转体施工桥梁球铰安装精确控制施工技术

韩诚善

摘 要：近年来我国高速铁路迅速发展，长大桥梁工程越来越多，跨越既有线的施工也相对增加，而在跨越既有线施工中安全工作最为重要，各铁路局在选择跨越既有线的桥梁形式时优先选择了对既有线安全影响较小的转体施工工法，因而转体施工工法对我国的铁路建设安全工作将起到极大的重要作用。

关键词：转体梁 转体结构 球铰

1.引言

传统跨越既有铁路施工的桥梁一般为T梁、钢桁架梁或连续梁。T梁小角度形式跨越既有线一般采用门式墩通过，天窗点内施工任务众多，既有线安全难以保证；大角度跨越既有线则受跨度影响，一般不能预留其他线路；钢桁架梁跨越既有线一般采用顶推法施工，既有线安全风险较大；连续梁跨越既有线一般采取悬灌法施工，需要设置安全防护棚架，受施工空间限制，一般棚架很难拆除。

2.工程概况

青荣城际铁路即墨上行联络线跨济青高速公路特大桥与胶济铁路上、交角分别为23°44′00″及23°53′00″，采用（60+100+60）m预应力混凝连续梁上跨通过。采用转体法施工，转体转体结构长98m，41#墩转体重量为5870t，转角23°44′，42#墩转体重量为6139t，转角23°53′。转体结构由下转盘、球铰、上转盘、转体牵引系统组成。下转盘尺寸为 14.6m×14.6m×3.0m；上转盘为八角形，高2.0m，转台直径为7.6m，高度为0.8m，上转盘球铰直径4.2m，下转盘球铰直径3.0m，厚度均为40mm。上下转盘均采用C50混凝土。如图1、2所示。

3.施工难点分析

（1）球铰是梁体转体过程中竖向方向唯一受力的构件，其混凝土浇筑的密实程度决定了转体过程是否能够顺利实现；

（2）球铰安装的三维精度直接决定转体结束后桥梁的线性，梁体转体完成的三维线性是否达到设计要求也是判断转体的成败的一个标准；

（3）球铰转动过程中，受水平摩擦力影响，其摩阻的大小直接决定是否能够实现转体。

4.球铰的加工及验收

（1）球铰的加工

球铰系统由下球铰定位支撑架、下球铰、销轴、四氟乙烯块、上球铰五部分组成，委托河南洛阳725船舶研究所加工制造。

（2）球铰的验收

球铰在运输过程中，为了保证球铰各构件不变形，按结构图组装运输（四氟块不安装）。

a 外观检查

全面进行外观检查，检查内容为：各构件是否齐全、是否按照设计图纸尺寸开孔；各构件是否有明显变形、各焊缝是否饱满、是否有松动迹象。

b 单件构件尺寸检查

检查单件构件截面尺寸，核实角钢材料型号是否符合设计图纸；游标卡尺检查钢板厚度及销轴直径是否达到设计要求，误差控制0.5mm。

c 下球铰曲率检查

将下球铰定位支撑架、下球铰、四氟乙烯块按设计位置安装，通过下球铰定位支撑架定位螺栓调平下球铰，即用电子水准仪测量使下球铰水平。用全站仪在球铰上放圆周点，通过同一个圆周上的点的标高差反应下球铰的曲率误差，允许误差±0.5mm。

d 上球铰曲率检查

将上球铰反置放于平地上后找平（测量球铰边线水平），用全站仪在球铰上放圆周点，通过同一个圆周上的点的标高差反应下球铰的曲率误差，允许误差±0.5mm。

5.球铰安装精度控制施工技术

（1）总体施工方案

依据设计情况，下承台底高程+2.354，下球铰定位支撑架底高程+4.175，下球铰最低点高程+4.433，滑道定位支撑架底高程+4.450。考虑到下球铰及滑道三维安装精度要求，下承台混凝土分四层浇筑完成，如图3所示。

第一层混凝土浇筑顶面高程+4.155，距离下球铰定位支撑架20mm；第二层周边混凝土浇筑顶面高程+4.430，内圈混凝土浇筑200mm，距离滑道定位支撑架20mm；第三层浇筑500mm；第四层下承台混凝土浇筑完成。如此分层主要考虑以下几方面原因：

a 第一层混凝土浇筑高度取决于下球铰定位支撑架位置，以方便安装为准；

b 第二层周边混凝土浇筑高度取决于滑道定位支撑架位置，以方便安装为准；内圈混凝土浇筑高度主要考虑下球铰套筒距离既有混凝土面高度仅270mm，且要保证混凝土浇筑厚度能够保证下球铰定位支撑架固定牢固；

c 第三层周边混凝土浇筑高度考虑要保证滑道定位支撑架固定牢固；只浇筑周边混凝土浇筑是考虑下球铰下钢筋众多，必须一次性浇筑。

（2）下球铰精确定位

在第一层混凝土浇筑完成后，首先复测下球铰定位支撑架设计位置处混凝土面高程，进而将下球铰定位支撑架按设计要求就位。在第二层混凝土的浇筑过程中，下球铰定位支撑架可能会有移动，其移动的偏差即通过下球铰定位支撑架上8个M20螺栓精确定位，滑道定位支撑架亦同。

（3）混凝土的浇筑

下球铰直径300cm，为保证下球铰下混凝土的浇筑密实，在下球铰上设置16个排气孔和8个振捣孔。除此之外，在浇筑过程中用橡胶锤不停击打下球铰，保证下球铰下混凝土浇筑密实。

（4）上球铰的安装

等待混凝土强度达到要求后，首先进行下球铰的清理工作，工作内容包括：钢丝刷打磨上下球铰曲面的铁锈，吸尘器清理销轴及四氟乙烯块孔内杂物。

a 安装销轴，将黄油聚四乙烯粉按计算量填充销轴孔内，保证销轴插入孔内后黄油溢出孔内，在露出销轴孔外的销轴上涂满黄油聚四乙烯粉，保证上球铰安装后黄油聚四乙烯粉从上下球铰之间溢出为准；

b 安装四氟乙烯滑块，根据聚四氟乙烯块的编号将球铰滑动片安装的相应的嵌孔内，安装完成后，检查各滑动片是否处于同一球面上，误差≯0.9mm。检查合格后，在球面上滑动片见涂抹黄油聚四乙烯粉，使黄油聚四乙烯粉均匀充满滑动片之间，并略高于滑动片表面，保证滑动片顶面有一层黄油聚四乙烯粉。涂抹完黄油聚四乙烯粉后，严禁杂物掉入球铰，并尽快安装上球铰。

c 安装上球铰，将上球铰清理干净后安装至设计位置，安装过程中禁止碰撞上球铰。

d 球铰的试转及锁定限位，上球铰安装就位后，推动上球铰转动两周，保证球铰间黄油聚四乙烯粉搅拌均匀并使多余的黄油聚四乙烯粉从上下球铰间溢出，同时验证了球铰能否顺利转动。试转完成后，用钢筋从四周固定上球铰，保证其在浇筑上承台过程中不再转动。

6.球铰安装施工质量控制措施

（1）球铰进场验收时，各构件的加工尺寸严格按照设计图纸验收；

（2）下球铰定位支撑架安装时，需加固牢靠，保证混凝土浇筑过程中其各方向位移量≯3.0mm；

（3）下球铰精确定位后，需要加固牢靠，保证混凝土浇筑过程中下球铰不移动；

（4）下球铰下钢筋密集，浇筑过程中时刻监控混凝土的塌落度，保证混凝土塌落度控制在220±10mm范围内；

（5）第四层混凝土浇筑时，采用无收缩混凝土浇筑，防止下球铰出现收缩性缝隙；

（6）所有球铰构件吊装过程中，均采用四点吊装，防止构件在吊装过程中变形；

（7）上球铰安装过程中，要保证泥沙及杂物不能掉入球铰内，做到随时清理。

7.结语

2014年3月4日青荣城际铁路转体桥试转成功，2014年3月6日转体完成。在试转及转体过程中，监控球铰受力正常；实际检测静滑动摩擦系数0.08-0.09，动滑动摩擦系数0.04-0.06，与设计相符；梁体转动就位后，主跨轴线误差4mm，边跨轴线误差2mm，高程误差7mm，达到合拢的误差要求。通过青荣城际铁路转体桥的顺利合拢，其球铰安装精确控制施工技术的施工实践，可为后期类似工程的施工提供借鉴。