長懸臂連續(xù)箱體梁橋偏心水平自平衡轉(zhuǎn)體施工技術(shù)研究

賴見林,陳 嘯

（贛州創(chuàng)新公路開發(fā)有限責(zé)任公司,江西 贛州 341000）

0 引言

橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)是在現(xiàn)場適當位置，借助簡便支架或利用地形，先完成半橋預(yù)制，再將橋梁結(jié)構(gòu)自身作為旋轉(zhuǎn)體，利用機械裝備，基于橋臺或岸墩支撐，將兩個半橋分別轉(zhuǎn)動到橋址的軸線位置，形成一座完整橋梁的施工方法。轉(zhuǎn)體技術(shù)在克服橋梁施工場地方面具有明顯優(yōu)勢，但轉(zhuǎn)體操作的技術(shù)控制要求高，施工風(fēng)險大，一旦出現(xiàn)失誤，后果不堪設(shè)想。案例是一座非對稱彎曲長懸臂連續(xù)箱體梁橋，采用偏心水平自平衡轉(zhuǎn)體施工技術(shù)，有效保證了梁結(jié)構(gòu)偏心轉(zhuǎn)體的穩(wěn)定性[1]。下文將以該工程為例，重點介紹該偏心水平自平衡轉(zhuǎn)體操作方案、系統(tǒng)配置構(gòu)成、現(xiàn)場轉(zhuǎn)體操作控制等技術(shù)要點，為同類橋梁轉(zhuǎn)體施工應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 工程概況

某橋公路路橋跨越鐵路線，軌頂高程 80.35 m，與鐵路線交角50.4°。采用轉(zhuǎn)體施工方法，轉(zhuǎn)體平面位處曲線接直線和圓曲線緩接線上，轉(zhuǎn)體梁采用跨度 2×70 m布置，跨線孔徑 70 m，橋?qū)?10.4 m，全長140 m，橋下凈空采取軌頂+7.9 m+2.5 m設(shè)計。

轉(zhuǎn)體墩位處鐵路南側(cè)，轉(zhuǎn)體部分T型結(jié)構(gòu)長度為2×67.50 m，合攏段長度為2.50 m。上部箱體梁為單箱雙室斷面，T型結(jié)構(gòu)中支撐點梁高5.20 m，側(cè)支撐點梁高2.90 m，箱體梁底部呈1.8次拋物線漸變。

箱梁頂板設(shè)計采取直腹板結(jié)構(gòu)，頂板厚20～25 mm，頂板寬10.4 m，底板厚20～25 mm；邊、中腹板厚18 mm，腹、底、頂板均采取平鋼板加縱向肋設(shè)計。由腹板高差構(gòu)成橫坡橋面。

轉(zhuǎn)體采取偏心水平自平衡轉(zhuǎn)體方式，轉(zhuǎn)體重量2 459.21 t，轉(zhuǎn)體用時47.5 min，轉(zhuǎn)體角度為順時針49°。上轉(zhuǎn)盤徑值8.70 m，轉(zhuǎn)體定位中心軸直接為Φ15 cm，支撐座平面直徑為Φ1.75 m。

案例橋位處線路曲線上，受到曲率的影響，水平偏心扭矩較大，平面線形控制難度較大。由于橋址位于曲線區(qū)域，因此梁結(jié)構(gòu)軸線與轉(zhuǎn)動臺中心存在0.3 m偏心設(shè)計，以此平衡梁構(gòu)所存在的橫向扭轉(zhuǎn)力矩，保證橋梁轉(zhuǎn)體過程中結(jié)構(gòu)保持自然平衡狀態(tài)。

而且該橋跨度大，橋梁整體受力以垂向為主，與同等跨徑的直線橋梁相比，曲線橋梁的垂向撓度較大。為了抵消垂向載荷，加強預(yù)拱度設(shè)計，因此對裝配精度要求大幅提高，轉(zhuǎn)體施工過程中，要同時保證在垂向和平向兩個維度上控制轉(zhuǎn)體對接操作，種種因素決定案例橋梁的轉(zhuǎn)體控制難度較大。

2 轉(zhuǎn)體方案及系統(tǒng)配置

2.1 轉(zhuǎn)體操作方案

（1）轉(zhuǎn)體前檢驗鋼箱體梁裝配；完成護欄外側(cè)模板、鋼筋、護欄燈、防護屏、交通監(jiān)控、聲屏障等預(yù)設(shè)件的裝配。

（2）拆下支撐架，使T型結(jié)構(gòu)處于懸臂狀態(tài)。

（3）轉(zhuǎn)體部分測重，并測量重心所在位置，如有必要，給予配重。

（4）試轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體部分，轉(zhuǎn)動角度7°，分析轉(zhuǎn)體部分的相關(guān)參數(shù)。

（5）依據(jù)確定的轉(zhuǎn)體操作時間，以0.018 rad/min速率進行轉(zhuǎn)體，在上轉(zhuǎn)臺上裝配一個刻度盤進行控制，轉(zhuǎn)體應(yīng)一次到位。

（6）鎖定上下轉(zhuǎn)盤，固定轉(zhuǎn)體部分。

（7）裝配合攏段鋼體梁。

（8）完成橋面有關(guān)附屬結(jié)構(gòu)的施工。

2.2 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)構(gòu)成與配置

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)由轉(zhuǎn)體支座、支撐腳、滑道、轉(zhuǎn)體下盤、轉(zhuǎn)體上盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)、牽引反力座、牽引索、限位裝置、助力系統(tǒng)、微調(diào)系統(tǒng)組成。轉(zhuǎn)體支撐座起著重要作用，支撐腳用于保持轉(zhuǎn)體的穩(wěn)定。系統(tǒng)載承力設(shè)計為35 000 kN，通過兩套自動控制連續(xù)轉(zhuǎn)體千斤頂，將相同平衡力，連續(xù)穩(wěn)定地施加在轉(zhuǎn)體上，使旋轉(zhuǎn)部分圍繞旋轉(zhuǎn)支撐座的中心軸旋轉(zhuǎn)。操作過程中，進行測量監(jiān)控，數(shù)據(jù)實時上報給指揮員，指揮員參照監(jiān)控數(shù)據(jù)，準確指揮轉(zhuǎn)體操作。

2.3 轉(zhuǎn)體支座

設(shè)計采用ZTQZ-35MN轉(zhuǎn)體支座。該轉(zhuǎn)體支座由下球擺、上球擺、下錨桿、上錨桿、耐磨板、密封裝置、螺栓等功能部件構(gòu)成。球擺主體材質(zhì)選用ZG270-500材質(zhì)，熱處理以后，其機械性能和化學(xué)成分均滿足GB11352規(guī)范規(guī)定，加工支座所用焊接技術(shù)參照JB/T 5943和GB/T 985.1技術(shù)標準，采用超高分子量改性聚乙烯滑板作耐磨板，耐磨板滑動脂潤滑摩擦系數(shù)小于等于0.03。轉(zhuǎn)體支座的平面半徑取0.875 m[2]。

2.4 撐腳與滑道

撐腳采取鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，選擇Q235型鋼管，鋼管外徑60 cm，厚度24 mm，管內(nèi)澆筑微膨脹C50混凝土。將四氟乙烯板和鋼走板配置在鋼管下，前者厚4 mm，后者厚3.0 cm。走板底面按3級精度加工。承臺施工操作過程中，定位滑道骨架，給予精準預(yù)埋，通過螺栓連接骨架與環(huán)形鋼板，高度精確調(diào)節(jié)，焊接不銹鋼板于鋼板之上，不銹鋼板厚2 mm，使四氟乙烯板與不銹鋼板間存在相對滑動面。使撐腳與滑道間存在20 mm縫隙。

3 轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

3.1 施工準備

3.1.1 滑道清理

清理支撐腳，使支撐腳和滑道之間保持一定空隙，這是沙箱取出后保證梁體平衡的重要措施。將沙箱分組拆卸，使梁體重量作用于支撐座，切斷承載平臺和上轉(zhuǎn)盤間的連接鋼筋，以實現(xiàn)系統(tǒng)間轉(zhuǎn)換。清理滑道，保證滑道與支撐腳之間的空隙滿足需求。將黃油涂抹在道板前部以減少摩擦，并在支撐腳處設(shè)置聚四氟乙烯板。

轉(zhuǎn)體過程中，全部拆除沙箱以后，轉(zhuǎn)體自身平衡和配重平衡對轉(zhuǎn)體順利實現(xiàn)和施工安全具有重要作用，因此轉(zhuǎn)體部分需要進行稱重試驗。以獲得相關(guān)轉(zhuǎn)體力學(xué)參數(shù)，確保轉(zhuǎn)體順利完成。配重完成后，把位移傳感器、千斤頂安裝在橫梁的承載平臺底部，測量不平衡力矩。

3.1.2 稱重試驗

旋轉(zhuǎn)支撐座是轉(zhuǎn)體操作的重要裝置，其承載著旋轉(zhuǎn)體的所有重量。支撐座的摩擦系數(shù)與轉(zhuǎn)體牽引力密切相關(guān)。轉(zhuǎn)體段重量分布不均，支撐座結(jié)構(gòu)誤差，一定程度會導(dǎo)致墩兩端梁段的功效狀態(tài)有所不同，從而產(chǎn)生不平衡受力。因此在鋼箱體梁臨時支承拆除后和轉(zhuǎn)動前，給予稱重試驗。測試內(nèi)容一般包括：①轉(zhuǎn)體縱向力矩和縱向偏心距；②鉸球靜摩擦系數(shù)與摩擦力矩；③轉(zhuǎn)體需要牽引力；④明確轉(zhuǎn)體梁配重方案。

3.1.3 裝備測試

轉(zhuǎn)體過程中，所需的電器設(shè)施和液壓裝置應(yīng)在工廠進行標測；連接相關(guān)線路并連通電源；根據(jù)千斤頂力（以f動=0.03，f靜=0.05進行分析），計算各個泵站油壓值。根據(jù)該值調(diào)整泵站的極限允許油壓，并在空載條件下試運轉(zhuǎn)。同時檢查儀器是否能夠正常運行，并且，在多組溫度和不同時間段進行設(shè)備控制調(diào)試。

設(shè)置旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，包括主牽引系統(tǒng)和助力系統(tǒng)。設(shè)置主牽引系統(tǒng)千斤頂前，在下轉(zhuǎn)盤基礎(chǔ)區(qū)域預(yù)埋反力架、承舉架，滿足牽引過程中千斤頂與上轉(zhuǎn)盤預(yù)埋鋼絞線固定點位置保持同等高度。

嚴格調(diào)控每根定位鋼筋的垂直及水平規(guī)格，準確安裝牽引束，借助全站儀，準確裝配千斤頂，使各系統(tǒng)盡可能在純力耦合條件下正常運行。設(shè)置卡具并使用小號千斤頂，將鋼絞線逐一預(yù)緊，并保持緊繃狀態(tài)。在水平轉(zhuǎn)體過程中，牽引索相對較多，為了防止互相影響，每根牽引索都有自己的軌道。在運行過程中，每條牽引索都分別在各自軌道運行。以轉(zhuǎn)動支撐座為軸心，對稱裝配千斤頂、反力架。

施工初期，應(yīng)在預(yù)定轉(zhuǎn)體位置預(yù)先安裝限位裝置，并設(shè)置兩個備用千斤頂。轉(zhuǎn)體區(qū)段不做任何處理，在24 h后，檢測人員會依據(jù)測量結(jié)果，判別是否平衡。檢測懸臂端下?lián)现担侠砼渲煤蠑n段頂升支撐架，預(yù)留T型旋轉(zhuǎn)空間和梁高空間。

正式轉(zhuǎn)體前，整理轉(zhuǎn)體操作原始資料，做好施工過程監(jiān)控所需各項準備。檢查轉(zhuǎn)體受力點，如支撐座、滑道、上下轉(zhuǎn)盤等，確保無裂痕，無其他不良情況。拆除所有支撐架后，使用全站儀觀察橋體2 h以上。

3.1.4 限位裝置

準備防超轉(zhuǎn)機構(gòu)，在平轉(zhuǎn)就位處設(shè)置限位機構(gòu)，防止轉(zhuǎn)體超位。

3.1.5 推頂裝置

在相應(yīng)千斤頂反力座上，安裝2個輔助轉(zhuǎn)體千斤頂。

3.1.6 試轉(zhuǎn)

完成上述準備工作后，進行轉(zhuǎn)體試運行。再次仔細檢查各作業(yè)系統(tǒng)，拆去所有支承和配重。一切滿足標準后，啟動試運行牽引系統(tǒng)，對水平轉(zhuǎn)體系統(tǒng)狀態(tài)進行考核。同時測量轉(zhuǎn)體力矩、轉(zhuǎn)體速率等工程參數(shù)，為正式轉(zhuǎn)體提供依據(jù)。

3.2 正式轉(zhuǎn)體

（1）試驗完畢后，通過對實際測量數(shù)據(jù)進行分析，獲得控制轉(zhuǎn)體的相關(guān)參數(shù)，立即進行正式轉(zhuǎn)體[3]。

（2）在裝備運行過程中，施工人員要實時監(jiān)控，實時掌握橋面轉(zhuǎn)體狀態(tài)和動力系統(tǒng)運行狀態(tài)。當梁端距離設(shè)計位置5 m前，每轉(zhuǎn)體5 m，向指揮員匯報一次，在距離設(shè)計位置5 m之內(nèi)時，每轉(zhuǎn)體1 m匯報一次，梁端距離設(shè)計位置40 cm之內(nèi)時，每轉(zhuǎn)體2 cm匯報一次，當梁端距設(shè)計位置20 cm之內(nèi)時，每轉(zhuǎn)體1 cm匯報一次。為使控制系統(tǒng)實時掌握轉(zhuǎn)體狀態(tài)，在2 cm以后，應(yīng)每1 mm報告一次。

（3）走行環(huán)道預(yù)留空隙，鋪設(shè)四氟板作為轉(zhuǎn)體操作的平衡走行軌道。走板頂部與支撐腳底之間的空隙是19 mm。轉(zhuǎn)體進行過程中，由于負載不平衡，走行軌道同內(nèi)環(huán)平衡腳之間的距離存在變化。應(yīng)在對應(yīng)偏心部位墊四氟板，以糾正偏差。

（4）轉(zhuǎn)體即將到位時，系統(tǒng)應(yīng)暫停。為防止轉(zhuǎn)體過度，轉(zhuǎn)體即將到位時，動力系統(tǒng)改為點動狀態(tài)。每1次點動，監(jiān)測員必須上報一次軸線的運行狀態(tài)，以此類推，直到轉(zhuǎn)體成功。在轉(zhuǎn)體操作過程中，要借助全站儀觀測環(huán)道四氟走板和T構(gòu)兩端高程。

（5）保持連續(xù)轉(zhuǎn)體，做到一次轉(zhuǎn)體到位，過程盡可能不中斷。

3.3 轉(zhuǎn)體到位

（1）轉(zhuǎn)體到位之后，采用全站儀給予中線校正，中線偏差不可超過2 cm。

（2）轉(zhuǎn)體到位測量：①邊跨中心線落球校正，保證中心線與梁端中心線重合；②在箱體梁兩側(cè)，分別設(shè)置兩個全站儀，將每個裝備的視線方向配置在箱體梁設(shè)計中心方向，然后檢測轉(zhuǎn)體到位過程；③箱體梁兩端分別設(shè)置兩臺水平儀，檢測箱梁端部到位后的箱梁頂部標高。

（3）轉(zhuǎn)體到位后，箱梁由臨時支墩支撐，以保證轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，外側(cè)應(yīng)用安全網(wǎng)完全封閉，防止物體墜落，并設(shè)有專職防護人員進行保護。

（4）轉(zhuǎn)體到位后，立即開展固定操作。調(diào)整千斤頂所在的梁端標高并墊好。

（5）完成轉(zhuǎn)體以后，應(yīng)立即啟動封盤混凝土澆筑作業(yè)，并盡可能縮短轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)的固結(jié)時間。清理底盤的上表面，焊接固定預(yù)留筋，澆筑封裝混凝土，使上下轉(zhuǎn)盤固結(jié)成為整體。控制混凝土坍落度，有利于搗振和強化密封效果。

3.4 轉(zhuǎn)體控制措施

（1）現(xiàn)場施工操作過程中，指揮員通過對講機對全場操作進行指揮。

（2）配備兩臺千斤頂，相同公稱油壓，兩套同類型液壓裝備，嚴格控制油表壓力。

（3）即時連續(xù)轉(zhuǎn)體控制觀測。①在箱體梁上裝配速度感受器，實時反映轉(zhuǎn)速是否一致；②上轉(zhuǎn)盤外周點轉(zhuǎn)速控制在4 cm/min左右。轉(zhuǎn)體操作前，以每段1 cm長度在轉(zhuǎn)盤均勻標注刻度，并按順序編碼。在轉(zhuǎn)體過程中，即時觀察轉(zhuǎn)盤刻度的相對位變，以判斷旋轉(zhuǎn)速度是不是相同；③通過鋼絞線轉(zhuǎn)盤標記測量觀察鋼絞線的速度；④用全站儀校正中心線，中心線最大偏差不超過2.0 cm；⑤轉(zhuǎn)體到位后，箱梁采用臨時支承架支承，以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[4]。

3.5 轉(zhuǎn)體質(zhì)量控制

（1）轉(zhuǎn)體啟動。正常情況下，一套主從隨動的控制液壓升降系統(tǒng)可發(fā)生水平旋轉(zhuǎn)力偶，能利用拉拽纏繞在轉(zhuǎn)臺上的鋼絞線，帶動轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)。利用兩個已設(shè)置好的助力千斤頂均勻施力，使系統(tǒng)正常運行。若轉(zhuǎn)體無法正常啟動，應(yīng)該檢查撐角與環(huán)道連接處是否存在雜物，環(huán)道在此位置是否構(gòu)成上坡?？梢圆扇∏昂笄Ы镯斖瑫r啟動、手動增加牽引力等措施，使轉(zhuǎn)體重新轉(zhuǎn)動。

（2）牽引系統(tǒng)故障處理。轉(zhuǎn)體時，有可能發(fā)生裝備故障的情況，維修人員應(yīng)立即對裝備故障開展分析并修理恢復(fù)。如果確定不能在短時間內(nèi)排除故障，必須立刻報告指揮員完成裝備更換，以確保轉(zhuǎn)體的順利開展。

（3）機械裝備故障。如果牽引系統(tǒng)、泵站和控制系統(tǒng)的千斤頂發(fā)生故障，需要請專業(yè)修理人員盡可能在最短的時間內(nèi)開展維修。施工現(xiàn)場需要準備一定數(shù)量的裝備備件，以便裝備發(fā)生故障時，適時維修或更換。①漏油，更換或擰緊墊片；②如果行程開關(guān)出現(xiàn)故障或損壞，可調(diào)節(jié)或更換新的。如果泵站電磁閥工作不正常，應(yīng)重新更換；③如果泵站或千斤頂損壞，啟動備用裝備。如果千斤頂不同步，應(yīng)該調(diào)整相應(yīng)泵站的流量；④如果控制邏輯出現(xiàn)故障，應(yīng)開展人工程序干預(yù)；⑤如因風(fēng)過大（低溫）、牽引裝備故障等不可抗力要素不能順利完成吊裝，應(yīng)停機等待指揮員指揮。

（4）應(yīng)變和應(yīng)力異常。如果檢測到結(jié)構(gòu)應(yīng)變和應(yīng)力異常。需要立即檢查是不是因為設(shè)計缺陷、制備及裝配質(zhì)量、構(gòu)件的材質(zhì)等原因產(chǎn)生的問題。并且分析監(jiān)控結(jié)構(gòu)是不是可靠，找出問題原因，采取相對應(yīng)的補救措施。

（5）突然停電?？紤]到動力線路可能出現(xiàn)故障引發(fā)突然停電，應(yīng)在施工現(xiàn)場預(yù)留一臺大功率柴油發(fā)電機，當突然停電時，為轉(zhuǎn)體繼續(xù)施工提供充足電力儲備。

（6）惡劣天氣。轉(zhuǎn)體施工前一周，需要密切關(guān)注天氣情況。如發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)體當天有惡劣天氣，應(yīng)與相關(guān)部門協(xié)調(diào)，只有在確保安全的前提下，才能開展轉(zhuǎn)體。

4 結(jié)語

案例在轉(zhuǎn)體施工過程中，要同時保證在垂向和平向兩個維度上控制轉(zhuǎn)體對接操作，為保證順利、安全和高質(zhì)量地完成轉(zhuǎn)體施工任務(wù)，工程明確轉(zhuǎn)體施工方案，高質(zhì)量保證轉(zhuǎn)體系統(tǒng)構(gòu)成與配置，現(xiàn)場轉(zhuǎn)體作業(yè)前，細化工期準備和試轉(zhuǎn)體檢測。在現(xiàn)場正式轉(zhuǎn)體操作過程中，進行實時監(jiān)測并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)推進轉(zhuǎn)體，通過系列技術(shù)和嚴格操作，較好完成了非對稱彎曲長懸臂連續(xù)箱體梁橋偏心轉(zhuǎn)體施工任務(wù)。