大跨度有平衡重混凝土球铰转体施工技术应用

张忠文

【摘 要】对大跨度有平衡重混凝土球铰拱桥施工技术，通过设计、计算分析，采用转体前称重、配重、试转体获取相关力学参数等一系列科学、有效的安全技术措施，保证了大跨度有平衡重混凝土球铰拱桥转体施工顺利进行。

【Abstract】For the spherical hinge rotating construction technology for the long span balanced heavy concrete， through design， calculation and analysis， a series of scientific and effective safety technical measures are adopted， such as weighing before rotation， counterweight， and obtaining relevant mechanical parameters by trial rotation. It can ensure the smooth construction of the spherical hinge rotating construction of the long span balanced heavy concrete.

【关键词】大跨度;平衡重;转体施工

【Keywords】large span; balanced weight; swivel construction

【中图分类号】U448.22                                       【文献标志码】A                                            【文章编号】1673-1069（2019）02-0160-02

1 项目简述

南渡江特大桥项目位于湖北省恩施州鹤峰县五里乡境内。桥梁起止里程：K3+479.070—K3+751.346，全长272.26m。大桥孔跨布置为2×18.6m +190.0m+25.0m形式，桥面寬10m，桥梁高度163.0m。主桥为净跨190.0m 的上承式钢筋混凝土等截面箱型拱桥，采用有平衡重混凝土球铰转体施工，其中，主墩3#墩转体角度143度，4#墩转体角度155度，单侧转动体系重量约5950t。

2 施工方案

鉴于大桥桥梁高度达到163m，无法采用原位支架法直接施工，因此，大桥采用了如下施工方案：首先，开挖主拱基坑，浇筑基础、下盘、磨心、磨盖、倒锥体、上转盘、墩身砼，在两岸利用地形开挖出土牛拱胎，搭设支架，将工厂预制焊接好的劲性骨架运往现场在支架上组装成完整的半跨拱形劲性骨架，同时施工引桥桥台及桥墩;最后，安装扣索和背索钢绞线，逐级交替张拉扣索和背索钢绞线;实现脱架，形成转动体系。形成转动体系后，即可按照称重、试转体、转体三个步骤完成大桥转体施工[1]。

3 转动体系称重

为了保证转体的顺利实施，最理想状态是采用中心支撑转动体系，即整个转动体系的重量都由中心球铰结构承受，这样结构受力明确，接触的部位只在中心球铰位置，可以有效地减少转动牵引力，但南渡江特大桥由于转体跨度大（悬臂达到95m），重心的变化受各变量参数的影响很大，特别是悬臂端由于悬臂较长，微小的荷载变化都会对桥梁的重心产生影响[2]。

通过转体重心计算偏心距，由于各参数如果全部精确控制获取，会存在实际偏心与理论计算不一致的情况，在转体过程中通过拱顶标高的变化可以进行定性判断。此时可以通过拱顶配重解决这一问题。对于球面转铰的转动体系称重方案，一般假设转体上盘及以上结构为一刚体，刚体绕球铰为中心沿纵桥向转动，通过在上盘底部，施加转动力矩，同时记录对应位置上由于转动力矩引起的位移。开始时，位移值缓慢均匀增长，当转动体处于转动力矩、不平衡力矩及静摩阻力矩三者共同作用下刚好处于平衡的临界状态时，位移将发生突变。通过称重试验中测得的顶升力和位移数据，绘制力位移曲线图，从中判断出曲线拐点位置，拐点所对应的力的大小即为临界力。变换顶升力和位移的测点位置，可以获得多组的试验结果。

如图 1所示，脱架结束后，球铰摩阻力矩、转动体不平衡力矩及静摩阻系数理论计算公式为：

①摩阻力矩 Mz>转动不平衡力矩 Mg时，力矩计算：

Mg=（P2L2-P1L1）/2 （1）

MZ=（P2L2+P1L1）/2 （2）

式中，P1、P2分别为沿纵轴线对称两侧顶推力大小，L1、L2为顶推力对应球铰磨心力臂长度。

②摩阻力矩 Mz<转动不平衡力矩 Mg时，力矩计算：

当 Mz

Mg=（P2L+PL）/2 （3）

MZ=（P2L-PL）/2（4）

式中，P2为千斤顶顶推过程中使球铰产生微小转动瞬间的顶力，P 为千斤顶回落过程中球铰产生瞬时转动的顶力，L 为顶推过程固定力臂长度。

通过公式推导最终得到：

磨心铰静摩擦系数：μ=Mz/（R×G） （5）

转动体偏心距：e=Mg/G （6）

式中，R 为球铰球面半径;G 为转体总重量。

4 转体

4.1 转体开始

第一，初始启动。

第二，正常启动。

待第一次初始启动完成后，静摩阻力已经基本克服，进入正常转动阶段。

①每侧3名工人现将油泵角度调整到位，在油泵前段加适当垫块，做好准备。

②启动千斤顶，按50kN一级对称缓缓给油加力，直至再次启动。油表同力值对应，同时记录正常转动油表读数。

③继续记录顶推时长。

④观察A、B类撑角运行过程中与环道间间距。撑角不接触环道即可。

⑤在拱圈端头，观测转体端头是否有障碍物，同时记录每分钟拱圈端头运行长度，规范要求每分钟端头转动长度不大于2m。

⑥每顶顶推长度按照15cm控制。

⑦ 拱圈端头标高测量记录。

依次循环……

第三，每节段反力体系运行情况

根据设计，每组反力孔间距为75cm，每次千斤顶顶撑运行长度为15cm，转体角度为1.6°，拱圈端头移动距离2.8m。每安装一次反力棒，千斤顶需向前推进5次，方可将反力棒向前再次移动。

千斤頂每推进一次，即在反力梁与I20顶铁之间加入方木垫块（顺纹）与钢板调节垫块组合，或更换I20顶铁。

理论每个千斤顶顶推推力约为15t，若利用2根反力钢棒时，千斤顶最大顶推推力不得大于50t，利用3根反力钢板时，千斤顶顶推推力不得大于100t。

4.2 转体接近设计轴线位置施工方法

①通过全站仪观测，以及在下盘设置刻度圆盘上盘设置指针两种方法观察，当转动体系转动到与设计轴线夹角到10°位置时，开始采取油泵点动方法顶推转动体系。

②先采用以上方法将4#墩转动至设计位置，并通过设置在拱顶的缆风绳，及下盘的限位装置对4#墩进行临时锁定。

③重复上述1过程，将3#墩转至设计位置。

④通过上下盘之间的450t油顶对拱圈标高进行调整，直至拱圈标高达到设计标高。

⑤临时锁定3#墩，通过2个10t倒链在拱顶位置将3#、4#拱圈上弦钢管进行连接，安装临时连接丝杠，锁定两边拱圈，形成刚性整体结构。

5 结语

南渡江特大桥实现了大角度大跨度混凝土球铰桥梁转体6小时30分、7小时的极短转体时间。磨心承重无偏心顶推的平衡转体，轴线偏差5mm、高程偏差15mm的极小偏差合龙等多项桥梁转体施工优异成果，充分展现了精湛施工技艺和管理水平，也为山区地区在大型机械、设备、材料等资源匮乏的条件下建造大跨度拱桥提供了宝贵的基础资料。

【参考文献】

【1】甘伟康. 桥梁工程施工风险安全控制技术研究[D].郑州：郑州大学，2013.

【2】阮欣. 桥梁工程风险评估体系及关键问题研究[D].上海：同济大学，2006.