大噸位轉(zhuǎn)體橋線形控制及精調(diào)施工技術(shù)★

王 康

(中鐵十四局集團第二工程有限公司,山東 泰安 271000)

1 工程概況

棗菏高速微山連接線上跨京滬鐵路轉(zhuǎn)體橋與既有京滬線、井洪聯(lián)絡(luò)線、井亭疏解線相交，交叉處京滬線鐵路里程K728+750，交叉角度107.1°。跨鐵路橋孔主梁采用(2×72 m)整幅轉(zhuǎn)體T構(gòu)，順既有鐵路方向采用滿堂支架現(xiàn)澆137 m(68.5 m+68.5 m)轉(zhuǎn)體梁段，順時針旋轉(zhuǎn)71.2°至成橋位置，轉(zhuǎn)體質(zhì)量19 000 t，轉(zhuǎn)體采用平轉(zhuǎn)法施工，平轉(zhuǎn)角速度不大于0.02 rad/min。按照封鎖點計劃，正式轉(zhuǎn)體、精調(diào)及臨時固定須在70 min內(nèi)全部完成。

2 轉(zhuǎn)體梁段線形監(jiān)控

施工過程控制及反復校核和轉(zhuǎn)體梁段各個節(jié)塊成橋后的撓度、標高控制是轉(zhuǎn)體梁段線形控制的重要基礎(chǔ)。施工過程控制涵蓋箱梁施工的全過程周期，成橋后的撓度和標高控制取決于預拱度設(shè)置、張拉力控制、施工經(jīng)驗，同時需要結(jié)合理論控制計算得以實現(xiàn)。因此，施工前期需建立精密施工控制網(wǎng)，施工過程中對每一節(jié)塊進行理論計算模擬，實測橋體標高，實時監(jiān)控梁體軸線偏位并及時糾偏，從而確保轉(zhuǎn)體梁段解除支架約束后使懸臂梁段平面誤差在合龍前控制在設(shè)計圖紙和標準規(guī)范允許的范圍之內(nèi)[1]。

2.1 墩頂箱梁偏位測量

轉(zhuǎn)體梁段懸臂狀態(tài)時以及轉(zhuǎn)體時梁體僅有主墩承擔全部重量，為防止主墩出現(xiàn)較大偏心差造成懸臂時發(fā)生梁體傾斜，必須重視墩頂偏位測量，嚴控主墩墩頂偏位。主墩墩頂偏位控制測量點與箱梁梁體0號塊控制測量點共用同一個控制點，施工過程中需要實時監(jiān)控控制平面坐標和高程坐標。

2.2 轉(zhuǎn)體梁段平面線形監(jiān)控

轉(zhuǎn)體梁段平面線形監(jiān)控主要工作是對比各節(jié)塊中心軸線、翼緣等實際平面坐標與設(shè)計坐標，并對偏差及時進行糾偏，防止梁體出現(xiàn)橫向偏差?？砂凑赵O(shè)計圖紙上的截面劃分數(shù)據(jù)，計算平面線形控制參數(shù)進行控制。

2.3 轉(zhuǎn)體梁段高程監(jiān)控

1)轉(zhuǎn)體梁段模板標高及斷面尺寸控制。

轉(zhuǎn)體橋梁段各節(jié)塊中軸線以及底模板邊線可采用極坐標法測設(shè)，根據(jù)設(shè)計圖紙及理論計算數(shù)據(jù)結(jié)合理論計算模擬數(shù)據(jù)，準確定位各節(jié)塊前端的底模板、頂模板、腹板等部位主要控制點的平面坐標及高程。采用全站儀進行放樣，水準測量復核各點的高程，利用鋼尺、墨線嚴格把控各細部結(jié)構(gòu)尺寸，各節(jié)塊施工過程中不僅需要控制整體結(jié)構(gòu)尺寸，同時需要確保細部結(jié)構(gòu)尺寸和位置的精度[2](見圖1)。

2)轉(zhuǎn)體梁段高程監(jiān)測。

高程監(jiān)測是轉(zhuǎn)體梁段施工過程把控的重要項目。轉(zhuǎn)體梁段高程控制以箱梁底板控制為重要前提，輔以控制頂板高程。各個節(jié)塊前端均設(shè)置觀測點，觀測點設(shè)置在距離各節(jié)塊前端5 cm處，橫橋向布置在梁體中軸線、腹板中部以及翼緣板上。每個節(jié)塊在頂板處設(shè)置7個高程觀測點(測點編號D1～D7)，底板處設(shè)置3個撓度觀測點(測點編號B1～B3)。觀測點可采用測釘埋設(shè)，混凝土澆筑后安裝，并要求豎直，觀測點露出梁體混凝土表面±2 mm(基本與混凝土橋面齊平)，測頭用紅油漆標記。對于底板亦應(yīng)設(shè)置內(nèi)外2個觀測點，只是兩側(cè)觀測點位于腹板內(nèi)側(cè)的模板底板上。觀測點埋設(shè)深度須保證其穩(wěn)固，確保長期使用。通過實時測量觀測點數(shù)據(jù)變化，可準確控制各節(jié)塊梁體標高，對比分析各節(jié)塊混凝土澆筑前后梁端變化以及實測梁體張拉后內(nèi)力變化，計算出梁體豎向撓度的變化[3]，從而推算梁體整體線形。

3 轉(zhuǎn)體梁段線形控制措施

轉(zhuǎn)體橋轉(zhuǎn)體成橋后線形美觀，轉(zhuǎn)體就位精準性取決于支架體系、立模板、對稱節(jié)塊混凝土澆筑方量差別、張拉應(yīng)力控制、落架前后順序、正式轉(zhuǎn)體控制及精調(diào)等各個環(huán)節(jié)。

3.1 滿堂支架體系

由于支架設(shè)計圖紙僅提供了地基所需要的承載力，未具體給出處理方法，為保證地基承載力滿足要求，首先對支架范圍的原地面清表處理，然后再使用挖掘機向下松動50 cm，用壓路機分層進行壓實，壓實遍數(shù)不少于兩遍；填筑厚50 cm磚渣，用壓路機壓實，最后在支架搭設(shè)及外擴1 m范圍內(nèi)澆筑22 cm厚的C30混凝土。搭設(shè)支架之前對支架搭設(shè)范圍的地基采用原位試驗法對承載力進行檢驗，確保承載力值不低于設(shè)計要求值。

滿堂支架采用A型盤扣式支架，由模板、底模下方木、Ⅰ14工字鋼、頂托、底托、盤扣式支架及基礎(chǔ)組成，搭設(shè)時嚴格按照設(shè)計圖紙進行搭設(shè)。首先根據(jù)經(jīng)驗值預估每個節(jié)塊的預拱度(由于墩梁為固結(jié)，0號塊根部不考慮預拱度，根據(jù)實測現(xiàn)澆梁施工階段和落架后0號塊均未發(fā)生沉降)，確定支架頂標高，然后鋪設(shè)底部工字鋼、方木、竹膠板。通過預壓檢驗滿堂支架體系的穩(wěn)定性，驗證地基承載力強度，消除混凝土澆筑前支架體系的非彈性變形；檢驗支架的受力情況和彈性變形情況，并計算出支架體系的彈性變形量。由于橫橋向坡度為3%，縱橋向按照1.8次拋物線變化，工字鋼與方木、工字鋼與頂托之間存有縫隙，必須采用楔形木楔塞緊。

支架預壓應(yīng)設(shè)置多個觀測點，梁底觀測點布置在頂托底部在每個梁段中心及相鄰梁段交接處設(shè)置，每隔5 m設(shè)置一個觀測截面，每個截面在箱梁底板處左、中、右各設(shè)置一個觀測點，翼緣板處各設(shè)置一個觀測點，每個截面共設(shè)置5個觀測點；同時在盤扣式支架墊層上設(shè)置沉降觀測點，用以觀測墊層在施工過程中的沉降量，及時發(fā)現(xiàn)墊層是否存在不均勻沉降。墊層觀測點與梁底觀測點上下對應(yīng)設(shè)置。需要注意的是后一節(jié)塊支架的預拱度還需要參考前段已施工完成的節(jié)塊張拉應(yīng)力，以預測落架后的下?lián)隙取?/p>

3.2 立模線形控制

模板精確定位是施工階段控制梁體標高的重要前提，同時是成橋后線形控制的重要基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)體梁段立模標高應(yīng)在設(shè)計成橋后橋面標高的基礎(chǔ)上，充分考慮施工過程中梁體自重、荷載(包括活載和后期荷載)、混凝土收縮徐變，以及懸臂狀態(tài)等多項因素引起的下?lián)稀?/p>

本橋位于半徑為2 100 m的圓曲線上，梁高、底板底標高、底板厚度均按照1.8次拋物線變化，橫橋向坡度為3%，各斷面上底板、邊腹板的高程、平面位置隨里程變化而變化，因此提高橋型線形美觀較為困難。為保證邊腹板線形平順，采取底模板包住側(cè)模板的搭接方式，同時為避免底模板和側(cè)模板交接處出現(xiàn)跑?，F(xiàn)象，交接處采用方木組合φ48 mm鋼管進行了加固處理；底模板采用竹膠板(1.22 m×2.44 m×15 mm)，為確保底部梁體線形美觀，竹膠板沿橫橋向排列固定，增大縱橋向曲線可調(diào)節(jié)范圍。前后節(jié)塊之間的連接處應(yīng)精密測量及正確調(diào)控前后節(jié)段模板之間的相對位置。各箱室模板及邊腹板模板加固后應(yīng)再次對模板尺寸及各個內(nèi)箱室空間尺寸進行校核，確保截面尺寸符合設(shè)計要求，且兩端箱室尺寸基本一致以減少混凝土澆筑方量差。

3.3 混凝土工程

鋼筋綁扎和預應(yīng)力管道定位準確，搭設(shè)φ48 mm鋼管支架輔助進行腹板鋼筋的綁扎，確保腹板鋼筋骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于梁體較長橋面較寬，對稱節(jié)塊采用兩臺泵車同時泵送，且兩節(jié)塊澆筑位置、混凝土方量應(yīng)同步進行?；炷翝仓傮w原則是縱向不分段，水平分層，橫斷面澆筑“先下后上，先中間后兩邊，對稱推進”。為減少施工縫的產(chǎn)生，各節(jié)塊盡可能采用一次性澆筑成型，澆筑時稱量每輛罐車的重量，統(tǒng)計每車的實際方量，分別計量對稱兩側(cè)各節(jié)塊每次澆筑混凝土的方量，確保對稱兩節(jié)塊混凝土的方量基本一致，將施工中的不平衡重控制到最小。

3.4 建立線形檢測基準點

主墩0號塊澆筑完成后，采用二等水準測量方法將高程引測到0號塊梁面的監(jiān)測基點上，基準點應(yīng)不少于2個，并定時對基準點進行復測檢核。自立模板開始至張拉壓漿完成，對各節(jié)段全過程進行實時監(jiān)測，及時分析測量數(shù)據(jù)，共分為4個階段：1)立模(現(xiàn)澆支架定位完成，初步立模放樣)；2)混凝土澆筑前(精確立模放樣)；3)混凝土澆筑后；4)張拉壓漿。

為減少大氣溫度對測量結(jié)果造成的影響，標高、撓度和內(nèi)應(yīng)力測量均在每日6時至8時時間段內(nèi)進行。及時收集各節(jié)塊各階段實測測量數(shù)據(jù)，對比分析理論值與實測值是否吻合、實際線形與理論線形是否匹配，發(fā)現(xiàn)偏差及時糾正。

3.5 張拉應(yīng)力控制

梁體混凝土強度達到設(shè)計強度的90%以上及混凝土齡期不小于7 d后，張拉梁體預應(yīng)力鋼束。張拉前應(yīng)先施作孔道摩阻試驗，以確定應(yīng)力損失，確保張拉力滿足設(shè)計要求。張拉時先張拉橫梁鋼束，然后張拉縱向鋼束，最后張拉橋面板鋼束及豎向鋼束；橫向上先張拉中腹板，后張拉邊腹板。張拉采用張拉力和伸長量雙控指標，以張拉力控制為主、伸長量為輔，油壓表誤差不超過+2%，伸長量誤差不超過±6%[4]。

3.6 施工仿真計算

委托武漢理工大學線形監(jiān)控單位對施工過程進行仿真模擬和計算。線形監(jiān)控以施工仿真作為理論基礎(chǔ)，利用仿真計算模擬各節(jié)塊各施工狀態(tài)下應(yīng)力變化、下?lián)?、位移等各項力學指標，對比分析實際狀態(tài)下各節(jié)塊受力狀態(tài)，從而推算分析成橋后梁體的整體受力情況，同時建立施工階段實際狀態(tài)與理論計算對比曲線。仿真模擬分析可綜合加入施工進度、施工各階段外部荷載、環(huán)境溫度的變化、結(jié)構(gòu)自身偏差以及時間因素引起的混凝土收縮和徐變的影響。參照仿真計算模擬結(jié)果，引導每節(jié)塊施工向受力和變形最理想狀態(tài)糾正，同時每一節(jié)塊實際狀態(tài)和成橋狀態(tài)相對比并及時糾正偏差，確保成橋后線形美觀、平順，同時保證各施工階段受力狀態(tài)符合設(shè)計要求。

4 轉(zhuǎn)體及精調(diào)

4.1 落梁方法

混凝土澆筑前在0號塊根部截面和各節(jié)塊交接面內(nèi)埋設(shè)縱向預埋振弦應(yīng)變傳感器，每個截面埋設(shè)8個(見圖2)。每個節(jié)塊施工時均需要在各工序階段(包括立模板、混凝土澆筑前后、張拉壓漿)進行橋面標高、截面內(nèi)應(yīng)力、節(jié)塊端部撓度等進行測量觀測，以預測橋梁整體受力狀態(tài)。每道關(guān)鍵工序施工前后分別觀測1次應(yīng)力變化，每次觀測在1 d中的相同時刻進行。轉(zhuǎn)體前應(yīng)解除支架與箱梁之間的約束，同時給轉(zhuǎn)體留出足夠的旋轉(zhuǎn)空間。支架拆除以截面應(yīng)力控制為主控項，對比分析仿真計算與實測截面應(yīng)力值和撓度變化值確定節(jié)塊是否達到支架拆除的前提條件。

本工程轉(zhuǎn)體梁段分0號塊～4號塊施工，2號塊施工完成后實測截面應(yīng)力值和撓度變化值與仿真計算值相比較，若理論值和實際值差別不大方可拆除0號塊支架，否則，待理論值和實際值吻合后方可拆除。落支架時，應(yīng)按多點、對稱、緩慢、均勻的原則，橫橋向由兩側(cè)向跨中對稱進行?？傮w拆除順序依次為0號塊、1號塊、3號塊、4號塊，最后拆除2號塊，其目的是避免最后拆除4號塊產(chǎn)生較大的撓度值使支架受壓嚴重而破壞引發(fā)安全事故。支架完全卸落后，轉(zhuǎn)體梁段由球鉸和砂箱支撐，測量梁端的下?lián)锨闆r，同時可判斷梁段質(zhì)量的好壞。

4.2 稱重配重

落梁后拆除球鉸臨時約束，對轉(zhuǎn)體梁段進行稱重平衡試驗，測定轉(zhuǎn)體梁段的不平衡力矩、摩擦系數(shù)及計算偏心矩等參數(shù)，稱重、配重可確保轉(zhuǎn)體過程中的平穩(wěn)，以便轉(zhuǎn)體后梁體可以精確合龍，同時保證轉(zhuǎn)體階段的結(jié)構(gòu)安全。

由于梁體處于半徑為2 100 m的圓曲線上且存在橫坡，支架拆除和臨時約束解除后，測量梁端最大撓度分別為12 cm和11 cm，在誤差范圍內(nèi)，而橫橋向曲線內(nèi)側(cè)出現(xiàn)2 cm的高程負差，經(jīng)核算決定僅在0號塊曲線外側(cè)配置40 t的混凝土預壓塊，采用橫向不平衡重轉(zhuǎn)體。

4.3 轉(zhuǎn)體過程控制

20-φs15.2牽引鋼絞線預埋且纏繞在直徑11 m的轉(zhuǎn)臺上，并采用一套ZLD500主從隨動控制液壓提升系統(tǒng)拽拉鋼絞線向轉(zhuǎn)體橋結(jié)構(gòu)施加水平旋轉(zhuǎn)力偶，控制臺實時操控液壓提升系統(tǒng)確保轉(zhuǎn)體橋結(jié)構(gòu)按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動[5]。兩臺連續(xù)千斤頂固定在轉(zhuǎn)盤兩側(cè)牽引反力座上，牽引鋼絞線按水平、平行、對稱的方式穿過千斤頂，為保證轉(zhuǎn)體時施加力偶均勻且兩臺千斤頂同步，兩臺千斤頂?shù)闹行木€均需要與轉(zhuǎn)臺的外圓相切，千斤頂中心線與牽引鋼絞線的高度應(yīng)位于同一水平高度平面內(nèi)。轉(zhuǎn)體過程中反復觀測墩身軸線偏位，實時檢測梁端軸線和高程、梁體各截面和球鉸下應(yīng)力變化。

1)轉(zhuǎn)體梁段軸線監(jiān)控。

轉(zhuǎn)體前測設(shè)出轉(zhuǎn)體梁段懸臂端部中心軸線，采用預埋觀測棱鏡螺栓的方式在兩側(cè)轉(zhuǎn)體梁段懸臂端部中心軸線上分別設(shè)置1個高程觀測點。轉(zhuǎn)體后上承臺邊線與下承臺邊線重復，提前在下承臺上標記上承臺邊線終點。轉(zhuǎn)體時，利用全站儀實時監(jiān)控中心軸線上預埋觀測棱鏡的數(shù)據(jù)變化，計算轉(zhuǎn)體速率，確保轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角均在可控范圍內(nèi)，保證精準轉(zhuǎn)體就位[6]。

2)高程監(jiān)控。

轉(zhuǎn)體梁段兩側(cè)懸臂端部分別設(shè)置2個高程觀測點(預埋觀測棱鏡螺栓)，提前計算出轉(zhuǎn)體后該觀測點理論高程值和軸線偏位，轉(zhuǎn)體過程中實時對觀測點進行測量(見圖3)，一方面可校核中線偏差，另外可監(jiān)測轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性，轉(zhuǎn)體就位后，校核高程觀測點測量數(shù)據(jù)，在上下轉(zhuǎn)盤間設(shè)置4臺豎向千斤頂調(diào)整懸臂端高程，使其滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

4.4 防超轉(zhuǎn)控制

為確保精準轉(zhuǎn)體就位，且不發(fā)生超轉(zhuǎn)，采取了3種控制措施，分別是：轉(zhuǎn)體過程中組成專業(yè)測量組隨時測量觀測轉(zhuǎn)體角度、速率等，并及時反饋給指揮組；在轉(zhuǎn)臺上標注刻度帶，由專人負責監(jiān)控轉(zhuǎn)體角度，并對測量組結(jié)果相互比對；在下轉(zhuǎn)盤上設(shè)置防超轉(zhuǎn)裝置。

轉(zhuǎn)體梁段待精準就位前，關(guān)閉自動牽引系統(tǒng)，改為人工點動操作，點動秒數(shù)隨著就位精度的提高而縮短，每點動一次，測量組人員及時測量梁段行走距離并推算轉(zhuǎn)體橋弧度，刻度盤轉(zhuǎn)體角度對比測量數(shù)據(jù)，依次循環(huán)至轉(zhuǎn)體精準就位。同時提前在下承臺上預設(shè)由工字鋼、膠緩沖墊和輔助千斤頂反力座組成的防超轉(zhuǎn)反力架系統(tǒng)，若發(fā)生超轉(zhuǎn)也可使用反力架進行反推(見圖4)。

4.5 精調(diào)和臨時固結(jié)

精調(diào)采用點動的方式進行，為了防止超轉(zhuǎn)，提前制動，平轉(zhuǎn)精調(diào)平面位置預留5 cm停止轉(zhuǎn)動用于微調(diào)，并將球鉸臨時固結(jié)。精調(diào)完成后必然出現(xiàn)與設(shè)計標高、軸線不符的情況，轉(zhuǎn)體接近就位，轉(zhuǎn)體梁段橫橋向的偏移受橋梁橫坡的影響、縱橋向的偏移受到橋梁縱坡的影響，為提高轉(zhuǎn)體就位精度，橫橋向和縱橋向的高程、平面偏差均可通過微調(diào)實現(xiàn)，微調(diào)在低端側(cè)的上下轉(zhuǎn)盤間兩個角部豎向各放置1個500 t和1個300 t千斤頂，4個千斤頂同步受力，通過不對稱頂升上轉(zhuǎn)盤對橫向傾斜、軸線橫向、縱向偏差進行調(diào)整[7]，以控制梁段軸線位置確定轉(zhuǎn)體橋達到設(shè)計平面位置，使梁端高程滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

本橋球鉸上下轉(zhuǎn)盤之間的高差為1.8 m，千斤頂?shù)男谐踢h遠不足，因此在千斤頂下各放置一個球鉸砂箱(建議砂箱拆除后放置在基坑的四角處無須移除)，同時千斤頂與上轉(zhuǎn)盤、千斤頂與砂箱之間各放置一塊厚度不少于2.5 cm的鋼板，使其受力均勻。

5 結(jié)語

1)轉(zhuǎn)體橋線形受支架體系、測量放樣、立模、張拉力損失、混凝土收縮和徐變、轉(zhuǎn)體精度要求等多種因素影響，主要取決于現(xiàn)澆制梁階段的控制。

2)施工過程中的線形控制本質(zhì)是順著前節(jié)塊的誤差軌跡，修正和補償誤差，以減少累計誤差。通過加強施工過程控制以提高梁體的線形美觀、平順。

3)轉(zhuǎn)體后，對轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進行全面測量，計算軸線和高程偏差值，進一步對線形結(jié)構(gòu)進行微調(diào)。