橋梁轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

潘國安

摘要：轉(zhuǎn)體施工作為橋梁建造的一項新技術(shù)，近些年在橋梁施工領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。本文針對于其技術(shù)原理及應(yīng)用優(yōu)勢，結(jié)合實際案例，重點闡述轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵技術(shù)、力學(xué)試驗、轉(zhuǎn)體參數(shù)計算等內(nèi)容，以豐富轉(zhuǎn)體理論研究資料，為轉(zhuǎn)體橋梁施工提供參考。

Abstract： Aimed at the new bridge construction technology of bridge rotation construction in recent years， this paper analyzes its technical principles and advantages. Combined with the actual case， the key technology， mechanical test and parameter calculation of bridge rotation application are discussed in detail. With abundant data of rotation theory， the references for further bridge rotation construction are provided.

關(guān)鍵詞：橋梁轉(zhuǎn)體；施工技術(shù)；研究及應(yīng)用

Key words： bridge rotation；construction technique；research and application

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）10-0128-03

0 引言

轉(zhuǎn)體法是近些年橋梁施工中較為流行的新型橋梁建造技術(shù)。由于該工藝普及較晚，且多應(yīng)用于跨溝谷及既有線等特殊橋位的橋梁工程中，因此可供參考的理論研究資料還比較有限。對此，本文結(jié)合工程實例對橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)進(jìn)行全面解析，以豐富理論資料，供其它轉(zhuǎn)體工程參考。

1 轉(zhuǎn)體法的概念和原理

1.1 概念

因受施工條件限制，將橋梁結(jié)構(gòu)在適宜位置現(xiàn)澆或拼裝完畢后，通過轉(zhuǎn)動使其到達(dá)設(shè)計位置的施工方法，即為轉(zhuǎn)體法。通過轉(zhuǎn)體技術(shù)，將條件受限或難度較大的施工轉(zhuǎn)移到不受限制或難度較小的位置進(jìn)行，降低施工難度。轉(zhuǎn)體方式分為三種，一種是水平轉(zhuǎn)體法，即平轉(zhuǎn)法；一種是豎向轉(zhuǎn)體法，即豎轉(zhuǎn)法；另外一種為兩種轉(zhuǎn)體方式相結(jié)合的平豎轉(zhuǎn)體結(jié)合法。在實踐中經(jīng)常應(yīng)用到的是平轉(zhuǎn)法，它又分為墩頂轉(zhuǎn)體和墩底轉(zhuǎn)體兩種。

1.1.1 豎轉(zhuǎn)法

該方式主要應(yīng)用在拱橋施工，施工時在地面或低標(biāo)高處拼裝或者澆筑肋拱部分，完成之后以一側(cè)為支點將其整體上拉，使其豎向旋轉(zhuǎn)到設(shè)計標(biāo)高后合龍。施工體系主要由拉索、牽引系統(tǒng)以及索塔組成。

豎轉(zhuǎn)法中，轉(zhuǎn)鉸的質(zhì)量與安裝精度、拉索強(qiáng)度、牽引動力的穩(wěn)定性是保障豎轉(zhuǎn)安全、順利的重點。

1.1.2 平轉(zhuǎn)法

平轉(zhuǎn)法應(yīng)用范圍較廣，各種結(jié)構(gòu)橋梁均可采用。施工時在河流、深谷或既有線兩側(cè)地形條件較好地點先完成兩個半橋結(jié)構(gòu)，之后轉(zhuǎn)動兩個半橋結(jié)構(gòu)至設(shè)計位置后合龍。其施工體系由牽引、支撐以及平衡系統(tǒng)組成。

平轉(zhuǎn)法中，最主要的結(jié)構(gòu)是由上、下轉(zhuǎn)盤組成的轉(zhuǎn)動支撐系統(tǒng)，其中，上轉(zhuǎn)盤起支承的作用，下轉(zhuǎn)盤部分則同基礎(chǔ)或墩頂連接。在實際施工中，通過上下轉(zhuǎn)盤的相對轉(zhuǎn)動，將上部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)至設(shè)計位置。

1.1.3 轉(zhuǎn)體施工受力

轉(zhuǎn)體過程持續(xù)時間較短，轉(zhuǎn)體施工受力分析主要針對施工荷載、體系轉(zhuǎn)換以及變形控制等方面進(jìn)行分析。

之所以對轉(zhuǎn)體施工受力情況進(jìn)行一系列的分析，一是為了能使轉(zhuǎn)動體受力平衡，在轉(zhuǎn)動時能保持穩(wěn)定；二是保證橋梁受力在其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度容許范圍內(nèi)，不致因牽引引起結(jié)構(gòu)破壞；三是驗證支撐及錨固措施能否安全可靠。

1.2 工藝原理

工藝原理：預(yù)制一個可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動的軸心在橋臺或墩上，并且將軸心設(shè)為分界點，上面是可以旋轉(zhuǎn)的橋體，下面是固定的墩臺或基礎(chǔ)，上部構(gòu)造在條件較好位置完成后，旋轉(zhuǎn)至設(shè)計位置。

工程實際中，橋體重量通過墩身傳遞到上球鉸，通過球鉸間的四氟乙烯片傳遞至下球鉸和承臺。待橋體施工完畢后，拆除砂箱，將梁體重量轉(zhuǎn)移到下球鉸，測算力學(xué)參數(shù)并進(jìn)行配重。啟動連續(xù)千斤頂牽拉埋設(shè)在上轉(zhuǎn)盤的鋼絞線形成水平力偶，帶動上轉(zhuǎn)盤以球鉸為中心帶動橋梁上部進(jìn)行轉(zhuǎn)動就位，同時在轉(zhuǎn)盤等位置預(yù)埋應(yīng)變傳感器，以實現(xiàn)應(yīng)變及應(yīng)力的跟蹤監(jiān)控。

1.3 轉(zhuǎn)體法施工的優(yōu)點

在實際應(yīng)用中，轉(zhuǎn)體施工的優(yōu)點有：第一，適用性相對較強(qiáng)，可在橋梁跨越既有線或山谷、溝渠等特殊地形處施工；第二，僅需要幾組滑輪以及兩盤絞磨，即能夠在短時間內(nèi)通過自身結(jié)構(gòu)實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，施工設(shè)備、工藝簡單，節(jié)約成本及工期；第三，橋梁轉(zhuǎn)體部分的重量由球面混凝土軸心承受，橋墩混凝土軸心具有較大承載力，施工較為安全可靠；第四，能夠?qū)崿F(xiàn)整體半孔梁的預(yù)制，具有較強(qiáng)的整體性，能有效發(fā)揮梁體結(jié)構(gòu)型式的力學(xué)性能優(yōu)勢。

2 橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的應(yīng)用

2.1 工程概況

新建青日連客運專線牟家村特大橋上跨兗石鐵路，18#～19#墩跨越兗石線，橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計采用（40+64+40）m連續(xù)梁。連續(xù)梁采用平轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)體施工，以減少橋梁施工對兗石鐵路影響，確保行車安全。轉(zhuǎn)體主墩單“T”轉(zhuǎn)體長度62m，轉(zhuǎn)體角度48°，轉(zhuǎn)體重量3000t（圖1）。

2.2 轉(zhuǎn)體工藝流程

轉(zhuǎn)體施工整體的工藝流程如圖2所示。

2.3 轉(zhuǎn)體前準(zhǔn)備

在正式轉(zhuǎn)體施工前需做的準(zhǔn)備工作主要包括滑道清理、砂箱拆除以及橋面附屬結(jié)構(gòu)等（圖3）。在具體施工中，因上跨既有鐵路，需要制定詳細(xì)的轉(zhuǎn)體施工方案和預(yù)案，確保在計劃天窗時間內(nèi)完成轉(zhuǎn)體施工。

2.3.1 砂箱拆除及撐腳處理

在轉(zhuǎn)體開始前的兩到三天內(nèi)，要對砂箱進(jìn)行拆除作業(yè)。特別需要注意的是，在拆除過程中，要充分考慮到在拆除時梁體軸線以及梁端標(biāo)高變化情況，安排專業(yè)測量人員實時跟進(jìn)，并采用對稱的方式拆除砂箱，可以根據(jù)實際情況分幾次拆除完畢。

滑道及撐腳在試轉(zhuǎn)體前及時清理，避免因垃圾雜物產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動阻力。撐腳下方間隙主要是檢查是否有異物，可采用鋼板尺和鐵絲等工具檢查。滑道主要是對其表面污垢、垃圾進(jìn)行清理，并用錘敲法檢查混凝土的密實情況，保證轉(zhuǎn)體時梁體平穩(wěn)。

2.3.2 梁體配重

在實際轉(zhuǎn)體中，應(yīng)配置一定的平衡重，使轉(zhuǎn)體梁在靜力狀態(tài)保持平衡，有兩種方案：

第一種，梁體縱向傾斜配重方式。梁體在軸線方向為輕微傾斜狀態(tài)，即軸線上橋墩側(cè)撐腳同滑道接觸，另一側(cè)則離開。此方式能夠使轉(zhuǎn)體形成兩點豎向支撐，轉(zhuǎn)體穩(wěn)定性相對較高。

第二種，平衡轉(zhuǎn)體配重。即通過人工配重使梁體在靜力狀態(tài)下兩側(cè)保持受力平衡。此方式僅需要較小的牽引力即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動啟動，但穩(wěn)定性不如傾斜式配重。

本橋?qū)嶋H施工中采用平衡配重方式，并采取了增強(qiáng)轉(zhuǎn)體穩(wěn)定的措施，具體配重方案及計算見下文。

2.4 線性監(jiān)控及力學(xué)試驗

轉(zhuǎn)體施工較為復(fù)雜，在正式轉(zhuǎn)體前，需要進(jìn)行相關(guān)力學(xué)參數(shù)試驗，根據(jù)試驗參數(shù)確定轉(zhuǎn)體力、轉(zhuǎn)體速率、點動秒等相關(guān)轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)，為轉(zhuǎn)體施工順利實施提供理論數(shù)據(jù)。

2.4.1 梁體線性監(jiān)控

監(jiān)控工作分為兩項重要的部分，一是對標(biāo)高的監(jiān)控，二是對軸線的監(jiān)控，通過對監(jiān)控實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，便于操作人員對墩臺的轉(zhuǎn)體情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。在本工程中，梁體軸線單T布置兩個控制點，布設(shè)于梁體的兩端。轉(zhuǎn)體施工啟動前的準(zhǔn)備工作中，首先要在每側(cè)臨近轉(zhuǎn)體梁墩頂設(shè)測站（全站儀測站），并布置好測控點并鎖定測控方位，置鏡儀器的位置進(jìn)行互相檢測，四個棱鏡則要架設(shè)在軸線控制點上，在將梁體轉(zhuǎn)動到設(shè)計位置后鎖定方位角，并在轉(zhuǎn)動中實時跟蹤監(jiān)測梁端線行程體及轉(zhuǎn)動角度，以便在轉(zhuǎn)體中合理調(diào)整牽引速度避免超轉(zhuǎn)。

2.4.2 轉(zhuǎn)體力學(xué)參數(shù)驗算

轉(zhuǎn)體施工前，要通過試轉(zhuǎn)體測算轉(zhuǎn)動體部分的摩擦系數(shù)、不平衡彎矩等力學(xué)參數(shù)，并針對計算結(jié)果對轉(zhuǎn)動體進(jìn)行配重，以確保梁體轉(zhuǎn)動安全。

①轉(zhuǎn)體力矩及摩擦系數(shù)。

本次轉(zhuǎn)體采用四臺連續(xù)千斤頂，根據(jù)壓力表讀數(shù)求出千斤頂每次的推力，再測得千斤頂力臂，即可分別計算出四氟乙烯板和混凝土球面的轉(zhuǎn)體力矩，進(jìn)而計算四臺千斤頂?shù)牧睾蚆。

2.5 轉(zhuǎn)體實施

本次轉(zhuǎn)體使用智能連續(xù)頂推系統(tǒng)，其中主控、分控、連續(xù)千斤頂以及液壓泵站等幾部分是該系統(tǒng)最重要的組成部分。千斤頂采用拉繩位移傳感器做伸長位移采集，精度0.02mm，與泵站油泵變頻器組成閉環(huán)控制，實現(xiàn)壓力、位移雙重同步控制。

2.5.1 千斤頂?shù)牟贾?/p>

每個轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)均采用四臺連續(xù)千斤頂作為牽引動力，配備的所有設(shè)備型號均相同，并成套校驗標(biāo)定。實施前先將千斤頂布置好，連接千斤頂及牽引鋼絞線，并預(yù)緊鋼絞線。把力臂量好，把液壓油加足，同時油表也進(jìn)行重置。

2.5.2 轉(zhuǎn)體

轉(zhuǎn)體開始后，由指揮人員下達(dá)命令，所有千斤頂同時開始牽引。在橋體的轉(zhuǎn)動過程中，實時監(jiān)測和記錄壓力表讀數(shù)以及千斤頂力臂長度。因千斤頂行程有限，轉(zhuǎn)動過程中必須經(jīng)常變換其工作位置，以達(dá)到設(shè)計轉(zhuǎn)體角度，并及時監(jiān)測轉(zhuǎn)體施工中的各種數(shù)據(jù)。

2.5.3 轉(zhuǎn)動中橋面標(biāo)高的調(diào)整

轉(zhuǎn)動過程中，監(jiān)控測量人員對橋體標(biāo)高及軸線進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，橋面標(biāo)高變化超出正常范圍后要及時匯報給指揮人員，暫緩轉(zhuǎn)體，重新稱重配重進(jìn)行微調(diào)，調(diào)整到規(guī)范允許偏差后繼續(xù)轉(zhuǎn)動至設(shè)計位置。

2.6 上下盤封固

在澆筑下盤與上盤底面間隙混凝土?xí)r，要選用微膨脹混凝土，同時嚴(yán)格控制坍落度，避免因坍落度過小使球鉸周圍存在不密實情況。上轉(zhuǎn)盤混凝土澆筑時預(yù)留臨時振搗孔，作為轉(zhuǎn)盤間混凝土振搗的輔助孔。如果在施工中沒有對混凝土澆筑振搗孔進(jìn)行預(yù)埋，則可以按照分次的方式澆筑混凝土，即第一次澆筑到上盤底面，在澆筑前在上盤底面位置做好壓漿管道的埋設(shè)。當(dāng)完成第一次混凝土澆筑后，再進(jìn)行壓漿處理，保證上下盤混凝土密實。

3 結(jié)語

轉(zhuǎn)體施工技術(shù)隨著國內(nèi)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的不斷加大而得到更為廣泛的應(yīng)用，其轉(zhuǎn)體梁的噸位和跨徑也在不斷增大。本文通過青日連鐵路跨兗石線鐵路橋轉(zhuǎn)體施工的成功案例，說明轉(zhuǎn)體施工中轉(zhuǎn)體參數(shù)確定和線型監(jiān)控是轉(zhuǎn)體過程控制的關(guān)鍵和重要環(huán)節(jié)，希望通過本文論述為其它轉(zhuǎn)體施工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊建周，谷松博，郁圣維.連續(xù)梁墩頂轉(zhuǎn)體施工問題預(yù)防及處理[J].國防交通工程與技術(shù)，2016（06）：55-56.

[2]李福貴.大跨徑轉(zhuǎn)體施工T型剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)性能試驗研究[J].四川水泥，2016（11）：111-112.

[3]曹元均.橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)[J].有色金屬文摘，2015（01）：77-78.

[4]王勇明.京杭運河大橋轉(zhuǎn)體施工的技術(shù)要點[J].工程質(zhì)量，2010（12）：99-101.

[5]李子義，陳美妮.橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的應(yīng)用[J].商品與質(zhì)量，2009（S6）：66-67.

[6]陳靜.試論某大橋連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015（05）：211-212.

[7]張海斌.牟家村跨同三高速特大橋轉(zhuǎn)體梁稱（配）重施工技術(shù).