大跨度鋼箱梁橋雙幅同步轉體施工技術

李漢愿

(中鐵十八局集團第五工程有限公司 天津 300459)

1 工程概況

石家莊市和平路高架西延工程全長4.6 km，主線以橋梁形式上跨石太鐵路，周邊施工建筑多，施工場地狹小，且兩側用地不具備大型起重機械進入施工的條件，故采用轉體法施工。主橋采用鋼箱梁結構，跨徑布置為(125+125)m，橋面寬28.5 m，全長250 m，為單塔單索面墩梁鉸接體系矮塔斜拉橋，轉體長度242.6 m，轉體重量5 475 t，轉體角度為順時針31°。轉體匝道鋼梁跨徑布置為(90+90)m，為變截面鋼箱梁T構，轉體長度167.9 m，轉體重量為2 160 t，轉體角度為順時針30°。主橋在墩頂、匝道橋在墩底兩者同步進行轉體施工，轉體完成后凈空距離為0.5 m。現場施工平面見圖1。

圖1 施工平面

2 施工工藝

2.1 施工工藝流程

轉體橋具體施工工藝流程見圖2。

圖2 轉體橋施工工藝流程

2.2 主橋施工

施工完下部結構后在墩頂安裝轉體球鉸，預埋轉體相關構件，滑移法拼裝鋼箱梁后，施工索塔。安裝斜拉索，根據設計及監控指令進行斜拉索張拉和索力調整，符合要求后進行主橋轉體施工作業。轉體就位后，搭設支架安裝合龍段鋼箱梁，同時采用千斤頂調整兩側支座反力，最后拆除撐腳。根據監控數據調整梁體姿態，必要時調整斜拉索索力[1]。

2.3 匝道橋施工

施工完下部結構后施工主墩承臺(下轉盤)及過渡墩承臺，并安裝轉體系統，然后施作上部承臺及墩柱，順鐵路兩側施工支架(或支墩)基礎，搭設支架，并采用1.2倍主梁重預壓支架。支架上拼裝鋼箱梁，安裝臨時索塔并張拉斜拉索，符合要求后進行匝道轉體施工作業。轉體就位后，搭設支架安裝合龍段鋼箱梁，同時采用千斤頂調整兩側支座反力，拆除斜拉索及臨時索塔。

3 主要施工技術及工藝措施

3.1 轉體系統安裝

轉體系統主要由轉體下盤、滑道、球鉸支座、上轉盤(撐腳等)、轉動牽引系統組成。主橋轉體系統設置在蓋梁上，匝道轉體系統設置在承臺內。轉體系統分三次進行安裝[2]。

3.1.1 轉體下盤

轉體下球鉸、反力千斤頂底座、滑道均設置在轉體下盤上。下轉盤混凝土為大體積混凝土，整體分步驟澆筑。

(1)在混凝土澆筑過程中，要控制預埋件的安裝精度和位置。

(2)安裝下滑道骨架和下球鉸骨架。骨架頂面質量控制要求：相對高差≯5 mm，球鉸中心與骨架中心必須在同一軸線，不超設計要求規定的1 mm范圍。

(3)轉體下盤混凝土在分步驟澆筑時，應先在模板上設置標識線，以控制混凝土澆筑面標高。

(4)綁扎球鉸預留槽和下滑道鋼筋，安裝滑道鋼板。滑道鋼板頂面必須滿足設計要求，局部平整度不大0.5 mm，兩者相對高差不大于2 mm。

(5)第三次澆筑預留槽混凝土(下滑道鋼板下部和下球鉸預留槽)，澆筑千斤頂反力座和轉體牽引反力座混凝土。

3.1.2 球鉸及撐腳

球鉸是轉體橋的關鍵部位，是轉體的轉動中心，施工質量直接影響轉體效果。

(1)球鉸安裝

球鉸是整個平衡轉體的支撐中心和轉動中心，在轉體過程中起到支撐整個轉體重量的作用。先將下球鉸骨架固定牢固，然后將其吊裝到骨架上，并進行對中、調平。對中時下球鉸中心縱橫向誤差不得大于1 mm，球鉸周圍頂面處各點的相對誤差不得大于1 mm。完成對中及調平工作后，將調整螺栓固定牢固。

(2)撐腳安裝

轉體時保險撐腳在鋼滑道內滑動，承受轉體過程中的各種不平衡力，確保轉動過程中轉體結構整體平穩。在撐腳安裝時，為了使得同一轉體上的每個撐腳控制在同一標高，每個撐腳選取了兩個高程記錄點進行控制。

3.1.3 轉體上盤

轉體上盤中設有縱、橫、豎三向預應力鋼筋，保證應力狀態的穩定。轉體內預先埋設轉體牽引索，牽引索外露部分纏繞在轉盤周圍，并確保不干擾預埋鋼筋。整個系統支承體系的轉換，需待上盤混凝土達到設計強度后方可進行，轉換后使得轉盤力傳到球鉸上。

3.2 鋼梁吊裝滑移技術

由于鋼梁兩端各90 m分別位于三元廠房和農科院內，現場地形復雜、地勢高差大、空間狹窄，不具備現場吊裝條件，經研究最終采用從跨中吊裝，然后向兩端滑移至設計安裝位置的方案。

3.2.1 施工技術要點

滑移施工是在完成下部支撐支架系統后，通過在支架上部設置分配梁、貝雷梁、滑移軌道、滑移小車構建滑移系統，然后使用吊車將鋼箱梁構件吊裝至滑移小車上，將鋼箱梁構件滑移至安裝位置。

(1)滑移小車。根據分段梁重確定滑移小車承載力。滑移小車由滑輪、分配梁、橫向連接、動力裝置、限位裝置組成。

(2)吊裝滑移施工。所有臨時構件施工完成，用650 t履帶吊將梁構件吊裝至滑移小車上，采用焊接與滑移小車臨時固定；調試滑移小車運輸梁段前進5 m，試驗各種參數；正常工作后，運輸梁構件滑移至設計位置。小車滑移必須保證同步、勻速。

(3)梁構件滑移至設計位置后，采用4臺50 t頂升千斤頂將梁構件頂起，梁構件與電動小車分離后調整梁構件線形。第一段梁構件吊裝完畢后，其余梁構件均采用從中間向兩端依次吊裝至滑移小車運輸的安裝方法進行。轉體鋼箱梁構件安裝完畢，進行梁段焊接和線形調整。

3.2.2 施工效果

本橋鋼梁采用滑移組裝，最長滑移距離121 m，最大滑移重量87 t，滑移過程中滑移速度控制在5 m/min。通過監測發現，滑移過程中滑移小車與支撐體系受力狀況良好，具有足夠的安全儲備系數，中心偏移控制在3 mm以內，滿足滑移過程中設備同步、安全、平穩的要求。

3.3 索塔施工及監測

主橋上部索塔為獨柱式鋼筋混凝土結構，塔高32 m。斜拉索采用φ15.2 mm單絲涂覆環氧涂層預應力鋼絞線拉索，為單索面雙排索，布置在主梁的中央分隔帶處。全橋共16根斜拉索，拉索內安裝CCT20磁通量傳感裝置可長期監測索力。

3.3.1 斜拉索張拉

斜拉索在塔上的錨固方式為采用鋼絞線斜拉索在塔上通過集束鋼管貫通(索鞍)錨固的方式。采用焊接集束分絲鋼管(整體埋置在塔柱混凝土中)，將每束鋼絞線與分絲管一一對應穿過索塔。鋼絞線與分束鋼管接觸部分的防護PE無須剝離。為防止斜拉索因索力差在塔上索鞍內滑移，在每根鋼絞線上設置抗滑裝置待張拉完成后錨固鎖定。為方便以后斜拉索維護，斜拉索體系單根鋼絞線可更換[3-4]。

每根索的鋼絞線逐根掛索后隨即用YLSDl60-150千斤頂進行張拉。為使每根索中各鋼絞線索力均勻，采用等張拉值法進行張拉，即每根鋼絞線的拉力以控制壓力表讀數為準，傳感器讀數進行監測。掛索前，將監測傳感器安裝在一根不受外界影響的鋼絞線上，張拉時每根鋼絞線的拉力按當時傳感器的顯示變化值進行控制。

3.3.2 施工監測

采取頻譜分析法進行索力監測。

(1)線形監測。測量內容主要包括：主梁高程控制基準點的復核；中線及主梁標高測量；塔頂偏移測量。另外還需考察大氣溫度對斜拉橋主梁線形、索塔變位的影響[5]。

(2)應力和溫度測試。應力測試內容包括：索塔塔柱底部截面、橋面處塔柱截面、主跨跨中主梁截面、1/4跨主梁截面、塔根處主梁截面、邊跨最不利截面等部位進行應力測試。測試工具采用鋼弦式應力計。溫度測試包括索、塔、梁三部分，塔梁溫度測試截面及測點布置同應力測試。測試方法采用預埋元件，用數字萬用表測試[6]。

3.3.3 施工效果

斜拉橋結構體系是高次超靜定的復雜結構，在實際施工過程中，由于施工偏差、風荷載、溫度變化等因素的影響，使斜拉橋各索的實際索力值、橋面標高同設計計算值有一定的偏差，施工過程中結合監控索力與橋面標高等參數對張拉后的斜拉索進行索力調整，使索力同橋面線形同時滿足設計要求[7]。

3.4 轉體施工工藝

3.4.1 轉體準備

清理滑道雜物、涂抹黃油，在撐腳與滑道之間安裝四氟滑板，并拆除臨時砂箱和鋼箱梁臨時支撐體系，完成體系轉換。

梁體施工完成支架拆除后，進行48 h全天候觀測。在梁下利用千斤頂進行等力、不等力反頂稱重并觀測變化，根據觀測數值進行分析，確定不平衡重調整值，根據不平衡力矩對轉體結構進行不平衡配重[8]。

3.4.2 轉體設備

本橋轉體選用四套ZLD100型液壓、同步、自動連續千斤頂系統。牽引索安裝時逐根使用24 t千斤頂施加2～3 kN左右力預緊，保證均勻受力。

3.4.3 試轉體

正式轉體前需進行試轉體，試轉角度為2°。試轉過程中記錄轉體力大小(初始、正常運行、停止后再啟動)、轉體速度、轉體摩擦系數、各種設備的運轉情況、結構關鍵點的受力情況。試轉完成后對實際數據進行分析，并與設計值進行比較，如有偏差，及時做出調整，使轉體各項參數達到設計值，確保正式轉體順利進行[9-10]。

(1)轉體施工主要參數

轉體重量：主橋5 475 t(242.6 m)、匝道2 160 t(167.9 m)；

轉體速度：0.02 rad/min；

轉體角度：31°；

轉體動力儲備系數：10倍(采用2臺100 t千斤頂，啟動力20 t)；

轉體牽引索拉力安全系數：26倍(采用10根/束鋼絞線，最大拉力20 t)；

轉體就位軸向誤差：±10 mm。

(2)通過試轉體得出轉體初始啟動時最大牽引力為21 t，正常轉體時牽引力約為15 t，滑板的摩擦系數基本與設計一致；試轉時反力墩、千斤頂、牽引索及拉錨器各關鍵節點部位受力狀況良好，梁體應力變化為2.03 MPa，具有足夠安全儲備系數；試轉時梁體最大高差偏位10 mm，通過合龍時的線形調整可起到糾偏作用；試轉時正常運行轉體速度為0.02 rad/min。可見試轉各參數均滿足要求。

3.4.4 轉體施工

在天窗點內，先采用手動模式，然后轉換到自動運行同步模式。主控臺操作人員利用筆記本中控臺連續自動牽引系統，使2臺千斤頂統一同步運行，進行橋梁的自動連續轉體。

轉體開始后，將從撐腳前端滑出的四氟滑板拿到撐腳后端重新喂入，必須保證相鄰2塊四氟板間隙小于5 cm，直至轉體完成。滑板喂入時需緊貼限位滑道邊界線喂入，同時需將滑板表面雜物清理干凈并隨時涂刷黃油以減少摩擦力。如滑板發生脫空或無法喂入，立即更換不同厚度滑板保證撐腳底部全部鋪滿滑塊。

為確保箱梁、橋墩及滑道的安全，轉體全過程對轉體結構進行監測。在梁端翼緣板兩側各布置2個高程控制點，監測轉體過程中橋的整體平衡性。在中墩4個面上分別彈出垂直線，以便轉體時觀測垂直度。安排2組觀測人員，分別于既有線兩側進行觀測[11]。

正式轉體歷時29 min，轉體過程連續、平穩、同步，轉體就位精度最大誤差為3 mm。梁體最大懸臂下撓度為22 mm，與設計基本一致。

3.4.5 轉體就位

轉體結構精確就位后，即對結構進行約束固定。利用轉盤底的千斤頂精確調整梁體端部標高，并采取措施抄墊梁端。梁體標高調整完轉體結構精確就位后，即對結構進行約束固定。轉體就位后現場見圖3[7]。

圖3 轉體就位現場

3.5 合龍施工

轉體梁段轉體至預定位置后，調整高程，進行合龍段施工。搭設合龍段支架，采用不小于1.2倍梁重進行預壓，消除其彈性和非彈性變形。在搭設好的支架上，采用吊車架設主橋及匝道合龍段鋼箱梁，調整好鋼箱梁整體線形后進行焊接施工[12]。

4 結束語

該工程通過設置鋼箱梁橫向滑移系統解決了主梁構件在狹小空間內的安裝問題；利用計算機仿真模擬技術和精密儀器控制，采用連續頂推控制系統進行主橋和匝道橋的頂推作業，歷時29 min完成了轉體，最大誤差為3 mm，梁體最大懸臂下撓值為22 mm，滿足設計要求，圓滿完成了施工任務，可為今后類似工程的設計和施工提供參考。