大跨度鋼箱梁橋雙幅同步轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

李漢愿

(中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司 天津 300459)

1 工程概況

石家莊市和平路高架西延工程全長(zhǎng)4.6 km，主線以橋梁形式上跨石太鐵路，周邊施工建筑多，施工場(chǎng)地狹小，且兩側(cè)用地不具備大型起重機(jī)械進(jìn)入施工的條件，故采用轉(zhuǎn)體法施工。主橋采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，跨徑布置為(125+125)m，橋面寬28.5 m，全長(zhǎng)250 m，為單塔單索面墩梁鉸接體系矮塔斜拉橋，轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度242.6 m，轉(zhuǎn)體重量5 475 t，轉(zhuǎn)體角度為順時(shí)針31°。轉(zhuǎn)體匝道鋼梁跨徑布置為(90+90)m，為變截面鋼箱梁T構(gòu)，轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度167.9 m，轉(zhuǎn)體重量為2 160 t，轉(zhuǎn)體角度為順時(shí)針30°。主橋在墩頂、匝道橋在墩底兩者同步進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體完成后凈空距離為0.5 m。現(xiàn)場(chǎng)施工平面見(jiàn)圖1。

圖1 施工平面

2 施工工藝

2.1 施工工藝流程

轉(zhuǎn)體橋具體施工工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 轉(zhuǎn)體橋施工工藝流程

2.2 主橋施工

施工完下部結(jié)構(gòu)后在墩頂安裝轉(zhuǎn)體球鉸，預(yù)埋轉(zhuǎn)體相關(guān)構(gòu)件，滑移法拼裝鋼箱梁后，施工索塔。安裝斜拉索，根據(jù)設(shè)計(jì)及監(jiān)控指令進(jìn)行斜拉索張拉和索力調(diào)整，符合要求后進(jìn)行主橋轉(zhuǎn)體施工作業(yè)。轉(zhuǎn)體就位后，搭設(shè)支架安裝合龍段鋼箱梁，同時(shí)采用千斤頂調(diào)整兩側(cè)支座反力，最后拆除撐腳。根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)調(diào)整梁體姿態(tài)，必要時(shí)調(diào)整斜拉索索力[1]。

2.3 匝道橋施工

施工完下部結(jié)構(gòu)后施工主墩承臺(tái)(下轉(zhuǎn)盤)及過(guò)渡墩承臺(tái)，并安裝轉(zhuǎn)體系統(tǒng)，然后施作上部承臺(tái)及墩柱，順鐵路兩側(cè)施工支架(或支墩)基礎(chǔ)，搭設(shè)支架，并采用1.2倍主梁重預(yù)壓支架。支架上拼裝鋼箱梁，安裝臨時(shí)索塔并張拉斜拉索，符合要求后進(jìn)行匝道轉(zhuǎn)體施工作業(yè)。轉(zhuǎn)體就位后，搭設(shè)支架安裝合龍段鋼箱梁，同時(shí)采用千斤頂調(diào)整兩側(cè)支座反力，拆除斜拉索及臨時(shí)索塔。

3 主要施工技術(shù)及工藝措施

3.1 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)安裝

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)體下盤、滑道、球鉸支座、上轉(zhuǎn)盤(撐腳等)、轉(zhuǎn)動(dòng)牽引系統(tǒng)組成。主橋轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)置在蓋梁上，匝道轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)置在承臺(tái)內(nèi)。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)分三次進(jìn)行安裝[2]。

3.1.1 轉(zhuǎn)體下盤

轉(zhuǎn)體下球鉸、反力千斤頂?shù)鬃⒒谰O(shè)置在轉(zhuǎn)體下盤上。下轉(zhuǎn)盤混凝土為大體積混凝土，整體分步驟澆筑。

(1)在混凝土澆筑過(guò)程中，要控制預(yù)埋件的安裝精度和位置。

(2)安裝下滑道骨架和下球鉸骨架。骨架頂面質(zhì)量控制要求：相對(duì)高差≯5 mm，球鉸中心與骨架中心必須在同一軸線，不超設(shè)計(jì)要求規(guī)定的1 mm范圍。

(3)轉(zhuǎn)體下盤混凝土在分步驟澆筑時(shí)，應(yīng)先在模板上設(shè)置標(biāo)識(shí)線，以控制混凝土澆筑面標(biāo)高。

(4)綁扎球鉸預(yù)留槽和下滑道鋼筋，安裝滑道鋼板。滑道鋼板頂面必須滿足設(shè)計(jì)要求，局部平整度不大0.5 mm，兩者相對(duì)高差不大于2 mm。

(5)第三次澆筑預(yù)留槽混凝土(下滑道鋼板下部和下球鉸預(yù)留槽)，澆筑千斤頂反力座和轉(zhuǎn)體牽引反力座混凝土。

3.1.2 球鉸及撐腳

球鉸是轉(zhuǎn)體橋的關(guān)鍵部位，是轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，施工質(zhì)量直接影響轉(zhuǎn)體效果。

(1)球鉸安裝

球鉸是整個(gè)平衡轉(zhuǎn)體的支撐中心和轉(zhuǎn)動(dòng)中心，在轉(zhuǎn)體過(guò)程中起到支撐整個(gè)轉(zhuǎn)體重量的作用。先將下球鉸骨架固定牢固，然后將其吊裝到骨架上，并進(jìn)行對(duì)中、調(diào)平。對(duì)中時(shí)下球鉸中心縱橫向誤差不得大于1 mm，球鉸周圍頂面處各點(diǎn)的相對(duì)誤差不得大于1 mm。完成對(duì)中及調(diào)平工作后，將調(diào)整螺栓固定牢固。

(2)撐腳安裝

轉(zhuǎn)體時(shí)保險(xiǎn)撐腳在鋼滑道內(nèi)滑動(dòng)，承受轉(zhuǎn)體過(guò)程中的各種不平衡力，確保轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)整體平穩(wěn)。在撐腳安裝時(shí)，為了使得同一轉(zhuǎn)體上的每個(gè)撐腳控制在同一標(biāo)高，每個(gè)撐腳選取了兩個(gè)高程記錄點(diǎn)進(jìn)行控制。

3.1.3 轉(zhuǎn)體上盤

轉(zhuǎn)體上盤中設(shè)有縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力鋼筋，保證應(yīng)力狀態(tài)的穩(wěn)定。轉(zhuǎn)體內(nèi)預(yù)先埋設(shè)轉(zhuǎn)體牽引索，牽引索外露部分纏繞在轉(zhuǎn)盤周圍，并確保不干擾預(yù)埋鋼筋。整個(gè)系統(tǒng)支承體系的轉(zhuǎn)換，需待上盤混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行，轉(zhuǎn)換后使得轉(zhuǎn)盤力傳到球鉸上。

3.2 鋼梁吊裝滑移技術(shù)

由于鋼梁兩端各90 m分別位于三元廠房和農(nóng)科院內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)雜、地勢(shì)高差大、空間狹窄，不具備現(xiàn)場(chǎng)吊裝條件，經(jīng)研究最終采用從跨中吊裝，然后向兩端滑移至設(shè)計(jì)安裝位置的方案。

3.2.1 施工技術(shù)要點(diǎn)

滑移施工是在完成下部支撐支架系統(tǒng)后，通過(guò)在支架上部設(shè)置分配梁、貝雷梁、滑移軌道、滑移小車構(gòu)建滑移系統(tǒng)，然后使用吊車將鋼箱梁構(gòu)件吊裝至滑移小車上，將鋼箱梁構(gòu)件滑移至安裝位置。

(1)滑移小車。根據(jù)分段梁重確定滑移小車承載力?；菩≤囉苫啞⒎峙淞?、橫向連接、動(dòng)力裝置、限位裝置組成。

(2)吊裝滑移施工。所有臨時(shí)構(gòu)件施工完成，用650 t履帶吊將梁構(gòu)件吊裝至滑移小車上，采用焊接與滑移小車臨時(shí)固定；調(diào)試滑移小車運(yùn)輸梁段前進(jìn)5 m，試驗(yàn)各種參數(shù)；正常工作后，運(yùn)輸梁構(gòu)件滑移至設(shè)計(jì)位置。小車滑移必須保證同步、勻速。

(3)梁構(gòu)件滑移至設(shè)計(jì)位置后，采用4臺(tái)50 t頂升千斤頂將梁構(gòu)件頂起，梁構(gòu)件與電動(dòng)小車分離后調(diào)整梁構(gòu)件線形。第一段梁構(gòu)件吊裝完畢后，其余梁構(gòu)件均采用從中間向兩端依次吊裝至滑移小車運(yùn)輸?shù)陌惭b方法進(jìn)行。轉(zhuǎn)體鋼箱梁構(gòu)件安裝完畢，進(jìn)行梁段焊接和線形調(diào)整。

3.2.2 施工效果

本橋鋼梁采用滑移組裝，最長(zhǎng)滑移距離121 m，最大滑移重量87 t，滑移過(guò)程中滑移速度控制在5 m/min。通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，滑移過(guò)程中滑移小車與支撐體系受力狀況良好，具有足夠的安全儲(chǔ)備系數(shù)，中心偏移控制在3 mm以內(nèi)，滿足滑移過(guò)程中設(shè)備同步、安全、平穩(wěn)的要求。

3.3 索塔施工及監(jiān)測(cè)

主橋上部索塔為獨(dú)柱式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔高32 m。斜拉索采用φ15.2 mm單絲涂覆環(huán)氧涂層預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉索，為單索面雙排索，布置在主梁的中央分隔帶處。全橋共16根斜拉索，拉索內(nèi)安裝CCT20磁通量傳感裝置可長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)索力。

3.3.1 斜拉索張拉

斜拉索在塔上的錨固方式為采用鋼絞線斜拉索在塔上通過(guò)集束鋼管貫通(索鞍)錨固的方式。采用焊接集束分絲鋼管(整體埋置在塔柱混凝土中)，將每束鋼絞線與分絲管一一對(duì)應(yīng)穿過(guò)索塔。鋼絞線與分束鋼管接觸部分的防護(hù)PE無(wú)須剝離。為防止斜拉索因索力差在塔上索鞍內(nèi)滑移，在每根鋼絞線上設(shè)置抗滑裝置待張拉完成后錨固鎖定。為方便以后斜拉索維護(hù)，斜拉索體系單根鋼絞線可更換[3-4]。

每根索的鋼絞線逐根掛索后隨即用YLSDl60-150千斤頂進(jìn)行張拉。為使每根索中各鋼絞線索力均勻，采用等張拉值法進(jìn)行張拉，即每根鋼絞線的拉力以控制壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)，傳感器讀數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。掛索前，將監(jiān)測(cè)傳感器安裝在一根不受外界影響的鋼絞線上，張拉時(shí)每根鋼絞線的拉力按當(dāng)時(shí)傳感器的顯示變化值進(jìn)行控制。

3.3.2 施工監(jiān)測(cè)

采取頻譜分析法進(jìn)行索力監(jiān)測(cè)。

(1)線形監(jiān)測(cè)。測(cè)量?jī)?nèi)容主要包括：主梁高程控制基準(zhǔn)點(diǎn)的復(fù)核；中線及主梁標(biāo)高測(cè)量；塔頂偏移測(cè)量。另外還需考察大氣溫度對(duì)斜拉橋主梁線形、索塔變位的影響[5]。

(2)應(yīng)力和溫度測(cè)試。應(yīng)力測(cè)試內(nèi)容包括：索塔塔柱底部截面、橋面處塔柱截面、主跨跨中主梁截面、1/4跨主梁截面、塔根處主梁截面、邊跨最不利截面等部位進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。測(cè)試工具采用鋼弦式應(yīng)力計(jì)。溫度測(cè)試包括索、塔、梁三部分，塔梁溫度測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)布置同應(yīng)力測(cè)試。測(cè)試方法采用預(yù)埋元件，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試[6]。

3.3.3 施工效果

斜拉橋結(jié)構(gòu)體系是高次超靜定的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在實(shí)際施工過(guò)程中，由于施工偏差、風(fēng)荷載、溫度變化等因素的影響，使斜拉橋各索的實(shí)際索力值、橋面標(biāo)高同設(shè)計(jì)計(jì)算值有一定的偏差，施工過(guò)程中結(jié)合監(jiān)控索力與橋面標(biāo)高等參數(shù)對(duì)張拉后的斜拉索進(jìn)行索力調(diào)整，使索力同橋面線形同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求[7]。

3.4 轉(zhuǎn)體施工工藝

3.4.1 轉(zhuǎn)體準(zhǔn)備

清理滑道雜物、涂抹黃油，在撐腳與滑道之間安裝四氟滑板，并拆除臨時(shí)砂箱和鋼箱梁臨時(shí)支撐體系，完成體系轉(zhuǎn)換。

梁體施工完成支架拆除后，進(jìn)行48 h全天候觀測(cè)。在梁下利用千斤頂進(jìn)行等力、不等力反頂稱重并觀測(cè)變化，根據(jù)觀測(cè)數(shù)值進(jìn)行分析，確定不平衡重調(diào)整值，根據(jù)不平衡力矩對(duì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行不平衡配重[8]。

3.4.2 轉(zhuǎn)體設(shè)備

本橋轉(zhuǎn)體選用四套ZLD100型液壓、同步、自動(dòng)連續(xù)千斤頂系統(tǒng)。牽引索安裝時(shí)逐根使用24 t千斤頂施加2～3 kN左右力預(yù)緊，保證均勻受力。

3.4.3 試轉(zhuǎn)體

正式轉(zhuǎn)體前需進(jìn)行試轉(zhuǎn)體，試轉(zhuǎn)角度為2°。試轉(zhuǎn)過(guò)程中記錄轉(zhuǎn)體力大小(初始、正常運(yùn)行、停止后再啟動(dòng))、轉(zhuǎn)體速度、轉(zhuǎn)體摩擦系數(shù)、各種設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況、結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的受力情況。試轉(zhuǎn)完成后對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，如有偏差，及時(shí)做出調(diào)整，使轉(zhuǎn)體各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)值，確保正式轉(zhuǎn)體順利進(jìn)行[9-10]。

(1)轉(zhuǎn)體施工主要參數(shù)

轉(zhuǎn)體重量：主橋5 475 t(242.6 m)、匝道2 160 t(167.9 m)；

轉(zhuǎn)體速度：0.02 rad/min；

轉(zhuǎn)體角度：31°；

轉(zhuǎn)體動(dòng)力儲(chǔ)備系數(shù)：10倍(采用2臺(tái)100 t千斤頂，啟動(dòng)力20 t)；

轉(zhuǎn)體牽引索拉力安全系數(shù)：26倍(采用10根/束鋼絞線，最大拉力20 t)；

轉(zhuǎn)體就位軸向誤差：±10 mm。

(2)通過(guò)試轉(zhuǎn)體得出轉(zhuǎn)體初始啟動(dòng)時(shí)最大牽引力為21 t，正常轉(zhuǎn)體時(shí)牽引力約為15 t，滑板的摩擦系數(shù)基本與設(shè)計(jì)一致；試轉(zhuǎn)時(shí)反力墩、千斤頂、牽引索及拉錨器各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部位受力狀況良好，梁體應(yīng)力變化為2.03 MPa，具有足夠安全儲(chǔ)備系數(shù)；試轉(zhuǎn)時(shí)梁體最大高差偏位10 mm，通過(guò)合龍時(shí)的線形調(diào)整可起到糾偏作用；試轉(zhuǎn)時(shí)正常運(yùn)行轉(zhuǎn)體速度為0.02 rad/min?？梢?jiàn)試轉(zhuǎn)各參數(shù)均滿足要求。

3.4.4 轉(zhuǎn)體施工

在天窗點(diǎn)內(nèi)，先采用手動(dòng)模式，然后轉(zhuǎn)換到自動(dòng)運(yùn)行同步模式。主控臺(tái)操作人員利用筆記本中控臺(tái)連續(xù)自動(dòng)牽引系統(tǒng)，使2臺(tái)千斤頂統(tǒng)一同步運(yùn)行，進(jìn)行橋梁的自動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)體。

轉(zhuǎn)體開(kāi)始后，將從撐腳前端滑出的四氟滑板拿到撐腳后端重新喂入，必須保證相鄰2塊四氟板間隙小于5 cm，直至轉(zhuǎn)體完成?；逦谷霑r(shí)需緊貼限位滑道邊界線喂入，同時(shí)需將滑板表面雜物清理干凈并隨時(shí)涂刷黃油以減少摩擦力。如滑板發(fā)生脫空或無(wú)法喂入，立即更換不同厚度滑板保證撐腳底部全部鋪滿滑塊。

為確保箱梁、橋墩及滑道的安全，轉(zhuǎn)體全過(guò)程對(duì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在梁端翼緣板兩側(cè)各布置2個(gè)高程控制點(diǎn)，監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)體過(guò)程中橋的整體平衡性。在中墩4個(gè)面上分別彈出垂直線，以便轉(zhuǎn)體時(shí)觀測(cè)垂直度。安排2組觀測(cè)人員，分別于既有線兩側(cè)進(jìn)行觀測(cè)[11]。

正式轉(zhuǎn)體歷時(shí)29 min，轉(zhuǎn)體過(guò)程連續(xù)、平穩(wěn)、同步，轉(zhuǎn)體就位精度最大誤差為3 mm。梁體最大懸臂下?lián)隙葹?2 mm，與設(shè)計(jì)基本一致。

3.4.5 轉(zhuǎn)體就位

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)精確就位后，即對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行約束固定。利用轉(zhuǎn)盤底的千斤頂精確調(diào)整梁體端部標(biāo)高，并采取措施抄墊梁端。梁體標(biāo)高調(diào)整完轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)精確就位后，即對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行約束固定。轉(zhuǎn)體就位后現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖3[7]。

圖3 轉(zhuǎn)體就位現(xiàn)場(chǎng)

3.5 合龍施工

轉(zhuǎn)體梁段轉(zhuǎn)體至預(yù)定位置后，調(diào)整高程，進(jìn)行合龍段施工。搭設(shè)合龍段支架，采用不小于1.2倍梁重進(jìn)行預(yù)壓，消除其彈性和非彈性變形。在搭設(shè)好的支架上，采用吊車架設(shè)主橋及匝道合龍段鋼箱梁，調(diào)整好鋼箱梁整體線形后進(jìn)行焊接施工[12]。

4 結(jié)束語(yǔ)

該工程通過(guò)設(shè)置鋼箱梁橫向滑移系統(tǒng)解決了主梁構(gòu)件在狹小空間內(nèi)的安裝問(wèn)題；利用計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)和精密儀器控制，采用連續(xù)頂推控制系統(tǒng)進(jìn)行主橋和匝道橋的頂推作業(yè)，歷時(shí)29 min完成了轉(zhuǎn)體，最大誤差為3 mm，梁體最大懸臂下?lián)现禐?2 mm，滿足設(shè)計(jì)要求，圓滿完成了施工任務(wù)，可為今后類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。