預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)體矮塔斜拉橋施工技術(shù)要點(diǎn)研究

李彥榮

（中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

矮塔斜拉橋是頗具代表性的橋梁型式，橋型介于斜拉橋和連續(xù)梁（剛構(gòu)）橋之間，雛形為反拱形梁橋，在結(jié)構(gòu)形式等方面進(jìn)行了優(yōu)化，橋梁索塔高度低，兼具結(jié)構(gòu)性能突出和經(jīng)濟(jì)效益較高的突出優(yōu)勢(shì)，因此在橋梁工程建設(shè)中獲得廣泛應(yīng)用。轉(zhuǎn)體矮塔斜拉橋是跨越既有交通線的重要施工方式，對(duì)減少施工干擾有突出作用，但由于其作業(yè)細(xì)節(jié)豐富，需加強(qiáng)技術(shù)探討。

1 工程概況

京九鐵路和昌九城際鐵路為國(guó)家鐵路干線，為減少施工對(duì)鐵路運(yùn)輸影響，萬(wàn)寶路采用（95+160+95）m矮塔轉(zhuǎn)體斜拉橋跨越鐵路，主梁于線路兩側(cè)用支架現(xiàn)澆施工半橋，T 構(gòu)成型后轉(zhuǎn)體到位，施工合龍段。橋梁轉(zhuǎn)體主墩為1#和2#墩，其樁基、承臺(tái)施工均為鄰近營(yíng)業(yè)線施工。柵欄遷改和既有柵欄內(nèi)側(cè)邊坡土方卸載在天窗點(diǎn)內(nèi)封鎖施工，屬于Ⅲ級(jí)封鎖施工。

2 主塔設(shè)計(jì)概述

橋梁主塔高22m，采用等截面設(shè)計(jì)。順橋向?qū)挾?.5m，橫橋向?qū)挾?.8m，采用實(shí)心截面，橋塔四角設(shè)半徑40cm 倒圓角，混凝土材料標(biāo)號(hào)為C55。塔上斜拉索與主塔交點(diǎn)在豎直方向間距約為1m。全橋共有斜拉索44 對(duì)、共88 根。斜拉索采用鋼絞線拉索群錨體系，包含拉索及兩端錨頭、螺母、減震器、抗滑鍵配套系統(tǒng)、保護(hù)罩和防水罩的成套制品。鋼絞線在塔上以集束鋼管貫通錨固斜拉索，維持斜拉索的穩(wěn)定性。

3 工程重難點(diǎn)及施工對(duì)策

3.1 結(jié)構(gòu)尺寸大

轉(zhuǎn)體梁懸臂長(zhǎng)度達(dá)到78.5m，即便轉(zhuǎn)體支座轉(zhuǎn)動(dòng)體系做微小幅度的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于豎平面內(nèi)不平衡力矩的作用，轉(zhuǎn)體懸臂段的端部也有明顯的豎向位移，為保證轉(zhuǎn)體的平穩(wěn)性，需提升體系的抗傾覆穩(wěn)定能力，保證邊跨合龍段施工的順利完成。

3.2 結(jié)構(gòu)重量大

轉(zhuǎn)體總重202840kN，轉(zhuǎn)動(dòng)期間存在較強(qiáng)的摩阻力，轉(zhuǎn)動(dòng)的順暢性較差，以何種方式增加轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是高效轉(zhuǎn)體的關(guān)鍵。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)體矮塔斜拉橋施工技術(shù)

主橋箱梁澆筑施工完成后拆除支架，切除上下轉(zhuǎn)盤臨時(shí)固結(jié)，進(jìn)行稱重，完成配重，進(jìn)入轉(zhuǎn)體施工階段（見(jiàn)圖1）。轉(zhuǎn)體作業(yè)前，清理橋塔及主梁上臨時(shí)料具，拆除轉(zhuǎn)盤間臨時(shí)鎖定，完成稱重作業(yè)，進(jìn)入轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體到位后進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整并封鉸，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性。

圖1 轉(zhuǎn)體施工流程圖

4.1 轉(zhuǎn)體施工

轉(zhuǎn)體前，清理滑道的粉塵、鐵銹及其他雜物，適度打磨達(dá)到平整狀態(tài)。任何不利于轉(zhuǎn)體的障礙物均要得到清理，清理完成后，于滑道上鋪設(shè)四氟板和四氟粉。在上承臺(tái)設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)刻度，下承臺(tái)設(shè)指針，便于在轉(zhuǎn)體期間根據(jù)指針讀取的數(shù)據(jù)計(jì)算梁體旋轉(zhuǎn)的角度。梁體稱重后，測(cè)定不平衡重，以測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)采取配重措施，使梁體維持平衡的狀態(tài)。正式轉(zhuǎn)體前安排試轉(zhuǎn)，獲取轉(zhuǎn)體參數(shù)，經(jīng)過(guò)可行性評(píng)估后確定適宜的轉(zhuǎn)體方案。轉(zhuǎn)體作業(yè)的專業(yè)性強(qiáng)，質(zhì)量要求高，應(yīng)由具備資質(zhì)的單位負(fù)責(zé)實(shí)施。

4.2 牽引系統(tǒng)及設(shè)備測(cè)試

4.2.1 牽引動(dòng)力系統(tǒng)

一臺(tái)主控臺(tái)、兩套1000tZLD1000 型連續(xù)型牽引千斤頂、兩臺(tái)液壓泵站，配套高壓油管和電纜，構(gòu)成適用于轉(zhuǎn)體作業(yè)的牽引動(dòng)力系統(tǒng)。兩臺(tái)千斤頂對(duì)稱布置在轉(zhuǎn)盤兩側(cè)，千斤頂?shù)闹行木€高度與上轉(zhuǎn)盤預(yù)埋鋼絞線的中心線水平。動(dòng)力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試后方可轉(zhuǎn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，向油泵內(nèi)加注專用液壓油，優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)。按圖紙要求連接電路和油路，牽引動(dòng)力系統(tǒng)成型后安排調(diào)試，判斷系統(tǒng)異常狀況后加以調(diào)整，直至牽引動(dòng)力系統(tǒng)滿足轉(zhuǎn)體要求為止[1]。

4.2.2 牽引索上轉(zhuǎn)盤

利用千斤頂預(yù)緊牽引索鋼絞線，直至同一束中鋼絞線的受力幾乎相當(dāng)為止。待上轉(zhuǎn)盤位置的兩束牽引索布設(shè)到位后，采取防護(hù)措施，以免由于周邊電焊作業(yè)而受損或由于環(huán)境作用而銹蝕。下轉(zhuǎn)盤上埋設(shè)刻度指針，上轉(zhuǎn)盤標(biāo)注刻度，轉(zhuǎn)體過(guò)程中可以讀取數(shù)據(jù)，作為轉(zhuǎn)體控制的參考。

4.2.3 牽引設(shè)備測(cè)試

（1）轉(zhuǎn)體所需的電氣設(shè)備及各類配套設(shè)施在出廠前均要安排測(cè)試，附帶合格證書，從源頭上保證硬件設(shè)施的可靠性。

（2）按平面布置圖將到場(chǎng)設(shè)備安裝到位，連接信號(hào)線、油路，組成完整的牽引設(shè)備。

（3）試運(yùn)行，檢驗(yàn)牽引設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)千斤頂施力值反算泵站的油壓值，據(jù)此對(duì)泵站的最大允許油壓做合理的調(diào)整。試運(yùn)行期間，牽引設(shè)備的各組成部分均要可靠作業(yè)。

4.3 試轉(zhuǎn)

4.3.1 試轉(zhuǎn)角度

根據(jù)轉(zhuǎn)體連續(xù)梁與京九鐵路和昌九城際鐵路的位置關(guān)系，為保證試轉(zhuǎn)后梁體不侵入鐵路設(shè)備安全限界，梁體試轉(zhuǎn)角度取3o，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果顯示，按此角度轉(zhuǎn)動(dòng)后，梁端轉(zhuǎn)動(dòng)距離為3.38m，梁體與昌九城際下行線外軌、京九鐵路上行線外軌的最小距離分別約為19.39m、8.35m，試轉(zhuǎn)梁體需連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)2o，點(diǎn)動(dòng)1o。

4.3.2 試轉(zhuǎn)

（1）逐根預(yù)緊鋼絞線，預(yù)緊力取5～10kN，利用ZLD1000 型千斤頂以對(duì)稱的方式做多次預(yù)緊，使各鋼絞線達(dá)到均勻受力的狀態(tài)。預(yù)緊時(shí)，鋼絞線平行纏繞在上轉(zhuǎn)盤處。

（2）啟動(dòng)泵站，同步施力，試轉(zhuǎn)兩臺(tái)千斤頂，要求轉(zhuǎn)動(dòng)幅度合理，轉(zhuǎn)動(dòng)順暢進(jìn)行。無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，表明靜摩阻力較強(qiáng)，啟用輔助頂推千斤頂，增加作用力，直至正常轉(zhuǎn)動(dòng)為止。

（3）試轉(zhuǎn)期間，重點(diǎn)測(cè)量如下數(shù)據(jù)：其一，每分鐘轉(zhuǎn)速，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采取調(diào)控措施，直至轉(zhuǎn)體速度在許可范圍內(nèi)為止。每點(diǎn)動(dòng)一次后，及時(shí)測(cè)量懸臂端轉(zhuǎn)動(dòng)水平弦線距離，結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)做精細(xì)化的調(diào)控。其二，靜止啟動(dòng)時(shí)和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的最大牽引力等。根據(jù)作業(yè)方案，轉(zhuǎn)體速度以0.01745rad/min 為宜。根據(jù)試轉(zhuǎn)反算實(shí)際的靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)[2]。

4.4 正式轉(zhuǎn)體

4.4.1 轉(zhuǎn)體施工

現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)力等級(jí)對(duì)轉(zhuǎn)體作業(yè)具有影響，因此在轉(zhuǎn)體前先關(guān)注轉(zhuǎn)體期間的天氣預(yù)報(bào)信息，遇大風(fēng)時(shí)采取防控措施，最大限度地減小風(fēng)力對(duì)轉(zhuǎn)體的影響，天氣尤為惡劣時(shí)暫不安排轉(zhuǎn)體。此外，經(jīng)過(guò)試轉(zhuǎn)體后判斷平轉(zhuǎn)牽引系統(tǒng)的運(yùn)行特性、最大啟動(dòng)力、摩擦因數(shù)等各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)是否具有可行性，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后得到完善的轉(zhuǎn)體方案，以便正式轉(zhuǎn)體的順利進(jìn)行。試轉(zhuǎn)體時(shí)應(yīng)將智能連續(xù)牽引設(shè)備的工作速度設(shè)定至與正式轉(zhuǎn)體的工作速度一致，確保試轉(zhuǎn)體所采集數(shù)據(jù)具有可用性。試轉(zhuǎn)體過(guò)程應(yīng)分為至少三次點(diǎn)動(dòng)動(dòng)作，分別記錄轉(zhuǎn)體在連續(xù)牽引設(shè)備點(diǎn)動(dòng)停止后繼續(xù)依靠慣性滑移的距離，同時(shí)記錄連續(xù)牽引設(shè)備的牽引力值，計(jì)算出轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的摩擦系數(shù)，為正式轉(zhuǎn)體積累經(jīng)驗(yàn)。各撐腳位置均安排一人加強(qiáng)對(duì)撐腳與滑道間隙的觀察，視間隙變化情況采取控制措施，并在撐腳運(yùn)行前段墊放滑板[3]。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員及時(shí)采集觀測(cè)基點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)，注重對(duì)轉(zhuǎn)體支座、滑道、滑墩各設(shè)施的觀察，存在異常時(shí)反饋給控制臺(tái)，盡快處理。橋面兩端頭中心軸線合龍前2o時(shí)，每進(jìn)行10cm 由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員向控制臺(tái)傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；在中心軸線合龍前1o（弧長(zhǎng)1.37m 時(shí)），停止自動(dòng)控制，改為點(diǎn)動(dòng)操作；30cm 以內(nèi)，每1cm 報(bào)告一次；5cm 以內(nèi)，每1mm 報(bào)告一次。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的定期采集和報(bào)告，系統(tǒng)操作人員根據(jù)數(shù)據(jù)信息判斷轉(zhuǎn)體狀況，更具有效性地控制操作系統(tǒng)，直至轉(zhuǎn)體順利到位為止。計(jì)劃轉(zhuǎn)體連續(xù)轉(zhuǎn)體時(shí)間昌九城際側(cè)為81min，京九側(cè)為77.5min，點(diǎn)動(dòng)精確就位時(shí)間20min。

4.4.2 轉(zhuǎn)體精確定位控制

（1）轉(zhuǎn)體動(dòng)力系統(tǒng)提供手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種功能，供操作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)體作業(yè)條件做合理的選擇。為保證轉(zhuǎn)體精度，主梁端部即將到達(dá)設(shè)計(jì)位置前1o時(shí)調(diào)整為點(diǎn)動(dòng)操作的作業(yè)方式，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)做精細(xì)化的控制，最終轉(zhuǎn)體到位。

（2）點(diǎn)動(dòng)操作前，對(duì)上部轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)做水平校正。

（3）為避免轉(zhuǎn)體期間出現(xiàn)超轉(zhuǎn)現(xiàn)象，設(shè)轉(zhuǎn)體限位裝置。

（4）在上盤下設(shè)千斤頂，在梁端設(shè)水平微調(diào)裝置，由操作人員根據(jù)轉(zhuǎn)體情況細(xì)微調(diào)整縱橫向標(biāo)高，提高轉(zhuǎn)體精度。

4.4.3 施工過(guò)程中限位控制

在試轉(zhuǎn)過(guò)程中，通過(guò)多次不同時(shí)間段的點(diǎn)動(dòng)操作，獲取轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的摩擦系數(shù)，以及不同時(shí)間長(zhǎng)度的點(diǎn)動(dòng)操作對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)體慣性位移量，為正式轉(zhuǎn)體提供數(shù)據(jù)依據(jù)。若張拉千斤頂在轉(zhuǎn)體就位前停止?fàn)恳趹T性作用下轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)仍可向前轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)此特點(diǎn)，在止動(dòng)階段利用轉(zhuǎn)動(dòng)慣性實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)體就位。轉(zhuǎn)體最終階段測(cè)量梁體軸線的剩余距離，通過(guò)不同時(shí)間長(zhǎng)度的點(diǎn)動(dòng)操作使轉(zhuǎn)體逐步就位。為防止轉(zhuǎn)體超轉(zhuǎn)，可在滑道內(nèi)外設(shè)置限位裝置，限制撐腳的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。提前在轉(zhuǎn)體就位的區(qū)域布設(shè)工字鋼橫梁，轉(zhuǎn)體就位位置恰好是工字鋼橫梁與轉(zhuǎn)盤撐腳接觸的部位。在此次轉(zhuǎn)體中，共設(shè)置2 座限位裝置。

圖2 限位裝置構(gòu)造平面圖

4.4.4 轉(zhuǎn)體支座到位后的約束固定

轉(zhuǎn)體完成且檢測(cè)結(jié)果顯示平面位置和標(biāo)高均無(wú)誤后，于撐腳兩側(cè)下轉(zhuǎn)盤位置設(shè)型鋼反力架，根據(jù)撐腳布設(shè)情況在其底部打設(shè)鋼楔塊，起到維持轉(zhuǎn)體單位穩(wěn)定性的作用。全面清理底盤上表面附著的雜物，依次進(jìn)行預(yù)留鋼筋焊接、模板支設(shè)、混凝土澆筑、振搗作業(yè)，混凝土固結(jié)成型后，使上轉(zhuǎn)盤與下轉(zhuǎn)盤穩(wěn)定連接。

4.5 轉(zhuǎn)體精確就位

其一，轉(zhuǎn)體就位后，采用全站儀軸線校正，軸線允許偏差不大于L/6000mm。其二，轉(zhuǎn)體動(dòng)力系統(tǒng)有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩項(xiàng)功能可供選擇，考慮到轉(zhuǎn)體精準(zhǔn)性的要求，主梁端部即將到達(dá)設(shè)計(jì)值前137cm 時(shí)采取點(diǎn)動(dòng)操作的作業(yè)方案，期間加強(qiáng)測(cè)量，確定最大弧長(zhǎng)轉(zhuǎn)體數(shù)據(jù)。為保證點(diǎn)動(dòng)操作的可靠性，先完成上部轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的水平校正。于梁端設(shè)水平微調(diào)裝置，實(shí)現(xiàn)水平方向的精細(xì)化調(diào)節(jié)；于上盤下設(shè)千斤頂，操作人員根據(jù)轉(zhuǎn)體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷轉(zhuǎn)體情況，利用千斤頂對(duì)縱橫向標(biāo)高進(jìn)行微調(diào)；設(shè)限位裝置，控制轉(zhuǎn)體幅度，防止轉(zhuǎn)體超轉(zhuǎn)。頂面高程允許偏差15mm，合龍前兩懸臂端相對(duì)高差的允許偏差為合龍段長(zhǎng)的1/100，且不大于15mm。其三，轉(zhuǎn)體到位、各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)均無(wú)誤后，安排封盤混凝土澆筑，通過(guò)混凝土的固結(jié)將上下承臺(tái)連接至一體。

4.6 體系轉(zhuǎn)換

4.6.1 邊跨體系的轉(zhuǎn)換

作業(yè)時(shí)間安排在合龍段混凝土灌注完成且強(qiáng)度達(dá)標(biāo)時(shí)，以對(duì)稱的方式張拉合龍段鋼束，張拉作業(yè)人員嚴(yán)格控制張拉力。永久性活動(dòng)支座安裝期間需加強(qiáng)對(duì)支座頂板的控制，以混凝土澆筑時(shí)實(shí)際氣溫與設(shè)計(jì)值的差異為參考，保證支座頂板調(diào)整的有效性。

4.6.2 中跨體系的轉(zhuǎn)換

待1#、2#墩臨時(shí)固接被拆除后，安排中跨合龍段的施工作業(yè)。中跨體系轉(zhuǎn)換時(shí)，連續(xù)梁保持自由狀態(tài)（不受約束）。經(jīng)過(guò)對(duì)中跨合龍段混凝土的澆筑后，加強(qiáng)對(duì)彈性模量和強(qiáng)度的檢測(cè)，兩項(xiàng)指標(biāo)與設(shè)計(jì)值保持一致并且混凝土的齡期超10d 后，正式進(jìn)入張拉環(huán)節(jié)。以對(duì)稱的方式張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，張拉期間注重張拉數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和預(yù)應(yīng)力鋼絞線的完整性檢查，根據(jù)設(shè)計(jì)噸位控制張拉力，張拉后拆除邊跨現(xiàn)澆段支架，拆除時(shí)加強(qiáng)防護(hù)，拆除產(chǎn)生的構(gòu)件分類堆放到位，落梁后實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換操作。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，矮塔斜拉橋是橋梁建設(shè)領(lǐng)域的典型橋型，作為一種高次超靜定結(jié)構(gòu)，其對(duì)施工技術(shù)水平提出較高的要求，例如材料的性能、拼裝方式、索力安裝方法等均會(huì)對(duì)全橋建設(shè)效果帶來(lái)影響。預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)體矮塔斜拉橋以轉(zhuǎn)體的方式靈活跨越既有交通線，在保證橋梁建設(shè)有效性的同時(shí)減小對(duì)現(xiàn)場(chǎng)交通秩序的干擾，綜合應(yīng)用效果突出。經(jīng)過(guò)本文有關(guān)于工程實(shí)例的分析，提出轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝等方面的作業(yè)要點(diǎn)，總結(jié)轉(zhuǎn)體過(guò)程中的關(guān)鍵控制措施，希望對(duì)類似工程有參考作用。