高温环境下转体斜拉桥球铰施工关键技术

蒋新龙

（中铁十六局集团第五工程有限公司，河北 唐山 063000）

1 工程概况

木兰溪特大桥跨越分离式沈海高速公路，超临近既有杭深铁路，设计为（30+145+145+30)m独塔斜拉桥。其中，296#桥塔为宝瓶型桥塔，为国内首座独塔转体，该桥塔与杭深铁路客运距离仅为6.08m，为减少邻营施工对铁路运输的影响以及常规施工时的安全隐患，296#桥塔采用侧位现浇平转方案。该桥塔转体结构中球铰设计型号为12 000T，球铰直径3.7m，球铰底部设置3.09×3.09×0.6m 型钢支架，转体球铰结构图如图1 所示。转体球铰安装固定完成后浇筑混凝土，球铰底部混凝土采用C55 微膨胀混凝土一次性浇筑。该桥塔平转球铰吨位大、承重要求高、混凝土体积大且处于炎热夏季施工，而球铰安装精度及混凝土施工质量对转体时的安全、转体后施工精度等均有很大影响，因此，多举措规避高温环境所致影响，切实抓好球铰定位、球铰安装、混凝土浇筑等工序的过程控制极为关键。

图1 转体球铰结构图

2 施工关键技术

2.1 球铰进场验收

球铰在工厂制作完成后运输至现场进行安装，球铰进场前，应按要求对其合格证书、质检证书等进行检查，并按照设计图纸对其外观质量、规格尺寸进行检测，确保制作精度能够满足如下标准要求：球面粗糙度不超过12.5μm；球面曲率半径偏差不超过±0.5mm；球铰边缘各点高程偏差不超过1.0mm；球铰水平截面椭圆度不得超过1.5mm；下球铰球面各点偏差不超过0.9mm；下球铰内球面四氟滑片顶面偏差不超过0.2mm；球铰中心轴与转动中心轴应保持重合且偏差不得超过1mm；连接上、下球铰的钢套筒倾斜度不得超过0.3%，套筒中心轴与转动中心轴应保持重合且偏差不得超过1mm。

2.2 下承台混凝土凿毛

结合图纸设计要求，球铰为浇筑到承台内，下承台需要分2 次进行浇筑，第一次浇筑C55 混凝土至球铰支撑架底0.1m 处，并在球铰安装前对承台第一次浇筑的混凝土进行全面凿毛，该项目因承台面积较大，凿毛时采用空压机带动风镐进行凿毛。此阶段需要注意的是，在绑扎钢筋时应提前预埋好球铰支撑架定位钢板，并与球铰支撑架四个支腿做好焊接固定，进而有效保证球铰安装后的稳定性。

2.3 球铰底座安装

1）球铰中心、底座测量 承台顶面凿毛浮渣清理完成后，在预埋钢板与承台顶面位置放出球铰支撑架与球铰中心位置。由于296#桥塔球铰施工正值9 月份，处于福建夏季高温季节，为防止高温环境对测量放样精度产生影响，现场测量均安排在早晨5∶30～7∶30 间完成，整个过程采用“同步复核、现场监督、边测边调”进行控制。同时，为保证球铰施工测量的精准性，测量仪器采用莱卡1201 高精度全站仪做闭合导线，精密计算控制点坐标，特制球铰中心定位板进行中心定位，选择天宝Dini03 精密电子水准仪控制高程。

2）球铰底座安装、调平 根据下承台顶面预埋钢板上球铰支撑架位置进行弹线，然后利用25t汽车起重机将球铰支撑架吊放至指定位置进行安装，安装完成后按要求对支撑架进行精调。精调时先对支撑架4 个支腿位置进行调整，保证4 个支腿与4 块预埋钢板4 个点对正，然后再利用精密水准仪对标高进行调整，保证球铰支撑架顶面相对高差不超过5mm，标高调整可通过在支腿处垫设2～5mm 薄钢板，调整至指定位置后将支撑架与预埋钢板用角钢焊接固定，并用角钢将四周与承台预埋角钢固定牢靠，保证球铰支撑架稳固可靠。

2.4 下球铰安装

1）滑片安装 球铰支撑架安装完成并固定后开始安装球铰，球铰在地面上安装好四氟滑片，滑片安装时首先检查下球铰表面无变形、无损坏且椭圆度达标后，清理下球铰表面及嵌孔内灰尘，然后根据滑片编号安装至下球铰对应嵌孔内，安装时用橡皮锤轻轻敲打，确保滑片安装严密。安装完成后，检查滑片是否处于同一曲面，确保滑片顶面偏差不超过0.2mm。

2）球铰安装 下球铰安装前，先用锤球粗略定位，确定好球铰与支撑架对应轴线位置后，采用25t 汽车起重机将球铰吊装至支撑架上，然后采用定制球铰中心板精确定位，全站仪实时控制球铰中心，十字线对中法进行复核，确保球铰转动中心位置偏差满足：顺桥向±1.0mm、横桥向±1.5mm 的要求；球铰标高先采用普通水平仪调平，然后使用水准仪加测微器对球铰高程进行调整，确保球铰安装完成后球铰顶面处各点相对误差≯1mm，球铰中心偏差≯5mm，竖向垂直度1/1 000，对于偏差不满足要求的采用调节螺栓精调控制球铰高程与水平位置，调整到位并检查合格后，将调整螺栓固定，并用角钢进行焊接固定。

2.5 转体滑道安装

球铰安装完成后进行转体滑道的安装，滑道安装前先根据设计尺寸测量放线出滑道位置尺寸，与球铰支撑架同样施工工艺，分节段安装滑道支架，保证滑道支撑架和高程，调整完成后及时与承台预埋架立角钢进行焊接固定，然后分块进行安装滑道板，采用起重机和吸铁石进行安装，防止滑道板磕碰，滑道安装时应满足如下要求：3m 长度内的平整度≯1mm，径向对称点高差≯滑道直径的1/5 000。

2.6 下承台混凝土浇筑

1）混凝土浇筑前再次复测球铰与滑道位置，确保浇筑前的精度，并用油布将球铰覆盖。为防止下球铰出现收缩性裂缝，球铰底部采用C55微膨胀混凝土进行浇筑，浇筑厚度1m，浇筑量500m3，为大体积混凝土，混凝土内部按要求布设冷却水管，水管采用48mm 钢管上下两层回形布置，在296#基坑旁设集水箱为冷却水管提供循环水，浇筑过程中通水对大体积混凝土内部降温，同时布置测温元件实时监控混凝土内部温度，进而有效减小温度裂缝的生成几率，冷却水管、测温元件布置如图2 所示。

图2 冷却水管、测温元件布置

2）该项目混凝土浇筑正处于福建省夏季，为减小夏季高温环境所致影响，降低混凝土内部水化热量聚集，防止高温产生温度裂缝，项目通过优化混凝土配合比，采取二级配，使用低水化热、水化热产生均匀的水泥，并在保证混凝土性能满足设计要求的同时，掺加适量矿粉、粉煤灰替代水泥，以最大限度降低水泥水化热，进而避免混凝土温度裂缝的生成，配合比为：P·O42.5 水泥（384kg)∶细骨料（718kg)∶粗骨料（1078kg)∶粉煤灰（48kg)∶矿粉（48kg)∶减水剂（4.8kg)∶拌和水（144kg）=1.00∶1.87∶2.81∶0.125∶0.125∶0.013∶0.375，强度等级C55。同时，为降低混凝土入模温度与内部热量，混凝土拌制用砂石料提前3～5 天进料，以充分降温，拌制用水使用拌合站内的两口深水井，并通过加冰块使拌合水降温至2℃，水泥罐、粉煤灰罐、矿粉罐等储料仓采用喷淋系统洒水降温，现场混凝土罐车等待时采用水泵洒水降温，最终保证混凝土入模温度＜30℃。

3）由于转体球铰属于圆盘结构，下球铰下钢筋密集，使得底部混凝土难以浇筑密实，无法排气，为保证混凝土浇筑密实，须严格控制混凝土坍落度在220±10mm 范围内，并提前在球铰上布置排气孔与浇筑漏斗。在混凝土浇筑过程中，不得损坏管路，管路中储水密封，混凝土施工前，水管系统应加压试水试验，检查接头位置确保管路不漏水。分层浇筑一层后即开始通水降温，在混凝土温度达到峰值并开始下降后停止通水。通水散热结束后，将冷却水管内用与混凝土设计强度同标号的微膨胀水泥浆注浆填塞。

2.7 上球铰安装

1）按比例配制黄油聚四氟乙烯粉，在下球铰中心销轴套管中填满黄油聚四氟乙烯粉，将中心销轴插入套管，对中心销轴垂直度、周边空隙进行调整，并将套管外的销轴涂满黄油聚四氟乙烯粉，确保后期上球铰安装后有黄油聚四氟乙烯粉从球铰间溢出。

2）上球铰安装前，先将上球铰与下球铰接触面的灰尘清理干净，然后用起重机吊起上球铰，人工辅助张拉四角绳索将上球铰对准中心销轴缓慢下放至下球铰上，并对上球铰垂直度与四周间隙进行调整。

3）上球铰安装完成后，对上、下球铰相对位置进行检查，保证销轴两侧间隙一致，间隙误差≯3mm，若销轴偏差超标应利用倒链对上球铰位置进行微调，保证其与下球铰外圈间隙保持重合，同时，上球铰顶面须水平，其顶面处各点相对误差≯1mm，球铰转动中心位置符合设计要求：顺桥向±1.0mm、横桥向±1.5mm。

4）上球铰安装完成后，人工推动上球铰转动2 周进行试转，检验球铰是否能够顺利转动，通过试转使上、下球铰间黄油聚四氟乙烯粉均匀分布，转动至上、下球铰四周间隙有黄油均匀挤出即可停止转动，然后将挤出的黄油刮除，最后用宽胶带将球铰边缘缝隙包裹密实，防止泥沙杂质进入摩擦面。

5）完成球铰及滑道的安装后，对承台顶面杂质进行清理，开始绑扎球铰和剩余承台钢筋，先绑扎剩余承台钢筋，再安装球铰底部钢筋，球铰底部钢筋插入至承台内，安装时应注意躲避球铰与滑道，且球铰位置的钢筋应避免焊接。钢筋绑扎的同时应沿球铰滑道内外设置临时固定型钢，型钢采用16 根40 工字钢，保证主塔转体前球铰的稳定性。

3 结语

较一般斜拉桥施工相比，转体斜拉桥工艺技术复杂、施工要求偏高，而球铰相关施工工序作为转体斜拉桥的核心与关键，球铰、转体滑道等预埋件的安装是否足够规范、安装精度是否完全达标，或是下承台混凝土施工质量是否能够满足要求，均会在极大程度上影响到转体的成功与否、顺利与否、安全与否，因此，应高度重视，施工前制定、完善专项施工方案，抓好施工原材料、半成品质检关，落实规范施工，严格工序质检、验收，多措并举为斜拉桥顺利转体保驾护航。O