超大直徑球鉸體系安裝施工精度控制技術研究

徐剛

摘要：橋梁的轉(zhuǎn)體施工中，球鉸體系作為重要的工作部件，其安裝精度對整個工程的質(zhì)量和安全有著決定性的影響，施工實踐表明，球鉸體系安裝精度控制難度大，常因球鉸安裝精度不足、質(zhì)量差導致轉(zhuǎn)體失敗事故，造成巨大的經(jīng)濟損失，嚴重延誤工期。對此，本文對球鉸系統(tǒng)安裝精度及質(zhì)量進行研究，采取設置微調(diào)螺栓的方式，選用高精度電子水準儀，承臺砼分層澆筑，下球鉸設置排氣孔、振搗孔，以及精心制定實施細則等創(chuàng)新技術和措施，順利完成超大直徑球鉸及滑道高精度、高質(zhì)量的安裝，球鉸系統(tǒng)安裝精度的關鍵參數(shù)必須[≤]0.5mm，確保轉(zhuǎn)體進行準確對接。通過實際案例驗證，提出的施工精度控制方法和技術措施可行且可靠。

關鍵詞：橋梁轉(zhuǎn)體；大直徑球鉸；安裝精度控制；技術創(chuàng)新

中圖分類號：U446? ? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）02-0047-04

0 引言

對轉(zhuǎn)體橋而言，確保轉(zhuǎn)體順利進行的基礎及關鍵工序是控制好球鉸系統(tǒng)的安裝精度。由于球鉸半徑較小，所以球鉸安裝時會存在細微的誤差，但是在長梁跨的放大作用下，轉(zhuǎn)體“T”構(gòu)兩端軸線偏差將呈數(shù)十倍放大。球鉸安裝偏差過大，會導致轉(zhuǎn)體施工失敗，例如2019年某跨隴海鐵路的公路橋“T”構(gòu)轉(zhuǎn)體后，兩個“T”構(gòu)合攏端錯位超1.0 m，后期施工單位花費較大成本及延長工期才完成糾偏。事后施工單位查明，事故原因為球鉸系統(tǒng)的安裝精度不足，導致轉(zhuǎn)體后“T”構(gòu)出現(xiàn)偏差?；诖耍疚膶蛄恨D(zhuǎn)體施工中超大直徑球鉸體系的安裝施工精度控制技術進行深入研究，以期確保項目中的球鉸安裝精度達到目標要求，為轉(zhuǎn)體橋施工提供技術支持。

1 項目概述

廣西南寧市亭洪路延長線（規(guī)劃七路—南建路）上跨鐵路立交工程上跨南化站既有湘桂鐵路、南昆客專、規(guī)劃南憑鐵路。橋梁橋長595.02 m，橋上布置雙向六車道，按兩幅橋設計；橋梁總面積為22 566.7 m2，主橋上部結(jié)構(gòu)為2～80 m“T”形剛構(gòu)箱梁，總質(zhì)量為1.75萬t，采取支架現(xiàn)澆后再平面轉(zhuǎn)體的施工方式，該工程是南寧市首座市政轉(zhuǎn)體橋，也是目前西南地區(qū)質(zhì)量最大的轉(zhuǎn)體橋，其中左幅4#主墩轉(zhuǎn)體120°，右幅1#主墩轉(zhuǎn)體110°，刷新目前國內(nèi)市政轉(zhuǎn)體橋的施工轉(zhuǎn)體角度紀錄。

轉(zhuǎn)體原理是在牽引力的作用下，“T”構(gòu)以球鉸為中心進行水平轉(zhuǎn)動（或豎向轉(zhuǎn)動），球鉸是轉(zhuǎn)體動作的核心結(jié)構(gòu)。本項目球鉸設計的承載能力為180 000 kN，由上球鉸、下球鉸及銷軸3個組件構(gòu)成，下球鉸面板為圓弧形，用Q345鋼板制作，平面直徑均為4.0 m，厚度為50 mm，為超大直徑球鉸。銷軸的直徑為27 cm。下球鉸面板鑲嵌滑動片（φ60 mm的四氟滑動片），上、下球鉸面板間填充黃油聚四氟乙烯粉。球鉸的制作質(zhì)量及安裝精度對轉(zhuǎn)體施工的順利進行及轉(zhuǎn)體施工的安全具有決定性的影響。球鉸在專業(yè)廠家制作，制作質(zhì)量可控。故現(xiàn)場球鉸的安裝精度控制成為轉(zhuǎn)體施工的重中之重。轉(zhuǎn)體球鉸布置如圖1所示。

本文將滑道頂面高差、下球鉸正面相對高差、球鉸中心縱橫向誤差等關鍵參數(shù)均不超過0.5 mm定為球鉸系統(tǒng)安裝的精度控制目標。

2 提高球鉸安裝精度的技術措施

2.1 球鉸加工質(zhì)量及運輸控制

確保球鉸安裝質(zhì)量的前提是委托專業(yè)廠家生產(chǎn)的球鉸及滑道質(zhì)量必須滿足設計文件中的相關要求。

為控制球鉸及滑道鋼板的制作質(zhì)量，必須選擇技術能力過硬、產(chǎn)品質(zhì)量好的專業(yè)廠家，滑道、球鉸的制作質(zhì)量委托第三方專業(yè)檢測機構(gòu)進行檢測并出具質(zhì)量檢測報告。檢查內(nèi)容主要為上、下球鉸組件焊縫外觀、焊縫變形、焊接質(zhì)量、曲面加工誤差等情況。

球鉸完成制作及驗收合格后，要設計特制的定型支撐架輔助球鉸的運輸，避免球鉸在運輸過程中產(chǎn)生變形［1］。

2.2 滑道骨架、球鉸骨架的精調(diào)技術

當完成滑道骨架和滑析、球鉸骨架和下球鉸的安裝后，必須對滑道及下球鉸進行精確調(diào)平及水平對正，方能達到本項目規(guī)定的安裝精度控制要求。本項目起初使用微調(diào)千斤頂進行精確調(diào)平，但是效果較差，精度無法滿足施工要求。因此，本項目對現(xiàn)有技術進行創(chuàng)新，采取在球鉸骨架及滑道骨架上設置微調(diào)螺栓的技術措施進行精調(diào)，下球鉸高度微調(diào)螺栓如圖2所示。

滑板高度微調(diào)螺栓、下球鉸水平位置微調(diào)螺栓設置形式與圖2基本相同。下球鉸高度微調(diào)螺栓沿球鉸周邊均勻布設8處；下球鉸水平位置微調(diào)螺栓在縱橫垂直向分別對稱布設4處；在滑道型鋼骨架與滑道鋼板的每個接觸處均設置1個調(diào)微螺栓，滑道分成24個組件，共布設96個高差調(diào)微螺栓，微調(diào)螺栓為M20細牙螺栓，螺栓牙距為1.5 mm，即螺母旋轉(zhuǎn)一圈時的螺距為1.5 mm。人工操作的微調(diào)螺栓具有無級微調(diào)、操作簡單及螺母隨時自鎖的優(yōu)點，在施工時能夠按工程的實際情況進行精確調(diào)整；完成精調(diào)后，用點焊將微調(diào)螺栓的螺桿、螺母焊接固定，避免在后續(xù)的施工操作中因受其影響而出現(xiàn)擰動的情況。

2.3 精測設備的選用

能夠精確測量高程是確保精調(diào)操作的基礎，項目部目前使用自動安平水準儀的測量誤差（為1.5 mm/km）達不到精調(diào)要求的0.5 mm/km（項目部進行測量精度分析和誤差計算，需精度達到上述指標的水準儀方能達到精調(diào)要求），所以需要購置更高測量精度的電子水準儀，對多種電子水準儀的性能進行對比后，最終選擇“天寶”DINI型，其測量誤差為0.3 mm/km，能夠滿足精調(diào)施工控制要求。

2.4 承臺砼澆筑方案

通常，轉(zhuǎn)體承臺砼采取分2次澆筑的方案，從承臺底部至球鉸型鋼骨架底為第1次澆筑；安裝球鉸及滑道的型鋼骨架、下轉(zhuǎn)盤和下滑道；進行第2次澆筑至下球鉸頂部，并完成下球鉸及滑道的最終固定。進行第2次砼澆筑的目的是將滑道及下球鉸完全固定且不可進行調(diào)整，故要求球鉸及滑道骨架在第2次砼澆筑時不能出現(xiàn)任何滑移及偏位現(xiàn)象，需要投入更多的材料及人工對骨架進行充分加固。盡管采取了上述措施，但是實際施工中還是很難避免骨架的偏位現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)較大偏位，就會影響轉(zhuǎn)體施工，導致返工，給施工單位帶來巨大的經(jīng)濟和工期損失。

為避免出現(xiàn)上述偏位，本項目采取承臺砼分3次澆筑的方案（如圖3所示）。第1次澆筑砼至骨架底；安裝球鉸及滑道的骨架、下轉(zhuǎn)盤和下滑道，第2次澆筑砼高度為65.2 cm，先將型鋼骨架的下部固定，再對滑道及球鉸的安裝精度進行復核和調(diào)整；第3次澆筑砼至下球鉸頂部，將下球鉸固定。該方案的優(yōu)勢體現(xiàn)在第2次砼澆筑后，能將骨架牢牢固定，這樣能避免骨架出現(xiàn)偏位［2］，經(jīng)過再次精度復核調(diào)整后，可獲得最終的精度保證。

2.5 提高下球鉸下部砼澆筑質(zhì)量的技術措施

由國內(nèi)外施工實踐經(jīng)驗可知，影響球鉸最終精度及質(zhì)量的原因是下球鉸下部的砼澆筑不密實、出現(xiàn)空洞，使下球鉸在轉(zhuǎn)體“T”構(gòu)的巨大荷載作用下發(fā)生變形而出現(xiàn)質(zhì)量事故。故本研究采取有效的技術措施，確保下球鉸下部的砼澆筑質(zhì)量。

采取承臺砼分3次澆筑的方案，有利于球鉸下砼的振搗及質(zhì)量控制。

采取在下球鉸上設置排氣孔及振搗孔的技術措施［3］（如圖4所示）確保砼質(zhì)量。球鉸在廠家制作時，在下球鉸半徑R515 mm周線上均勻開設8個φ20 mm的排氣孔，半徑R835 mm周線上均勻開設16個φ20 mm的排氣孔；并在半徑R1 120 mm周線上均勻開設8個φ130 mm的振搗孔（振搗孔的四氟滑片等完成砼澆筑后再安裝）。上述孔洞還可以作為直接目測砼澆筑質(zhì)量的觀察孔。排氣孔及振搗孔的設置可以避免砼出現(xiàn)空洞及不密實的質(zhì)量問題。

3 安裝下球鉸、滑道定位骨架

3.1 球鉸型鋼骨架安裝

為確保滑道及球鉸的定位骨架不出現(xiàn)偏移情況，下承臺砼（厚5 m）分3次澆筑。第1次澆筑至3.68 m高處（骨架底部），在加工廠內(nèi)拼裝滑道及下球鉸的型鋼骨架及微調(diào)螺栓，然后將其運到橋位處，采用25 t汽車吊，整體吊裝至砼面的安裝處。實施安裝位置的測量及調(diào)整和測量骨架頂面標高，用千斤頂將骨架頂升至設計標高（預留2 cm）處；通過拉線及吊錘進一步檢測骨架4個角點及中心點偏差，用撬棍等工具進行人工精確調(diào)整，骨架安裝誤差＜1 cm。精確調(diào)整到位后，通過在骨架底焊接［14槽鋼支撐定位骨架，設置內(nèi)外斜撐（［14槽鋼）撐牢骨架，斜撐與承臺鋼筋焊接成整體。

3.2 滑道型鋼骨架安裝

首先，滑道骨架（外側(cè)直徑為8.9 m，質(zhì)量為7.3 t）在基坑上部進行預拼裝；預拼前先在地面畫出滑道骨架內(nèi)外側(cè)平面大樣尺寸，均分為24份，在均分處用φ20 mm的螺紋鋼筋焊接門式支架，支架平面頂高高出地面5 cm，然后在支架頂預拼滑道骨架。其次，在下承臺砼面放樣出滑道位置，采用［14槽鋼在放樣位置處均分為8份，焊接8組門式支架，支架頂內(nèi)寬1.5 m，支架頂部比設計標高預留低5 cm；待滑道骨架預拼完成且下承臺面槽鋼門式支架焊接完成后，采用100 t汽車吊，將2組12 m的2［14槽鋼做扁擔梁將滑道骨架整體吊放至下承臺預先焊接好的槽鋼門式支架上；將滑道骨架平面位置精調(diào)至5 mm以內(nèi)，水平相對高差控制在2 mm以內(nèi)；精確調(diào)整到位后，設置內(nèi)外斜撐（［14槽鋼）撐牢骨架，斜撐與承臺鋼筋焊接成整體。

3.3 球鉸安裝

用100 t汽車吊吊裝下球鉸，球鉸中心位置采用“十”字線法確定，在銷軸位置廠家特制鋼板處標示；用微調(diào)螺栓實施人工精調(diào)，用“萊卡”TS06POWER—2全站儀進行水平方向的定位測量，使球鉸轉(zhuǎn)動中心誤差順橋向不超過1 mm、橫橋向不超過1 mm。平面位置精調(diào)完成后，采取在球鉸骨架上焊接槽鋼進行限位，固定球鉸平面位置。

先用水準儀測量平面固定8個位置的高程，計算球鉸面高程及8個點的相對高差，采用小型千斤頂頂住球鉸下部，人工采用微調(diào)螺栓進行高度調(diào)整（螺母最大調(diào)整值為2 cm），采用“天寶”DINI3電子水準儀進行精調(diào)的高差測量，直至球鉸面高程誤差不超過0.5 mm，水平相對高差任意兩點誤差不超過0.5 mm；球鉸安裝標高精調(diào)完成后，采取在球鉸骨架上焊接槽鋼進行限位，固定球鉸高程位置。同時，將微調(diào)螺栓的螺桿與調(diào)位螺母點焊進行固定。

3.4 滑道安裝

首先，分塊吊裝滑道板，直至全部拼裝完成。其次，進行高程測量，通過微調(diào)螺栓進行精調(diào)，確保鋼板表面局部平整度小于0.5 mm，相對偏差控制在2 mm以內(nèi)，固定微調(diào)螺栓。最后，相連板與板之間接縫進行平整度檢測，采用電子水平儀進行平整度檢測。下球鉸和滑道安裝完成后，綁扎下承臺剩余鋼筋、預應力管道，澆筑砼。

3.5 上球鉸安裝、試轉(zhuǎn)

3.5.1 上球鉸安裝

下承臺混凝土滿足強度要求后，首先將下球鉸表面清理干凈，并在下球鉸表面均勻涂抹黃油聚四氟乙烯粉，吊裝中心銷軸。其次，在中心銷軸表面滿涂黃油。最后，采用100 t汽車起重機吊裝上球鉸；吊裝前，保證球面干凈無雜物，吊裝完成后，測量其中心位置，保證上球鉸的安裝精度。

3.5.2 上球鉸試轉(zhuǎn)

上球鉸吊裝到位后，在上球鉸肋板焊接鋼管作為旋轉(zhuǎn)推力架，順時針旋轉(zhuǎn)3周、逆時針旋轉(zhuǎn)6周，將多余的黃油聚四氟乙烯粉擠出，確保上、下球鉸吻合，并且觀察其轉(zhuǎn)動時的狀態(tài)，如出現(xiàn)問題要及時處理。在上、下球鉸的接縫處涂抹泡沫膠，并使用水泥砂漿密封，加蓋塑料薄膜防護。

4 精度控制效果檢查

在球鉸及滑道的安裝過程中未出現(xiàn)安全質(zhì)量事故，順利將球鉸及滑道準確就位。

4.1 滑道安裝精度

表面局部平整度最大高差為0.3 mm，相對最大偏差為0.8 mm。

4.2 球鉸安裝精度

經(jīng)多次復測安裝精度，球鉸中心縱向偏差為0.2 mm，橫向偏差為0；球鉸頂口任何兩點的最大高差為0.3 mm。

4.3 下球鉸下砼澆筑質(zhì)量

經(jīng)錘擊檢查，砼無空洞，結(jié)構(gòu)密實。

從以上關鍵指標可看出，圓滿完成球鉸及滑道的安裝精度及質(zhì)量控制目標。

5 結(jié)語

通過精調(diào)滑道骨架、球鉸骨架設備，設置承臺砼澆筑方案，控制砼澆筑質(zhì)量，精確安裝下球鉸、滑道定位骨架，以及檢查控制效果等技術創(chuàng)新措施，確保轉(zhuǎn)體橋的球鉸及滑道的安裝精度，為橋梁轉(zhuǎn)體施工提供重要支持和指導。本文所提項目是在現(xiàn)場采取型鋼與球鉸骨架焊接進行球鉸固定，由于焊接順序或焊接方法不當，完成固定后產(chǎn)生一些變形，對球鉸的安裝精度造成不利影響，下一步擬進行深入研究，爭取解決此問題。

6 參考文獻

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