首座连续梁桥高墩墩中转体施工技术研究

方 兵

(中铁十一局集团第五工程有限公司 重庆 400037)

1 引言

跨越既有公、铁路或水上交通的桥梁越来越多，为了不影响下穿交通线路的正常通行，将桥梁施工对既有线路影响降至最低，桥梁转体施工技术的优越性便在这种情况下得到充分体现，而且该施工方法具有安全可靠、经济性好、工期短等优点，也正因如此，桥梁转体施工在桥梁建设中发挥了极大的作用，被越来越多的工程项目所采用，也逐渐得到广泛的推广。

根据转体结构的位置，桥梁平转法施工有三种方式，墩顶转体、墩底转体和墩中转体施工法。 目前工程师仅对墩顶及墩底转体施工法进行相关问题的研究[1-6]，对于墩中转体施工法研究较少，而本文依托大树龙川江三线大桥工程背景，详细介绍世界首座大吨位高墩墩中转体施工桥的建造过程，详细介绍墩中转体施工法关键技术，目的是为更好地推广墩中转体施工法，为类似工程积累经验及提供参考。

2 工程背景及技术难点

改建铁路成昆线永仁至广通段扩能工程DK725＋123 大树村龙川江三线大桥，位于黑井镇大树村村委会龙川江河谷内，为大树村车站内桥梁，线间距5.0 m，起止里程为DK724 ＋854.65 ～DK725 ＋315.45，采用5 ×32 m ＋(52 ＋88 ＋52)m 连续梁＋1×24 ＋2 ×32 孔跨布置，线路位于坡度6‰直线上坡，在DK725 ＋113.02 处上跨既有成昆线，交叉角度为22.8°，如图1 所示。 根据现场踏勘资料，为了保证施工进度、施工人员的安全及降低对既有线路的影响，经过分析研究选择墩中转体施工法。 其中墩中转体系统设置在6 号墩和7 号墩上，转体系统分别设置在离地面32 m 和41 m 高度位置且距离墩顶6 m 处。 其中6 号墩小里程转角为21.544°，7 号墩大里程转角为25.76°，如图2 所示。

图1 大树村龙川江三线大桥总体布置(单位:cm)

图2 大树村龙川江三线大桥平面布置

墩中转体可以解决墩底转体中重量过大和重心过高而导致重心不稳及转体过程中倾覆力矩过大的问题；同时可以解决墩顶转体体系转换的复杂和施工工艺控制难度大的问题，提高了结构的安全性、施工的安全，节省造价。 墩中转体结构也有其技术难点：

(1)墩中转体系统加宽结构。 墩中转体系统装置的安装在距离地面32 m 和41 m 高度，属于高空作业，危险性比较大，而且上下墩身的尺寸小于转体结构的尺寸，因此需要加宽结构来满足施工要求，提高施工的安全性。

(2)转体构件安装精度控制。 转体构件安装精度在0.5 mm 内，该精度主要针对转体过程中的转面水平度、接触面光滑度，直接影响转体的成败。

(3)墩中转体在转动过程中上下墩身承受较大的扭矩。 由于转体系统设置在墩身结构的中部，所以在转体过程中上下墩身将会产生较大的扭矩及临时支撑也受到较大的扭矩。 因此转体过程中，对墩身受力监测数据及监测方案的选择要细致规划，力求数据有效性，结合油缸行程传感器数据、锚具传感器数据，作为转体过程的主要指导。

3 墩中转体结构构造及施工工艺流程

3.1 墩中转体系统的构造

转体系统以球铰支承为主，采用钢球铰，分为上、下两片，在专业厂家定制。 在下墩身顶面设置下转盘，盘内设置下球铰及定位骨架、滑道、砂箱、牵引系统、转体定位限位装置。 上转盘设置撑脚，撑脚起抗倾覆作用，保证转体时转动体的稳定。 转体系统按可载力7 350 t 设计。 由于本项目采用的墩中转体装置平面尺寸大于桥宽，部分受力构件悬空，因此要对传统的转体系统进行改造，扩大桥墩支撑面[7]，进而设置墩中转体加宽体系即托架结构。 本桥墩中转体系统结构如图3 ～图5 所示。

图3 墩中转体结构平面布置

图4 墩中转体结构正面布置

图5 墩中转体结构侧面布置

3.2 墩中转体结构施工工艺流程(见图6)

图6 墩中转体结构施工工艺流程

4 墩中转体结构施工关键技术

4.1 转体下部结构施工

4.1.1 下部墩身施工

根据墩身设计结构尺寸进行球铰以下部位的墩身施工。 施工过程注意墩身垂直度和顶面标高的控制，在最后一个下部墩身节段前，复核并调节混凝土浇筑标高及墩身平面中心位置，避免侵入下球铰骨架预埋标高以及中心偏差过大。

4.1.2 钢管柱施工

采用钢管柱方案的目的主要是：一是为了转体系统构件搭设安装操作平台，便于现场转体系统施工；二是为了连续梁0 号块搭设支撑平台。 钢管柱采用直径为630 mm，壁厚为16 mm 的钢管，基础采用扩大基础，夯实满足要求后，浇筑500 mm 以上厚度的C30 钢筋混凝土。 钢管柱间采用20 槽钢交叉连接，靠近墩身的钢管柱连接至墩身预埋件处，保证整个支撑系统稳固。

4.1.3 墩中转体系统加宽结构施工

本项目转体系统加宽结构即托架结构，托架结构分为：转体下部托架结构和转体上部托架结构两部分，其中下部托架结构主要承受滑道传递的荷载，上部结构托架主要承受撑脚传递的荷载。 上、下部托架结构在地面组装，将组装好的上、下部托架结构通过吊装的方式精确安装就位，最后浇筑混凝土。

4.2 转体系统下部结构施工

4.2.1 下球铰定位架安装

下球铰定位架安装采用倒“T”型螺栓和定位钢板进行调节和固定。 首先，精确测量后将倒“T”型螺栓圆周均布地预埋在承台混凝土的设计位置，露出承台混凝土部位用胶带缠绕包裹保护。 然后，待承台混凝土强度达到设计要求后，清除胶带，在每个倒“T”型螺栓上依次安装下锁紧螺母、下垫片、下球铰定位骨架对应的定位点、上垫片和上锁紧螺母，此过程中保持下球铰定位骨架能相对活动。 最后，配合测量设备，移动下球铰定位骨架的位置，并调节下垫片、上垫片的条形孔垂直交叉共同将倒“T”型螺栓卡紧，最后再拧紧下锁紧螺母、上锁紧螺母将下球铰定位骨架固定[8]。 要求定位骨架顶面相邻点位置高差小于5 mm，便于下球铰和骨架连接时，调节球铰正面高差小于0.5 mm。

4.2.2 下球铰安装

下球铰采用的是直径为3 014 mm 钢球铰面，中心设φ270 mm 的钢转轴且在球铰底中心设置φ280 mm的钢轴套。 下球铰安装时首先利用球铰定位骨架及调节螺栓将下球铰临时固定，使用千斤顶临时支撑和升降，通过精测仪器定位指导调节螺栓，使其满足球铰顶面周边相邻点误差不大于0.5 mm 的要求。

4.2.3 滑道支撑骨架及滑道安装

由于墩中转体的特殊性，滑道宽度大于墩身宽度，需要先预埋并安装滑道支撑骨架。 该骨架对称于墩身两侧分布，贯穿墩身预埋。 滑道由滑板和支撑骨架组成，分单元拼接成圆环状。 安装时采用同下球铰定位架安装方式进行定位和调节。 安装完后，滑道处于同一水平面，相对高差不大于2 mm。

4.2.4 下球铰底面混凝土浇筑

下球铰底面混凝土设计为C50 微膨胀式砼。特别注意浇筑过程中施工设备及混凝土冲击对已定位好的球铰装置进行破坏或扰动。 通过下球铰面分布的排气孔对下方混凝土进行振捣，保证混凝土充实。 混凝土顶面标高应低于球铰顶面，避免后期转动干扰。

4.2.5 中心销轴安装

中心销轴为实心钢轴，直径270 mm，长1 110 mm；下球铰套筒为φ280 mm 的钢筒。 安装前，对销轴和套筒进行清洁干燥。 将黄油与聚四氟乙烯粉按比例混合后，均匀涂抹在套管四周，最后对中套管，将销轴轻轻放入。

4.2.6 涂抹硅脂和黄油

销轴安装完毕后，再次检查下球铰面是否清洁，在确保干净的情况下作业人员穿戴好防尘脚套，将硅脂均匀涂抹在聚四氟乙烯滑板上(聚四氟乙烯滑板和下球铰已连成一体)，聚四氟乙烯滑板分布在下球铰中心和外圈。 在聚四氟乙烯滑板涂抹完硅脂后，进行涂抹黄油，在下球铰面非聚四氟乙烯滑板的钢球面涂抹黄油，重点在下球铰面最外圈的钢球面上涂满黄油，确保上球铰安装后形成良好的密闭性，使得外界一切水、杂物不能进入。

4.2.7 撑脚安装

撑脚采用钢管混凝土结构，主要材料为外径60 cm的Q345d 钢管，下部由3 cm 厚钢板封口，内填C50微膨胀砼，多个撑脚底部水平高程高差不得大于2 mm，走板下设5 mm 聚四氟乙烯板且在转体前安装。 为保证撑脚与滑道间的15 mm 间隙，在撑脚安放前需制作15 mm 厚的砂槽(见图7)。 砂槽及撑脚安装后四周用防雨布进行包裹，防止雨水侵入，槽内砂子流失[9]。

图7 撑脚构造

4.2.8 砂箱安装

砂箱材料为φ400 mm 钢管，钢管壁厚14 mm，填充烘干处理过的石英砂。 根据预压试验收缩系数，按设计砂高度＋预留量充填石英砂。 由于砂箱顶部直接与上转盘混凝土面相接触，所以在施工上转盘底模时需要在设置砂箱的位置预留砂箱孔洞，砂箱下部采用薄橡胶皮支垫避免刮伤滑道钢板面。砂箱布置均匀且个数尽量为偶数个，确保结构受力均匀传递。

4.3 转体系统上部结构施工

4.3.1 上球铰施工

上球铰采用直径为3 700 mm 的球面板且球面板和加强板采用Q345 钢板。 第一，将上球铰清洁晾干后，在凸面涂抹一层硅脂。 第二，将上球铰吊至中心销轴上方，人工对准销轴缓慢放下。 第三，上、下球铰闭合后，转动上球铰，清除结合间隙处多余硅脂，并用胶带缠绕封闭[10-11]。 要求球铰形心轴与转动轴重合误差控制在1 mm 内，球铰平面相邻点高差小于0.5 mm。

4.3.2 上转盘钢筋绑扎与混凝土施工

首先上转盘钢筋参照设计图纸参数进行绑扎。然后向转体上部结构上转盘球铰钢箱内灌注C50微膨胀混凝土，转体上部结构其他部位采用C50 混凝土进行浇筑。 上球铰钢箱内混凝土要进行充分的振捣，且振动器不得触碰球铰转盘，造成转盘移位；混凝土由一侧浇入，扩散布满浇筑区域，每次层厚不大于50 cm；保证混凝土的和易性以便于流动；为了保证混凝土的密实度，还需从上盘墩身预留的灌注口进行压浆。

4.4 试转

天气条件允许情况下方能进行试转。 试转主要是检验设备、配重、受力监测等环节是否正常，转体参数是否满足实际情况。 在确认系统联通正常时，进行试转，收集数据。

试转时应测量转动体系的静、动摩擦系数[12]；监测转体结构的平衡，检查转动设备及转动路线有无障碍；检查转动机构有无变形或损坏。 试转结束后，及时分析采集的各项数据，并改进、完善正式转体方案，调整好各种转体施工设备，为正式转体施工做好准备。

4.5 正式转体

试转结束后，分析、整理各项检测数据，收集近期气象资料，当气象条件满足转体施工的要求时，及时向铁路管理局提交正式转体申请。 正式转体前再次进行现场交底及教育，检查应急预案是否落实到位；根据关键部位与施工环节部署好施工人员，协调好各个方面的工作，由现场总指挥统一安排。 正式转体时要注意以下几个方面：

(1)正式转体过程中，转动角度观测组密切观测转动角度变化，每转动1°向总指挥台报告一次。

(2)正式转体过程中，测量组反复观测主梁轴线偏位及各特征截面的高程变化情况，发现异常立即报告总指挥台；在梁端轴线距设计位置1. 5 ～0.5 m慢慢接近时，测量组向总指挥台每10 cm 报告一次梁端轴线距设计位置观测数据；在梁端轴线距设计位置0.5 m 后进入平转精确就位工序，每点动一次报告一次观测数据。

(3)正式转体过程中，平衡转盘观测组密切观测撑脚与滑道面之间的空隙及滑道面情况，有异常立即报告总指挥台。

(4)正式转体过程中，监控组连续监测各测点应力、应变变化情况，发现异常立即报告总指挥台。

(5)限位、纠偏施工人员应坚守岗位，若出现倾斜则随时准备施力保险或调整，转体到位后应及时抄垫塞紧，防止超转。

大树村龙川江三线大桥于2017 年11 月7 日成功实现墩中转体(见图8)，创下了世界铁路桥梁墩中转体高度(41.4 m)、单体重量(7 350 t)的施工记录。

4.6 封固上下转盘

清洗底盘上表面，采用帮条焊焊接上、下转盘预留钢筋，焊缝长度满足规范要求。 封盘时，采用二次封盘方式，第一次先封上、下转盘间混凝土，第二次采用同强度等级的灌浆剂对混凝土顶部的缝隙进行灌注。 封盘采用C50微膨胀混凝土，混凝土坍落度保持8 ～10 cm，拌制时掺入微量铝粉作膨胀剂。 上部墩身预留的上斜向管道作为排气孔和振捣孔，混凝土从单方向流入，以每个排气(振捣)孔均有混凝土流出作为封闭完满的依据，为方便振捣和增强封固效果，封盘混凝土周边尺寸和高度超出上盘20 ～30 cm。 浇筑过程中及完成后，不间断检查模板的稳固及板缝漏浆情况，及时加固处理，直到混凝土初凝时间达到后方可停止。

图8 转体完成

5 结束语

大树村龙川江三线大桥采用墩中转体，该技术为首创，开创了铁路桥梁建设史上桥梁墩中转体的先河，这标志着我国铁路桥梁建设又一次取得新的突破。 墩中转体技术在本桥的成功实践，可为类似工程积累经验并提供借鉴，具有广阔的推广应用前景。