特大桥混凝土连续梁转体施工技术研究

李连玉/中铁七局集团西安公司



特大桥混凝土连续梁转体施工技术研究

李连玉/中铁七局集团西安公司

【摘 要】由于桥梁转体施工方法在跨越既有线建设中能够安全快速施工，确保既有运输通道畅通，发挥出其独特的优势，产生显著的社会经济效益,因此有很大应用优势和广阔前景。本文主要介绍了特大桥混凝土连续梁转体施工技术要点，为同行提供参考。

【关键词】特大桥；混凝土；连续梁；转体施工

1.引言

目前国内外对于大跨度现浇连续梁施工，均采用了支架和挂篮施工。作为紧临既有线的桥梁施工，如按平常的施工方法，需从桥梁基础开始到主体工程竣工的各个施工阶段，考虑施工对运输的影响，皆涉及营业线或邻近营业线施工，工程可能干干停停，受运输生产的影响较大。桥梁转体施工技术将最关键的跨线施工转移到既有线外侧，大大减少了对运输的影响。某特大桥利用这一技术，既保证了繁忙的客专线正常通行，又便于梁主体结构的施工生产组织，对于加强施工安全和工程质量，有较好的作用。工程自开工以来，针对该线跨客专特大桥的施工，对施工方案进行了深入细致的研究。

2.施工方案提出

加强梁体线形控制措施，梁体线形控制是大跨度桥梁施工的关键。我国在转体施工方面也有先例，如在哈大客专、沪杭高铁项目中分别采用连续梁转体技术。转体技术研究内容主要是通过梁体结构形式确定转体用球铰吨位、型号，转体牵引力及惯性计算，通过施工过程对上下承台滑道、球铰的精密控制及称重等方法进行研究，确保连续梁转体成功就位。

通过结合平转法施工建立承重系统、顶推系统、平衡系统的相互关系，研究各系统控制技术及不良因素对施工的影响，减少施工误差，达到系统控制目标。线形控制方面关键技术为施工过程的仿真计算、梁体挠度监测。根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段模拟计算，确定预留拱度及立模标高，在施工过程中根据施工监测的结果对所产生的误差进行分析、预测和调整，以保证成桥后桥面线形以及合拢段两悬臂端标高的相对偏差不大于规范规定值，同时，保证结构内力状态符合设计要求。方法主要是通过建立平面及高程控制网及计算梁段重量误差与预应力张拉误差，来确定梁体的立模标高及平面位置。

按平转法施工建立承重系统、顶推系统、平衡系统的相互关系，研究各系统控制技术及不良因素对施工的影响，减少施工误差，使施工实际状态最大限度的与理想设计状态（线形与内力）相吻合，达到系统控制目标。

3.施工技术控制措施

连续梁平转法施工的转体系统主要由：承重系统、牵引系统和平衡系统三大系统组成，承重系统由上下转盘构成上转盘支撑转体结构，下转盘与基础相连，通过上转盘相对于下转盘的转动达到转体目的。牵引系统为施力设备构成，提供转体转动动力，通过牵引上转盘带动上球绞，达到相对于下球绞进行转动的目的。平衡系统由梁体结构本身自重及保证转体平衡的荷载构成。

3.1承重系统

承重系统是转体施工的关键，兼顾转体、承重、平衡等多种功能。主要由上转盘、下转盘、球铰、滑道等组成（图1），承重系统的核心结构是球铰。上转盘是承重的主要结构，其上设有防止梁体倾覆的撑脚；下转盘设有环道和助推反力座，在转体结构部分施工过程中上下转盘之间预设砂箱及精扎螺纹钢筋，起原始支撑和固定作用。

（1）球铰竖向反力计算。当偏心距为e时，转体由球绞和两个保险支腿三点支撑。在最不利位置时支腿至转轴中心距为r1。支腿竖向反力N2与球绞轴心处竖向反力N1 计算如下：N1=G×e／r1；N1=G-N2。式中，N1——球绞轴心处竖向反力；N2——保险支腿竖向反力；G——转体部分总重力；e—— 偏心距(一般取0.1 m一0.2 m)；r——最不利状态下保险支腿中线至转盘中心、距离。

（2）球绞平面半径计算。球绞球面半径一般取8 m，则球绞平面直径D计算如下：D≥2｛ N1/(π K[σ α]）}1/2；式中D——球绞平面直径；K——球绞接触面积折减系数(一般取0.65—0.7)； [σ α]——球绞下混凝土的标准抗压强度。

（3）转盘、球绞施工。转盘分为下转盘、上转盘两部分。上下转盘通过球绞连接，球绞一般采用钢板精加工而成。承台施工完毕后，精确安装球绞，定位后用注浆混凝土固定。上转盘附着在下转盘上安装，固定成型后，试平转运行，检查无误后进行上转盘施工。为保证压力的有效传递及球绞上、下盖的精确定位，在上、下转盘基础混凝土中预埋设钢筒与上、下球绞盖点焊连接。下转盘球绞定位后，灌注下球绞与下钢筒内微膨胀混凝土。球绞表面打磨光滑后在球绞表面涂抹一层厚度为1 em润滑剂(聚四氟乙烯粉与黄油的混合物，比例1：2。然后吊装上球绞盖，周边对称点焊上钢筒，完成上球绞盖的精确定位。

3.2牵引系统

顶推牵引系统由千斤顶、液压站及主控台等三部分组成。一般采用2台连续千斤顶，同步牵引缠绕于转盘上直径 7*15 mm钢绞线，形成水平转动的纯力偶。必要时在启动过程可设助力顶推千斤顶，保证转体启动动力(图2)。

（1）平转牵引力计算：转体总重量W为25000KN；其磨擦力计算公式: F=W×μ；启动时静磨擦系数按μ=0.1 ,静磨擦力F= W×μ=2500KN；转动过程中的动磨擦系数按μ=0.06；动磨擦力F= W×μ=150OKN。

（2）转体牵引力计算:T=2/3×(R×W×μ)/D；R为球铰平面半径,R=1.15m；D为转台直径,D=8m。μ为球铰磨擦系数,μ静=0.1 ,μ动=0.06。计算结果：启动时所需最大索引力T=2/3×(R×W×μ静)/D=240KN，转动过程中所需牵引力 T=2/3×(R×W×μ动)/D=144KN。动力储备系数1000KN/240KN=4.16，钢绞线的安全系数：7根/台×26T/根/24T=7.6。计算结果表明千斤顶动力储备和钢绞线的安全系数均达到了本类型工程施工的要求。

（3）牵引索选用。根据牵引力，每根牵引索采用的钢绞线根数n为：n=k*t1/（ɑ*ƒk）。式中：n——每束钢绞线根数；ƒk——钢绞线锚下控制应力 =0.75 fytp(fytp钢绞线标准强度)；a——单根钢绞线截面面积；k—— 材料的安全系数。

（4）穿索。退出前后工具夹片等夹紧机构，把带有穿索套的15 mm钢绞线逐一从前置顶尾部穿心孔内穿入，此时应注意将前后工具锚板各孔中心找正，再顺次穿过牵引装置上的前、后工具锚板，对中板上穿出。检查顶锚板上各钢绞线与锚板孔是否对正，同时保证钢绞线没有交叉和扭转，最后用手动拉紧器预紧各钢绞线，使各钢绞线松紧程度基本一致。

3.3平衡系统

平衡系统主要由桥梁本身的墩台身、上部结构和平衡荷载构成。桥梁的墩台身、上部结构在支架上施工成整体结构。平衡重主要为压重块，以保证转体施工时相对转铰平衡。

（1）称重。沿梁轴线的竖平面内，由于球铰体系的制作安装误差和梁体质量分布差异以及预应力张拉的程度差异，导致两侧梁段刚度不同，质量分布不同，从而产生不平衡力矩，使得悬臂梁段下挠程度不同。为了保证转体过程中，体系平稳转动，要求预先调整体系的质量分布，使其质量处于平衡状态。原理如下：以球铰为矩心，顺、反时针力矩之和为零，使转动体系能平衡转动，当结构本身力矩不能平衡时，需加配重使之平衡。即：M左一M 右= M配。式中：M左—— 左侧悬臂段的自重对铰心的力矩；M右—— 右侧悬臂段的自重对铰心的力矩；M配—— 配重对铰心的力矩。根据实测偏心结果，对于纵向偏心，采用在结构顶面的偏心反向位置，距离墩身中心线一定距离的悬臂段，调整水箱重量作为配载纠偏处理法。要使球铰克服静摩阻力发生微小转动，需要的转动力矩应大于等于静摩阻力矩。静摩阻力矩可由下式计算：

式中，N 为转体重量，R 为球铰球面半径，μ 0 为静摩擦系数。

（2）平转法施工保证措施采取如下：1）防倾覆措施采取在上转盘下设置6-8组撑脚；沿环道外侧布置4台大吨位千斤顶，调整转体的倾斜度；边跨压重，让球绞和撑脚的两后腿呈三点稳定支撑态势。

2）位控措施。利用预埋件和撑脚安放水平撑杆，防止脱模时转动体系倾斜或自动旋转。转体到位时，防止再度转动的措施主要有：①用混凝土块将上下转盘的孔隙垫紧；②焊接上下转盘之间的连接预埋件；③在边墩墩顶设限位挡块；④牵引索、转盘等作标记，设防超钢板，专人负责，避免转体到位后继续牵引。

3）微调措施。在边墩墩顶安装千斤顶，梁体转体到位后进行梁端高程微调。在转盘与承台间，防倾保险的千斤顶对转盘进行高程微调，保证转体的水平姿态。①纵向微调：在转盘之间，沿横轴线下，前后对称各设1台大吨位千斤顶。②横向微调：在转盘之间，桥轴线的左右对称各设1台大吨位千斤顶。 ③在边墩顶各设置2台大吨位千斤顶，转体到位后对结构实施竖向微调。

4.试验数值与理论对照分析

4.1转体时间及转动弧长计算

千斤顶的牵引理论速度 （mm/min）=泵头流量（L/min）/(2×伸缸面积)。理论上由于泵头的实际流量可根据要求从0到36L/min进行选择，所以转体的速度可根据设计的要求而设定在规定的时间范围内实现施工要求。根据转体角度62°及上转盘半径4m，计算出钢绞线牵引长度L=4.33m，转体悬臂段转动长度33.55m。现将YTB泵站流量调整为5L/min，计算出千斤顶动作速度V=（5÷0.062832）×60=4.77m/h。1).转体所用时间t=L/V=0.91h=55min。牵引钢绞线速度：4.33/55=0.08m/min。2).转体角速度：62°/55min=1.13°/min ， 即 0.019rad/min；3).转体悬臂端线速度：33.55÷55=0.61m/min。

表1　转动弧长计算

4.2最优数值的建立

根据理论计算和试转数据建立最优点动数据，利用最优点动数据进行转体中对位调整。理论每秒梁端转过弧长：0.61/60=0.010m，实际工程中试转每秒梁端转过弧长：0.061/5=0.012m，最优数据为0.010+0.012=0.011m

5.结束语

桥梁转体施工是指将桥梁结构在非设计轴线位置制作(浇注或拼接)成形后，通过转体就位的一种施工方法。它可以将在障碍上空的作业转化为岸上或近地面的作业。施工前应充分掌握特大桥桥梁转体法的转体施工原理及牵引体系、转体技术参数的计算方法，转体成功后应约束固定，以确保工程的质量。

参考文献：

[1]周广伟,黄龙华.桥梁转体施工技术[J].华东公路.2007(03)：95-182.

[2]陈英杰.桥梁转体施工技术研究与应用[J].中国市政工程.2006(02)：30-31.

[3]张雷.连续梁桥平转施工关键问题研究[D].重庆交通大学2011：28-34.