T 形剛構橋轉體施工關鍵技術

彭志川

中鐵建大橋工程局集團第一工程有限公司（116033）

0 概述

由于橋梁施工場地、施工條件的限制，無法滿足橋梁直接原位施工要求，從而在臨近位置采用預制拼裝或現澆施工工藝進行橋梁施工并預裝轉動裝置，待轉體橋梁施工完畢后，選擇合適時機進行轉體、合龍工作，從而達到縮短工期并減小對既有設施影響的目的[1]。

1 工程概況

蘄春至太湖高速公路與京九鐵路交叉夾角為78.59°。該橋全長 94.0 m，橋面寬 28.2 m，底板寬20.2 m；上部結構采用單箱四室箱形截面，T 構中間支點處梁高5.0 m，邊支點梁高 2.5 m，梁底線形采用拋物線曲線變化；T 構中墩采用墩梁固結，矩形截面；墩縱、橫向平面尺寸為 4.0 m×12.0 m。

2 施工流程

T 形剛構橋平轉法轉體施工流程主要包括:下承臺第一層混凝土澆筑→滑道及球鉸骨架安裝→下承臺第二層混凝土澆筑→安裝滑道、下球鉸→澆筑預留槽→安裝四氟乙烯滑板、 銷軸→涂黃油、四氟粉，安裝上球鉸→反力座、撐腳安裝→上轉盤施工→承臺臨時鎖定→澆筑墩身及轉體梁段→解除轉盤臨時鎖定→牽引系統安裝、調試→梁體稱重及配重→試轉體→正式轉體→封固轉盤，完成轉體[2]。

3 轉體施工關鍵技術

橋梁轉體系統主要包括轉動系統、牽引系統及平衡系統等。其中，轉動系統對整個橋梁轉體的成敗起到了決定性的作用，因此對轉動系統的加工精度及施工質量提出了更高的要求[3]。牽引系統主要由動力系統和牽引索、反力支架以及錨固結構等部分組成。牽引系統需要通過詳細的計算分析來確定各部分結構的設備型號和安裝位置等，從而保證經濟、高效地完成牽引轉動工作。平衡系統主要用來測量梁體重量并根據測量結果對結構進行合理配重，消除轉體結構兩端的不平衡力，保證轉體過程安全[4]。在轉體施工過程中，對整個結構關鍵部位的應力及變形進行實時監測是保證結構安全必不可少的重要工作，同時該監測數據也可以為后續施工方案的制訂提供參考依據。

3.1 球鉸施工

3.1.1 下球鉸施工

下球鉸是整個轉體結構的基礎，其安裝精度以及施工質量直接影響整個上部結構的質量。安裝下球鉸時，采用提高球鉸定位骨架安裝精度的方法，減少下球鉸安裝定位過程中位置調整的工作量。施工中采用測微器調節定位骨架頂面的相對高差，一般要求將球鉸骨架頂面相對高差控制在5 mm 以內[5]，本項目將頂面相對高差控制要求提高至2 mm，中心偏差不大于1 mm，以保證整體施工質量。定位骨架與預埋件之間焊接牢固，避免在混凝土澆筑、振搗過程中骨架產生偏移，影響后續球鉸安裝精度。定位骨架安裝完畢并經檢查驗收合格后方可對第二層混凝土進行澆筑。

下球鉸安裝過程中，要始終保證起吊過程安全平穩，待球鉸位置調整準確后再緩慢下放球鉸。施工過程中要避免其他結構與球鉸發生碰撞，尤其要保護球鉸上表面，不可有任何劃傷、磕碰發生。球鉸安裝就位后應及時對其高程和位置進行復測。采用十字線對中法對下球鉸進行定位安裝，安裝位置調整時首先采用普通水準儀進行初步定位，初步定位完成后采用精密水準儀進行精確定位，保證球鉸頂面各部分相對高差控制在1 mm 以內，最后對調整螺栓進行固定。

3.1.2 上球鉸施工

上球鉸施工之前，應清除上、下球鉸球面和中心銷軸表面雜物及水分，部分銹蝕嚴重位置可進行打磨。雜物清理完成后將整個球面吹干。球鉸表面清理完成后要在下球鉸球面上安裝聚四氟乙烯滑動片。聚四氟乙烯滑動片在工廠內加工并完成與球鉸的安裝調試后進行準確編號，然后運至現場進行安裝；安裝過程中要保持對號入座，不可隨意調換滑片位置。安裝就位的滑片應保證在同一球面之內，各部分相對高差控制在1 mm 之內。聚四氟乙烯滑動片之間的空隙應用聚四氟乙烯粉黃油填充滿，填充時保證聚四氟乙烯粉黃油略高于滑片頂部，從而使聚四氟乙烯滑動片頂部有一層黃油，減小轉動摩擦力[6]。聚四氟乙烯粉黃油按照黃油∶聚四氟乙烯粉=120∶1 的重量比進行拌和。安裝過程中嚴格保證上下球面清潔，聚四氟乙烯粉黃油填充完畢后，盡快安裝上球鉸，避免污染。

安裝前，在中心銷軸套管內注入黃油，然后插入定位銷軸，并調整銷軸垂直度和周圍間隙。上球鉸起吊套入銷軸后，采用倒鏈對其位置進行微調，保證球鉸水平與垂直方向定位準確。上球鉸定位完成后，利用牽引設備將其轉動，使填充的多余的聚四氟乙烯粉黃油溢出。施工完成后，在上下球鉸之間填充足量黃油，并在外側纏繞足夠的土工布，避免后續施工過程中雜物侵入其中。

3.2 滑道施工控制

滑道的平整程度直接影響轉體過程中頂推力的大小。施工過程中，在滑道外側架設水準儀，通過調整滑道螺栓的位置，將滑道頂面高程相對誤差控制在0.5 mm 以內。同時應避免在轉體前進方向上出現正誤差，導致頂推受阻[7]。

為保證拆除支架后撐腳與滑道不被擠壓緊密，轉體前用砂箱進行臨時支撐，砂箱布置在撐腳之間，共設置8 個砂箱（高1.5 m，外徑為600 mm，內徑為428 mm），砂箱內設石英砂，石英砂用水洗干凈并烘干后方可使用，砂箱在使用前預壓密實。

3.3 梁體稱重與配重

轉動球鉸是承擔整個轉體橋梁重量的關鍵受力構件，其摩擦系數的大小直接決定了橋梁轉體過程中所需要的牽引力的大小。一般情況下，由于球鉸制作、安裝過程中會產生一定的誤差，且在施工過程中梁體兩端的質量分布可能存在一定的差異，導致主墩兩側梁體質量及剛度無法達到平衡，從而產生一定的不平衡力矩，引起牽引力的變化，會影響轉體施工的安全性。因此，為了使橋梁轉體施工安全、平穩進行，有必要在轉體前對梁體進行稱重并進行合理配重，從而增加結構穩定性、保證轉體平順。

3.3.1 千斤頂布置

本工程橋梁轉體重量為10 000 t，球鉸轉動平面半徑為1.75 m，撐腳中心線半徑為3.95 m，轉臺半徑為4.5 m，靜摩阻系數按0.1 考慮。將千斤頂布置在縱橋向/橫橋向距墩中心3.95 m 處（縱橫方向與撐腳中心線重合），此時所需千斤頂頂升力為:0.1×10 000×1.75/3.95=443 t。考慮到千斤頂的安全性及結構偏載效應，需要預留一定的富余量，擬安置2臺400 t 千斤頂進行稱重試驗。

3.3.2 位移傳感器布置

在千斤頂對應的撐腳處設置千分表及位移傳感器，位置在撐腳、千斤頂中心線上。稱重開始之前需要對千斤頂進行預加載，從而保證千斤頂處于初始頂壓狀態，記錄好千分表和壓力傳感器的初始讀數。對千斤頂進行逐級加載，加載過程中及時監控壓力傳感器及千分表的讀數，當位移產生突變時停止加載。加載結束后根據記錄的數據繪制P-Δ 曲線，以此確定臨界力大小。單側加載完成后，將加載設備轉移至橋梁另一側，按照上述過程重復加載。根據兩側的加載結果，計算橋梁整體不平衡力矩、摩阻系數、偏心距等參數。按照實測結果，確定配重大小及位置。

3.4 轉體施工

3.4.1 試轉體

正式進行轉體施工之前要對結構進行試轉體，從而檢查、測試泵站電源、液壓和牽引系統等部分是否可以正常工作；同時要測試在啟動、轉動、停止轉動及重啟和點動狀態下牽引系統的牽引力、轉動速度等數據。檢查設備運轉狀態，為正式轉體提供控制參數，保證施工順利、安全。試轉時通常以橋梁整體轉動5°為控制目標。

橋梁試轉體操作要點主要包括以下幾個方面:①開啟泵站，通過主控臺控制千斤頂同步加載，進行橋梁整體試轉；②鋼絞線預緊。利用千斤頂按照兩側對稱加載的方法給所有鋼絞線施加5～10 kN 的預緊力；③試轉時要密切關注轉動速度，要密切監測單位時間內橋梁轉動的角度及橋梁懸臂端所轉過的弦線距離；④試轉時要對點動方式進行精確監控，準確測量出每次點動時橋梁的轉動角度及懸臂端所轉過的弦線距離，為橋梁整體初步就位后采用點動方式進行精確調整提供數據參考；⑤試轉時要實時監測橋梁結構關鍵位置應力是否安全，有無裂縫產生。出現異常時立即停止轉動，分析原因并采取一定的措施后繼續；⑥試轉成功后用楔塊在撐腳之間打緊，同時在上下轉盤間焊接一定數量的固定鋼筋，保證整體結構的穩定性；正式轉體之前割除固定鋼筋。

3.4.2 正式轉體

正式轉體時要保證在指揮員指揮下兩臺牽引設備同步啟動。

轉體時采用兩臺相同型號的液壓設備，按照校驗報告精確控制兩臺設備的油壓，轉體過程中要實時監測兩個轉盤的轉動角度，保證兩側轉速相同。

1）橫橋向精調。利用橫橋向放置的400 t 千斤頂進行橫向精調。頂升至橫橋向標高就位，利用鋼楔在撐腳位置將其固定。

2）縱橋向精調。縱橋向精調方法與橫橋向相同，利用縱橋向放置的400 t 千斤調整即可。

3）重復上述操作過程，檢測橋梁線形及標高是否滿足精度要求。達到目標位置后，利用鋼楔將其他撐腳鎖定，精調完成。精調時應保證頂升力始終控制在安全限值之內，同時為了避免局部應力集中，需在千斤頂頂面及上承臺底面之間設置工字鋼墊梁。

4）鎖定及封鉸。精確調整到位后，在撐腳處插入鋼楔將撐腳鎖定，并將滑道與撐腳之間焊接牢固。臨時鎖定后，快速調直并焊接連接鋼筋；然后架設模板并及時澆筑封固混凝土，永久鎖定轉盤。

3.5 轉體監測

轉體過程中采用2 臺全站儀對中線進行觀測，實時監測橋面轉動情況，及時向指揮長匯報轉動距離。當梁端到達距轉體終點300 mm 的位置時，每轉動20 mm 時均需向指揮長匯報；到達距轉體終點150 mm（根據試轉體點動情況確定）的位置時，結束連續轉動狀態，改用點動控制，以確保橋梁精確就位。

1）軸線控制。利用全站儀確定上、下承臺縱軸線；同時在上、下承臺安裝角度標和指針，用來觀測轉動角度。利用全站儀確定箱梁轉體端部縱軸線，安裝軸線標尺。轉體時實時監測標尺位置，利用標尺軸線位置與目標軸線間的差值為精調提供數據支持。

2）高程控制。在T 構的懸臂兩端和墩頂位置設置高程觀測斷面，每個斷面設置3 個高程觀測點，對轉體全過程進行監控，其中以梁體四角為主要控制點，分別放置兩把塔尺，使用2 臺水準儀進行觀測。

4 結語

文章主要介紹了T 形剛構橋轉體施工的轉動體系，對稱重、配重以及轉體施工控制要點進行了論述，并針對施工過程中的重難點提出相應的解決方案。文章研究成果可對同類橋梁轉體施工提供一定的參考。