跨武廣特大橋轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

王曉明

1 工程概況

跨武廣特大橋橋址位于湖北省咸寧市橫溝橋鎮(zhèn),橋位沿G 107國道走行,全長 1 483.534m,全橋 43墩 2臺(tái),橋梁跨越武廣高速鐵路位于武廣客專鐵路咸寧段,鐵路里程為K 1300+348。在該處跨武廣特大橋采用 48m+80 m+48m現(xiàn)澆連續(xù)梁斜跨武廣客專,斜交角度 155°(21孔 ～24孔);在施工時(shí),三跨連續(xù)梁在平行武廣客專線路方向的武廣客專兩側(cè)防護(hù)柵欄之外采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工;懸澆至最后一段跨中合龍段后,通過水平旋轉(zhuǎn) 22號、23號主墩承臺(tái)帶動(dòng)墩身及梁體轉(zhuǎn)動(dòng)使主梁就位,調(diào)整梁體線形、封固球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體系的上、下盤,最后澆筑合龍段,使全橋貫通。轉(zhuǎn)體段梁長2-(39m+39m);轉(zhuǎn)體總重量 2-4 500 t,為中心承重轉(zhuǎn)體?？缥鋸V特大橋橋下有武廣上下行客車線共計(jì)2股道,既有線的線間距5m。武廣線全程行車速度350 km/h,行車密度30min/趟,每天有 40對列車行駛。

2 主要施工技術(shù)方案

2.1 轉(zhuǎn)體施工方案綜述及流程

采用中心支承轉(zhuǎn)動(dòng)、輔以保險(xiǎn)平衡腳穩(wěn)定的方案,并以中心支承為轉(zhuǎn)體體系。在上下層承臺(tái)間設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)體系,轉(zhuǎn)盤采用專用球鉸。

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由下轉(zhuǎn)盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)組成。下轉(zhuǎn)盤(下承臺(tái))為支承轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)全部重量的基礎(chǔ),轉(zhuǎn)體完成后,與上轉(zhuǎn)盤共同形成基礎(chǔ)。下轉(zhuǎn)盤上設(shè)置轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的下球鉸、撐腳的環(huán)形滑道及轉(zhuǎn)體拽拉千斤頂反力座等。下承臺(tái)頂面,布置不銹鋼環(huán)道、助推反力孔、牽引反力支座等;上承臺(tái)底面布置鋼管混凝土撐腳、托盤,撐腳底部距離下轉(zhuǎn)盤滑道頂面 30mm,保證脫架后環(huán)道撐腳懸空,形成中心承重轉(zhuǎn)動(dòng)體系。路線兩側(cè)各采用2臺(tái)ZLD100型 100 t連續(xù)千斤頂作為牽引千斤頂形成牽引力偶,2臺(tái)普通QJ100型 100 t千斤頂作為啟動(dòng)助推千斤頂。牽引反力支架布置于下承臺(tái),牽引索布置于上承臺(tái)底部。箱梁澆筑完成后,拆除砂箱形成轉(zhuǎn)動(dòng)體系,啟動(dòng)牽引系統(tǒng),上承臺(tái)、墩身及箱梁形成的整體繞下承臺(tái)頂面中心位置設(shè)置的鋼軸旋轉(zhuǎn) 25°左右,到達(dá)設(shè)計(jì)位置、精確測量并臨時(shí)限位后,及時(shí)連接豎向鋼筋并采用 C50微膨脹混凝土填充兩層承臺(tái)間的縫隙進(jìn)行封盤。

轉(zhuǎn)體施工工藝流程圖見圖 1。

2.2 橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)方案

2.2.1 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

下轉(zhuǎn)盤(下承臺(tái))為支承轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)全部重量的基礎(chǔ),轉(zhuǎn)體完成后,與上轉(zhuǎn)盤共同形成基礎(chǔ)。下轉(zhuǎn)盤上設(shè)置轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的下球鉸、撐腳的環(huán)形滑道及轉(zhuǎn)體拽拉千斤頂反力座等。下轉(zhuǎn)盤分三次澆筑施工:第一次在綁扎底層鋼筋網(wǎng)片及側(cè)面面層鋼筋,并綁扎承臺(tái)內(nèi)豎向鋼筋后,立模澆筑混凝土;第二次在下球鉸和滑道安裝固定后,綁扎其余鋼筋,澆筑第二層混凝土;第三次澆筑球鉸下凸出部分的混凝土。上轉(zhuǎn)盤(上承臺(tái))分兩次澆筑施工。第一次在上球鉸安裝和鋼撐腳完成后,綁扎上球鉸鋼筋網(wǎng)片及轉(zhuǎn)臺(tái)鋼筋,澆筑混凝土;第二次澆筑上轉(zhuǎn)盤剩余部分混凝土。

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成見圖 2。

2.2.2 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)動(dòng)摩擦力矩及牽引力計(jì)算

1)力矩計(jì)算。

根據(jù)JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范第16.4.3條,T= 2FfR/3D,M1=T1D1=2f1GR1/3=2(D/2)Gf1/3=2 700 kN?m。

2)牽引力計(jì)算。

考慮動(dòng)摩擦力矩全部由兩束牽引鋼絞線索承受,則鋼絞線索牽引力T1為:T1=M1/D1=337.5 kN。

其中,M1為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)球鉸處動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的力矩,kN?m;T1為牽引力,kN;f1為動(dòng)摩擦系數(shù),按JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范第 16.4條,考慮四氟板圓柱形實(shí)體滑塊涂抹黃油四氟粉后與鋼板之間的摩擦力較小,取f1=0.06;G為轉(zhuǎn)體總重力,取45 000 kN;D為球鉸外徑,D=3.0 m;R1為球鉸水平投影半徑, R1=D/2=1.5m;D1為牽引力偶臂(轉(zhuǎn)盤半徑),D1=8.0m。

3)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)靜摩擦力矩及助推力計(jì)算。

靜摩擦力產(chǎn)生的力矩Mj:Mj=2f2GR1/3=4 500 kN?m。

助推力計(jì)算:

考慮動(dòng)摩擦力矩與靜摩擦力矩間的差值全部由轉(zhuǎn)盤撐腳處的2臺(tái)助推千斤頂承受,則有:T2=(Mj-M1)/(2R2)=276.9 kN。

其中,T2為助推力,kN;Mj為靜摩擦力產(chǎn)生的力矩,kN?m; R2為撐腳中心線至鉸中心的距離,R2=3.25m;f2為靜摩擦系數(shù),按JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范第16.4條,取f1=0.1。

4)牽引千斤頂選擇。

選用φ15.2-7鋼絞線作為牽引索,其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度:fytp=1 860MPa, n=7;單根截面面積:A=140 mm2;鋼絞線錨下控制應(yīng)力fk= 0.75fytp=1 395 MPa。

則單束鋼絞線容許應(yīng)力[T]:[T]=nAfk=1 367.1 kN＞ 337.5 kN。

安全系數(shù):K1=[T]/T1=3.62＞2,滿足要求。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定千斤頂及助推千斤頂,采用 2臺(tái) 1 000 kN連續(xù)千斤頂分別對稱布置,則動(dòng)力系數(shù):η1=T1/F1=0.377＜0.85,滿足要求。

同理,助推千斤頂選用 2臺(tái) 1 000 kN螺旋千斤頂,則動(dòng)力系數(shù):H2=T2/F1=0.277＜0.85,滿足要求。

5)慣性制動(dòng)距離計(jì)算。

轉(zhuǎn)動(dòng)單元達(dá)到設(shè)計(jì)位置之前,連續(xù)千斤頂停止?fàn)恳?轉(zhuǎn)動(dòng)單元在慣性力作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)動(dòng)摩擦力將阻止整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)單元繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)并迫使其停止轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)單元的轉(zhuǎn)動(dòng)速度由位于牽引力支座上的連續(xù)千斤頂對鋼絞線的牽引速度確定,因此,為了便于控制轉(zhuǎn)動(dòng)速度,對連續(xù)千斤頂油缸行程進(jìn)行控制,當(dāng)將連續(xù)千斤頂油缸行程調(diào)整到0.12m/min時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)單元的角速度:ω=V1/ r1=0.12/4.0=0.03 rad/min=5×10-4rad/s。

跨徑為 80m的連續(xù)箱梁的單個(gè)T構(gòu)旋梁端頭轉(zhuǎn)動(dòng)線速度: V2=ωr2=1.17m/m in。

其中,ω為轉(zhuǎn)動(dòng)體的角速度,rad/s;V1為轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)線速度, V1=0.12m/min;r1為轉(zhuǎn)盤的半徑,r1=4.0m;V2為梁端的轉(zhuǎn)動(dòng)線速度;r2為梁體的旋轉(zhuǎn)半徑,r2=39m。

為保證轉(zhuǎn)動(dòng)單元的安全,連續(xù)千斤頂以 0.12 m/min的速度牽引鋼絞線,帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng),那么,梁端以1.17m/m in速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),其動(dòng)能:W1=MV22/2=2.025。

在摩擦力矩作用下,設(shè)止動(dòng)所需要的轉(zhuǎn)角為α,提供的摩擦力矩為W1=αM1,則α=W1/M1=2.025/2 700=0.000 75 rad,此時(shí)梁端中心線與梁體就位中線的差距:L=αr2=0.029 3m。

其中,W1為梁體的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能;M1為轉(zhuǎn)動(dòng)體的質(zhì)量;α為止動(dòng)角度。

在止動(dòng)階段,當(dāng)梁頂端部的結(jié)構(gòu)橫斷面中心線與設(shè)計(jì)橋位縱斷面軸線相差 0.029 3m時(shí)應(yīng)停止?fàn)恳?利用慣性就位。然后利用千斤頂逐步將轉(zhuǎn)動(dòng)單元頂推到設(shè)計(jì)線位置。

6)平衡措施。

為防止轉(zhuǎn)動(dòng)單元失衡,在滑道外側(cè)、T構(gòu)縱橫軸線方向設(shè)置4臺(tái) 4 000 kN的備用千斤頂,以便及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)體的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2.3 轉(zhuǎn)體

1)主要設(shè)備布置。主要設(shè)備布置見圖 3。2)脫架并形成轉(zhuǎn)動(dòng)體系。脫架步驟:清除上下承臺(tái)間雜物→拆除撐腳下鋼楔塊→擰開砂箱卸砂孔螺栓→使砂箱內(nèi)砂自然流出或用高壓水槍沖擊→移走砂箱→轉(zhuǎn)動(dòng)體系形成。為了判斷轉(zhuǎn)動(dòng)體系脫架前后實(shí)際的重心偏離情況,在澆筑上承臺(tái)時(shí)在其四周設(shè)置永久觀測標(biāo)志,并在施工全過程觀測記錄(精度0.5mm)它們的變化。3)試轉(zhuǎn)體。試轉(zhuǎn)體的目的:a.檢驗(yàn)轉(zhuǎn)體方案的實(shí)用性、可靠性;b.檢驗(yàn)整個(gè)指揮系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性;c.檢驗(yàn)操作人員是否明確自己的崗位職責(zé)和協(xié)同反應(yīng)能力;d.通過演練取得經(jīng)驗(yàn)并找到差距,以便進(jìn)一步改進(jìn)預(yù)定的轉(zhuǎn)體方案;e.為了測試連續(xù)千斤頂加載后的工作性能,并確定合理轉(zhuǎn)速的油泵控制參數(shù)和停止?fàn)恳筠D(zhuǎn)動(dòng)體在慣性作用下可能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)距離。4)正式轉(zhuǎn)體。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)體系快到預(yù)定位置時(shí),迅速將 2臺(tái) 1 000 kN螺旋千斤頂、型鋼、鋼板對稱地安放到助推反力孔上作為限位裝置,防止轉(zhuǎn)體到位后繼續(xù)前行。通過觀察上承臺(tái)軸線上懸掛的錘球與下承臺(tái)軸線的差值以及測量人員測量的數(shù)據(jù),調(diào)整助推千斤頂?shù)捻斖扑俣?采用經(jīng)緯儀校正箱梁端頭中線指揮轉(zhuǎn)動(dòng)單元就位,中線偏差不大于 2 cm。轉(zhuǎn)動(dòng)單元就位后,利用備用的型鋼、螺旋千斤頂、鋼楔子將轉(zhuǎn)盤固定,防止風(fēng)或其他因素引起轉(zhuǎn)動(dòng)體發(fā)生位移。

2.2.4 轉(zhuǎn)動(dòng)單元的精調(diào)

在下承臺(tái)頂面與縱橫橋向較低位置分別安放 2臺(tái) 4 000 kN千斤頂,對橋體的縱橫向高程進(jìn)行調(diào)整。整個(gè)精調(diào)過程中,利用電子水準(zhǔn)儀對縱橫橋向高程進(jìn)行準(zhǔn)確測量;利用全站儀對橋梁軸線進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。在梁頂高程、縱軸線符合設(shè)計(jì)要求后,在鋼撐腳下?lián)a入 4個(gè)小鋼楔子,完成T構(gòu)精調(diào)。精調(diào)過程中應(yīng)控制頂升力不超過設(shè)計(jì)限值,并在千斤頂頂面和上承臺(tái)底面間設(shè)置 2Ⅰ28型鋼δ=50mm的鋼板以擴(kuò)散局部應(yīng)力。

2.2.5 鎖定與封鉸

精調(diào)結(jié)束后,立即在鋼撐腳與內(nèi)外助推反力支座之間安放型鋼反力架,對轉(zhuǎn)動(dòng)單元進(jìn)行鎖定。然后清洗滑道上的潤滑劑、清理底盤上表面臟物,焊接上下承臺(tái)間的預(yù)埋鋼筋、鋼件、綁扎鋼筋,立模澆筑C50微膨脹混凝土封鉸,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),使承臺(tái)形成整體。

[1] TB 10303-2009,鐵路橋涵工程施工安全技術(shù)規(guī)程[S].

[2] TZ 210-2005,鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南[S].

[3] TZ 213-2005,客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南[S].

[4] 鐵建設(shè)[2005]160號,鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] 鐵建設(shè)[2005]160號,客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6] 鐵科技[2005]101號,客運(yùn)專線用高性能混凝土技術(shù)條件[S].

[7] JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].