大跨度小半徑曲線鋼箱梁雙向轉體施工技術

摘 要：本文重點研究如何解決大跨度小半徑曲線鋼箱梁在施工時自由端擾度大、墩柱處橫向受力不平衡等問題。通過優化球鉸系統中定位骨架結構形式，提升轉體系統的安裝精度；通過優化牽引球結構，減少了上、下球鉸間的摩擦力，提高了球鉸的使用性能，降低了轉體的施工難度；對大跨度梁體優化成2個轉體段+3個合攏段，避免了梁體跨度大導致的擾度大問題，并縮小了偏心矩，解決了場地受限問題，使研究順利完成。

關鍵詞：轉向裝置；定位骨架；雙向轉體；曲線鋼箱梁

中圖分類號：TU 71 " " 文獻標志碼：A

隨著城市建設的快速發展，在傳統橋梁施工方法的基礎上對轉體法施工技術進行拓展，對周邊環境來說，這項技術適應性強且結構造型選擇更多元，因此，這項新工藝逐步應用于建筑施工行業。目前轉體法施工多應用于直線段橋梁施工，因此缺乏曲線形橋梁轉體法施工的應用研究，特別是在大跨度小半徑曲線形橋梁中，采用轉體法的項目較少，本文以某高速橋梁工程為例，從施工方案制訂和主要操作要點等方面解讀此施工轉體技術的實施過程。

1 工程概況

某環城生態修復綜合項目二期成南高速橋梁工程，全橋總長為1204.91m。墩號分布為0#～39#，橋臺2個，橋墩38個。平面呈曲線布置，其中主橋段全長為162m，跨徑布置為47m+68m+47m，橋梁全寬7.0m，上部結構采用等截面鋼箱梁，下部采用矩形剛柱墩、下接轉體系統、承臺以及鉆孔灌注樁基礎，在中跨處（成南高速主線范圍）設置防拋網。橋梁橫斷面布置為0.5m（欄桿）+6.0m（自行車道）+0.5m（欄桿），橋面鋪裝設置雙向1.5%橫坡。為減少施工對成南高速的干擾，主橋鋼箱梁（轉體段）采用沿成南高速搭設臨時支撐胎架對稱拼裝，雙向轉體施工，轉體就位后施工中跨和邊跨合龍段的施工方法。

2 施工方案

綜合考慮大跨度小半徑曲線橋梁轉體的橫向受力和縱向受力情況，根據轉體段在墩柱處對稱布置的特點，將此橋梁梁體分為2個轉體段+3個合攏段進行施工。每個橋梁轉體段設有承臺，并在承臺上設置轉動軸心。橋梁轉體段以轉動軸心為界分為上、下2個部分。考慮施工場地限制、交通運輸以及高速公路上的作業時間等問題，將每個轉體段分為3節，當橋梁轉體段施工時在傳統的定位骨架上增設可調節螺桿，用一種橋梁牽引球結構實現雙向旋轉。成型后通過轉動體系將兩個橋梁轉體段同步旋轉到位，并在跨中合攏。

3 施工工藝流程和操作要點

3.1 施工工藝流程

施工準備→轉體體系施工→轉體柱墩施工→鋼箱梁吊裝→轉體臨時錨固拆除→鋼箱梁轉體平衡控制→橋梁平轉施工→封盤施工→邊跨、合攏段施工。

3.2 操作要點

3.2.1 施工準備

3.2.1.1 定位骨架優化

不同規格的橋梁轉體需要制作不同規格的轉體系統，須根據不同的施工尺寸定做，不僅浪費時間，定位骨架的安裝精度還對轉體施工影響較大。因此針對以上問題研制一種可調節定位骨架。在傳統的定位骨架上設置卡槽和調節螺桿，提高骨架水平方向的安裝精度，骨架四腳加工成錐形定位凸起的尖端，提高施工定位精度。

3.2.1.2 牽引球結構優化

為保證兩個橋梁轉體段同步轉體，避免因球鉸滑片間摩擦力過大和平衡度低而影響轉體實施，設計一種牽引球鉸結構，通過設置錐齒輪和轉桿，使滑片繞銷軸旋轉，將黃油涂抹更均勻，減少后期球鉸的摩擦力，滑片上交錯孔內的黃油也可以為轉鉸過程中的滑片補充黃油，當球鉸向下運動至下球鉸下表面，接觸到滑片時，銷軸達到限位，此時第一錐齒輪內嵌銷軸上的環形溝槽上，銷軸下端的圓錐體與旋轉座上開的球狀結構配合，當后期轉鉸時，對第一固定座的平衡度進行檢測后，可知上球鉸上的梁體平衡。

3.2.2 轉體系統施工

轉體系統由球鉸、滑道和牽引系統組成。球鉸由上下球鉸、四氟乙烯板、定位骨架固定上下球鉸鋼銷以及下球鉸定位骨架等組成，如圖1所示。

3.2.2.1 球鉸系統施工

首先，安裝定位骨架。將定位骨架四角按定位點擺放就位，并通過調節螺桿調整水平，再用角鋼對骨架與預埋的定位鋼筋進行牢固焊接，避免澆筑混凝土時發生偏移，從而影響球鉸安裝質量。

其次，安裝下球鉸。專用定位骨架安裝施工結束后，吊裝下球鉸，調平對中，采用全站儀檢查控制平面位置，電子水平儀檢查控制水平，使其安裝精度控制在0.2～0.3mm。調節骨架上的螺母使下球鉸及下滑道鋼板保持水平。檢查球鉸精度合格后，固定調整螺栓，澆筑下承臺二次混凝土。

最后，安裝上球鉸。在下轉盤上表面、定位鋼銷上以及套管內均勻涂滿黃油，將轉動鋼銷軸放入套管內，涂完后立即安裝上球鉸，球鉸內不能有雜物。將黃油均勻涂抹在上球鉸面，待上球鉸精準就位后，鎖定臨時限位，并用定位銷軸確保上下球鉸的中心重合。

3.2.2.2 安裝滑道系統

下承臺第一次澆筑完成后，立刻安裝滑道骨架，滑道骨架下端必須與預埋鋼筋焊接牢固，環形滑道骨架的中心點和球鉸中心點重合[1]，通過汽車吊吊裝滑道板，采用調節螺栓將其固定在骨架上，調整滑道板使其中心點與下球鉸中心點重合，通過螺栓螺母來調整滑道頂面高程使其符合要求。

3.2.3 轉體臨時錨固

在轉體前，采用25工字鋼安全拆除臨時錨固系統。25工字鋼布置靠近滑道內側，埋入上轉盤和承臺深度均為30cm，并與上轉盤和承臺焊接，在試轉前將其割除，解除球鉸約束。避免澆筑混凝土時球鉸發生偏轉，在滑道頂面撐腳處，鋪墊20mm厚細沙和鋼楔形塊，待撐腳頂與上轉盤焊接牢固后，澆筑上轉盤混凝土。

3.2.4 鋼墩柱施工

用鋼結構加工完成鋼墩柱后，運輸至現場，并用50t吊車吊裝，采用十字控點控制墩柱吊裝平面位置，用千斤頂配合全站儀控制精調墩柱安裝的垂直度，電子水準儀控制墩柱標高。

3.2.5 鋼箱梁加工

綜合考慮大跨度小半徑曲線橋梁轉體的橫向受力和縱向受力情況，根據橋梁轉體段在墩柱處對稱布置的特點，將此橋梁梁體分為2個轉體段+3個合攏段進行施工。

考慮施工場地限制、交通運輸以及高速公路上的作業時間等問題，將每個橋梁轉體段分成3節進行加工，將鋼箱梁分成9節段在場外工廠對其進行加工。

3.2.6 臨時支撐

立桿采用4根?350mm、壁厚為10mm的鋼管，采用16a槽鋼作為連接[2]。分配梁由雙拼I32a工字鋼。將?180mm、壁厚為10mm的鋼管，設置在分配梁上面，將其作為鋼箱梁節段安裝調整用的支撐點。在每個加工節段下面的隔板處布設4個支撐點。為防止鋼梁變形，在每根配梁上設2個等邊75角鋼作為限位擋板，便于初步定位安裝鋼箱梁。基礎為5m×4m×0.4m的C25混凝土基礎，如圖2所示。地基承載力特征值≥200kPa，混凝土頂部設置預埋錨筋和錨板結構，錨板為0.6m×0.6m×0.14m的鋼板，錨筋為?20mm的鋼筋，錨固深度不小于直徑的35倍。

3.2.7 鋼箱梁吊裝

當吊裝時，須通過調節承重盤和限位盤，使梁體處于最佳起吊位置，以此提高吊裝精度，降低吊裝風險，為后續橋梁準確拼裝和橋梁轉體合攏提供了保障，降低了安全風險[3]。吊裝就位后，采用千斤頂配合全站儀對姿態進行精調。精調完成后，與臨時焊接加固。

3.2.8 拆除轉體臨時錨固

在橋梁轉體平衡控制前、試轉前和正式平轉前，均須對臨時錨固進行拆除。為防止拆除臨時固接時，橋梁轉體結構失穩導致結構變形等問題。因此拆除時必須采用對稱施工方式。拆除順序為曲線外側→曲線內側→橋梁轉體縱軸線兩側。割除流程為在上轉盤下等高處割除25工字鋼10～20cm→清除撐腳底楔形塊和細沙。在拆除過程中要觀測橋梁轉體結構的整體穩定性。

3.2.9 小半徑鋼箱梁轉體平衡控制

由于鋼箱梁結構與球鉸中心存在偏心距，因此當橋梁轉體施工時，除了對縱向不平衡力矩進行測試并配重外，還須考慮橫向的不平衡力矩，對其進行測試并配重[4]。稱重試驗需要假設梁體繞球鉸發生剛體轉動，通過對梁體施加轉動力矩，并測試球鉸的切向轉動位移，得到二者關系的曲線。當位移發生突變時，所對應的狀態為靜摩擦與動摩擦的臨界狀態；轉動力矩與豎向頂力，切向轉動位移與豎向位移間存在固定的比例關系，繪制頂力—位移曲線，找出臨界點，以此可計算球鉸的摩阻力矩、靜摩擦系數、轉動體的不平衡力矩和偏心矩等。

小半徑曲線型轉體段的重力中心線不與墩柱中心線重合，在橫向受力平衡，為避免轉體與墩柱剛體在球鉸處發生橫向傾斜，因此球鉸中心線與轉體重心線需重合[5]。

3.2.9.1 拆除轉體臨時錨固

在橋梁轉體平衡控制前，在試轉前須拆除臨時錨固。為防止拆除臨時固接時轉體結構失穩導致結構變形等問題，拆除時須采用對稱拆除的方式。順序為曲線外側→曲線內側→轉體縱軸線兩側。割除流程為在上轉盤下等高處割除25工字鋼10～20cm→清除撐腳底楔形塊和細沙。拆除過程要觀測橋梁轉體結構的整體穩定性。

3.2.9.2 稱重配重試驗

為保證橋梁雙轉體一次性成功，在橋梁轉體結構稱重、配重完成后進行二次稱重。以此確認稱重、配重的正確性。

判斷轉體平衡狀態。在撐腳處布置位移傳感器，清除撐腳下的鋼楔形塊和細沙。逐步對稱拆除上下轉盤的臨時錨固工字鋼，并觀察撐腳百分表讀數，25工字鋼割除處讀數變大，由此判斷橋梁轉體體系的平衡狀態。

稱重。安裝完梁體后，在卸載上、下盤間工字鋼前，在每個撐腳和滑道間安設1個百分表，共8個均勻分部，記錄各百分表初讀數。卸載上、下盤臨時固結后，觀測百分表讀數變化，根據讀數變化和球鉸直徑等相關參數來計算球鉸偏心矩和整體下沉量，判斷梁體是否平衡。

3.2.9.3 配重

通過精準設置偏心矩，嚴格控制施工誤差，原則上此轉體段處于受力平衡狀態，因為球鉸安裝、上轉盤施工、墩柱及梁體吊裝成型可能產生較大誤差，導致橋梁轉體段出現橫、縱向不平衡現象，所以須做好橋梁轉體段的平衡配重準備工作。

配重計算：根據稱重在較重一側上、下轉盤間設置豎向千斤頂施加頂力P，使對稱的兩個撐腳處于同一水平，如圖3所示，克服梁體偏心彎矩MG，根據測量結果計算梁體整體偏心彎矩，如公式（1）所示。

Mp=L1·P " " " " " "（1）

式中：L1為轉盤中心至千斤頂施加頂力中心間的距離。

當對稱撐腳處于同一水平高度時，橋梁轉體自身不平衡產生的彎矩MG與千斤頂提供的彎矩Mp相等，如公式（2）所示。

Mp=MG " " " " " " " （2）

為使對稱撐腳處于同一水平高度時，G配重與千斤頂提供的彎矩Mp相等，得出公式（3）。

G配重·L3=L1·P " " " （3）

式中：L3為轉盤中心線至配重中心的距離。由此計算得出G配重=L1·P/L3

根據計算結果，在梁體橫向和縱向，采用裝有細沙噸袋和裝有細沙沙袋進行組合配重，最終對梁上施加平衡荷載，并根據百分表讀數變化不斷循環精調，使橋梁轉體結構在縱橫向達到最佳平衡狀態。以此循環施工4組對稱撐腳，使8個撐腳底在同一平面上。

平衡稱重試驗完成后，轉體橋梁應靜置≥12h。每間隔1～2h對梁體結構應力、懸臂端變位等關鍵參數進行監測，如果有異常情況，就應及時查找原因并分析處理。

3.2.10 橋梁雙向平轉施工

在正式平轉前，應對橋梁進行試轉。試轉前檢查轉體結構的平衡穩定性，并測量轉動體系的靜、動摩擦系數，檢查動力設備和監控設備是否有故障，或是否有其他異常情況，確定沒問題后方可進行正式平轉。

根據轉盤上的測度和梁體的軸線進行雙控制，同時啟動千斤頂至啟動油壓值，使兩個橋梁轉體段同步轉體，并按10kN逐級分級加載，確定啟動撐腳水平位移觀測，記錄靜摩阻力[6]。當平轉施工時，必須安排專人對墩身軸線、梁端位置的高程、轉體速度、空間位置、牽引力和剩余弧長等關鍵參數進行多次觀測。

平轉位置基本到位后（剩余弧長約1m處），要及時降低平轉速度，采用“行程點動”。當達到距設計位置0.1m時必須停轉，同時測量軸線偏差。根據差值，進行點動控制保證定位精確，嚴禁超轉。

待兩段橋梁轉體就位后，再對轉體的傾斜位置進行精確調整，并利用型鋼將上下轉盤鎖死。臨時墩頂與梁底必須鎖死，防止梁體在外力作用下擺動。利用臨時墩頂上設置的千斤頂，精確地調整梁體端部標高，并采用鋼楔鎖死。

3.2.11 封盤施工

轉體段就位結束后，對上下轉盤進行封固施工。對上下轉盤的預留鋼筋進行焊接施工，對支模進行外側混凝土澆筑，在上轉盤接口處進行壓漿管預埋，待封固凝固好后，可用壓漿法填補混凝土收縮留下的空隙。

3.2.12 邊跨、合攏段施工

橋梁轉體完成后，吊裝合攏段鋼箱梁焊接成型，并補刷防銹漆，拆除臨時支架。解除封鎖開通線路，恢復正常運用。

4 結論

通過本項目實踐可知，此項施工技術減少了對地面交通的影響，節約施工工期14d，減少了鋼材的使用量，在施工過程中實現了部分鋼結構工廠化加工，保證了工程質量，提高了施工效率、節約了施工場地并降低了施工成本，圓滿地完成了施工任務，推廣應用前景廣闊。

參考文獻

[1]任永平，鄭久亮.大跨度小半徑變截面鋼箱梁連續曲線安裝施工技術[J].森林工程，2003，19（5）：2.

[2]張慶虎，路鎮武，夏中強.小半徑曲線鋼箱梁支架穩定性[J].建筑技術開發，2022（2）：49.

[3]張英.小半徑雙曲線鋼箱梁安裝施工技術[J].鐵道建筑技術，2013（9）：4.

[4]孫新鋒.大跨度鋼箱梁轉體橋施工技術[J].建材與裝飾，2022（5）：18.

[5]王海軍.小曲線半徑不對稱鋼箱梁橋偏心轉體施工技術[D].西安：西安建筑科技大學，2023.

[6]李漢愿.大跨度鋼箱梁橋雙幅同步轉體施工技術[J].鐵道建筑技術，2020（2）：5.