體施工優(yōu)異成果，充分展現(xiàn)了精湛施工技藝和管理水平，也為山區(qū)地區(qū)在大型機(jī)械、設(shè)備、材料等資源匱乏的條件下建造大跨度拱橋提供了寶貴的基礎(chǔ)資料。

【參考文獻(xiàn)】

【1】甘偉康. 橋梁工程施工風(fēng)險(xiǎn)安全控制技術(shù)研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2013.

【2】阮欣. 橋梁工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系及關(guān)鍵問題研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2006.