大跨度有平衡重混凝土球鉸轉(zhuǎn)體施工技術(shù)應(yīng)用

張忠文

（中鐵一局集團(tuán)橋梁工程有限公司，陜西 咸陽(yáng) 401121）

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)述

南渡江特大橋項(xiàng)目位于湖北省恩施州鶴峰縣五里鄉(xiāng)境內(nèi)。橋梁起止里程：K3+479.070—K3+751.346，全長(zhǎng)272.26m。大橋孔跨布置為2×18.6m+190.0m+25.0m形式，橋面寬10m，橋梁高度163.0m。主橋?yàn)閮艨?90.0m的上承式鋼筋混凝土等截面箱型拱橋，采用有平衡重混凝土球鉸轉(zhuǎn)體施工，其中，主墩3#墩轉(zhuǎn)體角度143度，4#墩轉(zhuǎn)體角度155度，單側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)體系重量約5950t。

2 施工方案

鑒于大橋橋梁高度達(dá)到163m，無(wú)法采用原位支架法直接施工，因此，大橋采用了如下施工方案：首先，開(kāi)挖主拱基坑，澆筑基礎(chǔ)、下盤(pán)、磨心、磨蓋、倒錐體、上轉(zhuǎn)盤(pán)、墩身砼，在兩岸利用地形開(kāi)挖出土牛拱胎，搭設(shè)支架，將工廠預(yù)制焊接好的勁性骨架運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)在支架上組裝成完整的半跨拱形勁性骨架，同時(shí)施工引橋橋臺(tái)及橋墩；最后，安裝扣索和背索鋼絞線，逐級(jí)交替張拉扣索和背索鋼絞線；實(shí)現(xiàn)脫架，形成轉(zhuǎn)動(dòng)體系。形成轉(zhuǎn)動(dòng)體系后，即可按照稱重、試轉(zhuǎn)體、轉(zhuǎn)體三個(gè)步驟完成大橋轉(zhuǎn)體施工[1]。

3 轉(zhuǎn)動(dòng)體系稱重

為了保證轉(zhuǎn)體的順利實(shí)施，最理想狀態(tài)是采用中心支撐轉(zhuǎn)動(dòng)體系，即整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體系的重量都由中心球鉸結(jié)構(gòu)承受，這樣結(jié)構(gòu)受力明確，接觸的部位只在中心球鉸位置，可以有效地減少轉(zhuǎn)動(dòng)牽引力，但南渡江特大橋由于轉(zhuǎn)體跨度大（懸臂達(dá)到95m），重心的變化受各變量參數(shù)的影響很大，特別是懸臂端由于懸臂較長(zhǎng)，微小的荷載變化都會(huì)對(duì)橋梁的重心產(chǎn)生影響[2]。

通過(guò)轉(zhuǎn)體重心計(jì)算偏心距，由于各參數(shù)如果全部精確控制獲取，會(huì)存在實(shí)際偏心與理論計(jì)算不一致的情況，在轉(zhuǎn)體過(guò)程中通過(guò)拱頂標(biāo)高的變化可以進(jìn)行定性判斷。此時(shí)可以通過(guò)拱頂配重解決這一問(wèn)題。對(duì)于球面轉(zhuǎn)鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)體系稱重方案，一般假設(shè)轉(zhuǎn)體上盤(pán)及以上結(jié)構(gòu)為一剛體，剛體繞球鉸為中心沿縱橋向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)在上盤(pán)底部，施加轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)位置上由于轉(zhuǎn)動(dòng)力矩引起的位移。開(kāi)始時(shí)，位移值緩慢均勻增長(zhǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)體處于轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、不平衡力矩及靜摩阻力矩三者共同作用下剛好處于平衡的臨界狀態(tài)時(shí)，位移將發(fā)生突變。通過(guò)稱重試驗(yàn)中測(cè)得的頂升力和位移數(shù)據(jù)，繪制力位移曲線圖，從中判斷出曲線拐點(diǎn)位置，拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的力的大小即為臨界力。變換頂升力和位移的測(cè)點(diǎn)位置，可以獲得多組的試驗(yàn)結(jié)果。

圖1 稱重試驗(yàn)原理示意圖

如圖1所示，脫架結(jié)束后，球鉸摩阻力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)體不平衡力矩及靜摩阻系數(shù)理論計(jì)算公式為：

①摩阻力矩Mz>轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡力矩Mg時(shí)，力矩計(jì)算：

式中，P1、P2分別為沿縱軸線對(duì)稱兩側(cè)頂推力大小，L1、L2為頂推力對(duì)應(yīng)球鉸磨心力臂長(zhǎng)度。

②摩阻力矩Mz<轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡力矩Mg時(shí)，力矩計(jì)算：

當(dāng)Mz

式中，P2為千斤頂頂推過(guò)程中使球鉸產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)瞬間的頂力，P為千斤頂回落過(guò)程中球鉸產(chǎn)生瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的頂力，L為頂推過(guò)程固定力臂長(zhǎng)度。

通過(guò)公式推導(dǎo)最終得到：

式中，R為球鉸球面半徑；G為轉(zhuǎn)體總重量。

4 轉(zhuǎn)體

4.1 轉(zhuǎn)體開(kāi)始

第一，初始啟動(dòng)。

第二，正常啟動(dòng)。

待第一次初始啟動(dòng)完成后，靜摩阻力已經(jīng)基本克服，進(jìn)入正常轉(zhuǎn)動(dòng)階段。

①每側(cè)3名工人現(xiàn)將油泵角度調(diào)整到位，在油泵前段加適當(dāng)墊塊，做好準(zhǔn)備。

②啟動(dòng)千斤頂，按50kN一級(jí)對(duì)稱緩緩給油加力,直至再次啟動(dòng)。油表同力值對(duì)應(yīng)，同時(shí)記錄正常轉(zhuǎn)動(dòng)油表讀數(shù)。

③繼續(xù)記錄頂推時(shí)長(zhǎng)。

④觀察A、B類撐角運(yùn)行過(guò)程中與環(huán)道間間距。撐角不接觸環(huán)道即可。

⑤在拱圈端頭，觀測(cè)轉(zhuǎn)體端頭是否有障礙物，同時(shí)記錄每分鐘拱圈端頭運(yùn)行長(zhǎng)度，規(guī)范要求每分鐘端頭轉(zhuǎn)動(dòng)長(zhǎng)度不大于2m。

⑥每頂頂推長(zhǎng)度按照15cm控制。

⑦拱圈端頭標(biāo)高測(cè)量記錄。

依次循環(huán)……

第三，每節(jié)段反力體系運(yùn)行情況

根據(jù)設(shè)計(jì)，每組反力孔間距為75cm，每次千斤頂頂撐運(yùn)行長(zhǎng)度為15cm，轉(zhuǎn)體角度為1.6°，拱圈端頭移動(dòng)距離2.8m。每安裝一次反力棒，千斤頂需向前推進(jìn)5次，方可將反力棒向前再次移動(dòng)。

千斤頂每推進(jìn)一次，即在反力梁與I20頂鐵之間加入方木墊塊（順紋）與鋼板調(diào)節(jié)墊塊組合，或更換I20頂鐵。

理論每個(gè)千斤頂頂推推力約為15t，若利用2根反力鋼棒時(shí)，千斤頂最大頂推推力不得大于50t，利用3根反力鋼板時(shí)，千斤頂頂推推力不得大于100t。

4.2 轉(zhuǎn)體接近設(shè)計(jì)軸線位置施工方法

①通過(guò)全站儀觀測(cè)，以及在下盤(pán)設(shè)置刻度圓盤(pán)上盤(pán)設(shè)置指針兩種方法觀察，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)體系轉(zhuǎn)動(dòng)到與設(shè)計(jì)軸線夾角到10°位置時(shí)，開(kāi)始采取油泵點(diǎn)動(dòng)方法頂推轉(zhuǎn)動(dòng)體系。

②先采用以上方法將4#墩轉(zhuǎn)動(dòng)至設(shè)計(jì)位置，并通過(guò)設(shè)置在拱頂?shù)睦|風(fēng)繩，及下盤(pán)的限位裝置對(duì)4#墩進(jìn)行臨時(shí)鎖定。

③重復(fù)上述1過(guò)程，將3#墩轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)位置。

④通過(guò)上下盤(pán)之間的450t油頂對(duì)拱圈標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，直至拱圈標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

⑤臨時(shí)鎖定3#墩，通過(guò)2個(gè)10t倒鏈在拱頂位置將3#、4#拱圈上弦鋼管進(jìn)行連接，安裝臨時(shí)連接絲杠，鎖定兩邊拱圈，形成剛性整體結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語(yǔ)

南渡江特大橋?qū)崿F(xiàn)了大角度大跨度混凝土球鉸橋梁轉(zhuǎn)體6小時(shí)30分、7小時(shí)的極短轉(zhuǎn)體時(shí)間。磨心承重?zé)o偏心頂推的平衡轉(zhuǎn)體，軸線偏差5mm、高程偏差15mm的極小偏差合龍等多項(xiàng)橋梁轉(zhuǎn)體施工優(yōu)異成果，充分展現(xiàn)了精湛施工技藝和管理水平，也為山區(qū)地區(qū)在大型機(jī)械、設(shè)備、材料等資源匱乏的條件下建造大跨度拱橋提供了寶貴的基礎(chǔ)資料。