橋梁轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用
2017-06-19
0 引言
轉(zhuǎn)體法是近些年橋梁施工中較為流行的新型橋梁建造技術(shù)。由于該工藝普及較晚，且多應(yīng)用于跨溝谷及既有線等特殊橋位的橋梁工程中，因此可供參考的理論研究資料還比較有限。對(duì)此，本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)進(jìn)行全面解析，以豐富理論資料，供其它轉(zhuǎn)體工程參考。
1 轉(zhuǎn)體法的概念和原理
1.1 概念
因受施工條件限制，將橋梁結(jié)構(gòu)在適宜位置現(xiàn)澆或拼裝完畢后，通過轉(zhuǎn)動(dòng)使其到達(dá)設(shè)計(jì)位置的施工方法，即為轉(zhuǎn)體法。通過轉(zhuǎn)體技術(shù)，將條件受限或難度較大的施工轉(zhuǎn)移到不受限制或難度較小的位置進(jìn)行，降低施工難度。轉(zhuǎn)體方式分為三種，一種是水平轉(zhuǎn)體法，即平轉(zhuǎn)法；一種是豎向轉(zhuǎn)體法，即豎轉(zhuǎn)法；另外一種為兩種轉(zhuǎn)體方式相結(jié)合的平豎轉(zhuǎn)體結(jié)合法。在實(shí)踐中經(jīng)常應(yīng)用到的是平轉(zhuǎn)法，它又分為墩頂轉(zhuǎn)體和墩底轉(zhuǎn)體兩種。
1.1.1 豎轉(zhuǎn)法
該方式主要應(yīng)用在拱橋施工，施工時(shí)在地面或低標(biāo)高處拼裝或者澆筑肋拱部分，完成之后以一側(cè)為支點(diǎn)將其整體上拉，使其豎向旋轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后合龍。施工體系主要由拉索、牽引系統(tǒng)以及索塔組成。
豎轉(zhuǎn)法中，轉(zhuǎn)鉸的質(zhì)量與安裝精度、拉索強(qiáng)度、牽引動(dòng)力的穩(wěn)定性是保障豎轉(zhuǎn)安全、順利的重點(diǎn)。
1.1.2 平轉(zhuǎn)法
平轉(zhuǎn)法應(yīng)用范圍較廣，各種結(jié)構(gòu)橋梁均可采用。施工時(shí)在河流、深谷或既有線兩側(cè)地形條件較好地點(diǎn)先完成兩個(gè)半橋結(jié)構(gòu)，之后轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)半橋結(jié)構(gòu)至設(shè)計(jì)位置后合龍。其施工體系由牽引、支撐以及平衡系統(tǒng)組成。
平轉(zhuǎn)法中，最主要的結(jié)構(gòu)是由上、下轉(zhuǎn)盤組成的轉(zhuǎn)動(dòng)支撐系統(tǒng)，其中，上轉(zhuǎn)盤起支承的作用，下轉(zhuǎn)盤部分則同基礎(chǔ)或墩頂連接。在實(shí)際施工中，通過上下轉(zhuǎn)盤的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，將上部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)位置。
1.1.3 轉(zhuǎn)體施工受力
轉(zhuǎn)體過程持續(xù)時(shí)間較短，轉(zhuǎn)體施工受力分析主要針對(duì)施工荷載、體系轉(zhuǎn)換以及變形控制等方面進(jìn)行分析。
之所以對(duì)轉(zhuǎn)體施工受力情況進(jìn)行一系列的分析，一是為了能使轉(zhuǎn)動(dòng)體受力平衡，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能保持穩(wěn)定；二是保證橋梁受力在其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度容許范圍內(nèi)，不致因牽引引起結(jié)構(gòu)破壞；三是驗(yàn)證支撐及錨固措施能否安全可靠。
1.2 工藝原理
工藝原理：預(yù)制一個(gè)可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的軸心在橋臺(tái)或墩上，并且將軸心設(shè)為分界點(diǎn)，上面是可以旋轉(zhuǎn)的橋體，下面是固定的墩臺(tái)或基礎(chǔ)，上部構(gòu)造在條件較好位置完成后，旋轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)位置。
工程實(shí)際中，橋體重量通過墩身傳遞到上球鉸，通過球鉸間的四氟乙烯片傳遞至下球鉸和承臺(tái)。待橋體施工完畢后，拆除砂箱，將梁體重量轉(zhuǎn)移到下球鉸，測(cè)算力學(xué)參數(shù)并進(jìn)行配重。啟動(dòng)連續(xù)千斤頂牽拉埋設(shè)在上轉(zhuǎn)盤的鋼絞線形成水平力偶，帶動(dòng)上轉(zhuǎn)盤以球鉸為中心帶動(dòng)橋梁上部進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)就位，同時(shí)在轉(zhuǎn)盤等位置預(yù)埋應(yīng)變傳感器，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)變及應(yīng)力的跟蹤監(jiān)控。
1.3 轉(zhuǎn)體法施工的優(yōu)點(diǎn)
在實(shí)際應(yīng)用中，轉(zhuǎn)體施工的優(yōu)點(diǎn)有：第一，適用性相對(duì)較強(qiáng)，可在橋梁跨越既有線或山谷、溝渠等特殊地形處施工；第二，僅需要幾組滑輪以及兩盤絞磨，即能夠在短時(shí)間內(nèi)通過自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，施工設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約成本及工期；第三，橋梁轉(zhuǎn)體部分的重量由球面混凝土軸心承受，橋墩混凝土軸心具有較大承載力，施工較為安全可靠；第四，能夠?qū)崿F(xiàn)整體半孔梁的預(yù)制，具有較強(qiáng)的整體性，能有效發(fā)揮梁體結(jié)構(gòu)型式的力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)。
2 橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的應(yīng)用
2.1 工程概況
新建青日連客運(yùn)專線牟家村特大橋上跨兗石鐵路，18#～19#墩跨越兗石線，橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用（40+64+40）m連續(xù)梁。連續(xù)梁采用平轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)體施工，以減少橋梁施工對(duì)兗石鐵路影響，確保行車安全。轉(zhuǎn)體主墩單“T”轉(zhuǎn)體長度62m，轉(zhuǎn)體角度48°，轉(zhuǎn)體重量3000t（�D1）。
2.2 轉(zhuǎn)體工藝流程 轉(zhuǎn)體施工整體的工藝流程如圖2所示。
2.3 轉(zhuǎn)體前準(zhǔn)備
在正式轉(zhuǎn)體施工前需做的準(zhǔn)備工作主要包括滑道清理、砂箱拆除以及橋面附屬結(jié)構(gòu)等（圖3）。在具體施工中，因上跨既有鐵路，需要制定詳細(xì)的轉(zhuǎn)體施工方案和預(yù)案，確保在計(jì)劃天窗時(shí)間內(nèi)完成轉(zhuǎn)體施工。
2.3.1 砂箱拆除及撐腳處理
在轉(zhuǎn)體開始前的兩到三天內(nèi)，要對(duì)砂箱進(jìn)行拆除作業(yè)。特別需要注意的是，在拆除過程中，要充分考慮到在拆除時(shí)梁體軸線以及梁端標(biāo)高變化情況，安排專業(yè)測(cè)量人員實(shí)時(shí)跟進(jìn)，并采用對(duì)稱的方式拆除砂箱，可以根據(jù)實(shí)際情況分幾次拆除完畢。
滑道及撐腳在試轉(zhuǎn)體前及時(shí)清理，避免因垃圾雜物產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力。撐腳下方間隙主要是檢查是否有異物，可采用鋼板尺和鐵絲等工具檢查?；乐饕菍?duì)其表面污垢、垃圾進(jìn)行清理，并用錘敲法檢查混凝土的密實(shí)情況，保證轉(zhuǎn)體時(shí)梁體平穩(wěn)。
2.3.2 梁體配重
在實(shí)際轉(zhuǎn)體中，應(yīng)配置一定的平衡重，使轉(zhuǎn)體梁在靜力狀態(tài)保持平衡，有兩種方案：
第一種，梁體縱向傾斜配重方式。梁體在軸線方向?yàn)檩p微傾斜狀態(tài)，即軸線上橋墩側(cè)撐腳同滑道接觸，另一側(cè)則離開。此方式能夠使轉(zhuǎn)體形成兩點(diǎn)豎向支撐，轉(zhuǎn)體穩(wěn)定性相對(duì)較高。
第二種，平衡轉(zhuǎn)體配重。即通過人工配重使梁體在靜力狀態(tài)下兩側(cè)保持受力平衡。此方式僅需要較小的牽引力即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)啟動(dòng)，但穩(wěn)定性不如傾斜式配重。
本橋?qū)嶋H施工中采用平衡配重方式，并采取了增強(qiáng)轉(zhuǎn)體穩(wěn)定的措施，具體配重方案及計(jì)算見下文。
2.4 線性監(jiān)控及力學(xué)試驗(yàn)
轉(zhuǎn)體施工較為復(fù)雜，在正式轉(zhuǎn)體前，需要進(jìn)行相關(guān)力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)確定轉(zhuǎn)體力、轉(zhuǎn)體速率、點(diǎn)動(dòng)秒等相關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)，為轉(zhuǎn)體施工順利實(shí)施提供理論數(shù)據(jù)。
2.4.1 梁體線性監(jiān)控
監(jiān)控工作分為兩項(xiàng)重要的部分，一是對(duì)標(biāo)高的監(jiān)控，二是對(duì)軸線的監(jiān)控，通過對(duì)監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，便于操作人員對(duì)墩臺(tái)的轉(zhuǎn)體情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。在本工程中，梁體軸線單T布置兩個(gè)控制點(diǎn)，布設(shè)于梁體的兩端。轉(zhuǎn)體施工啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作中，首先要在每側(cè)臨近轉(zhuǎn)體梁墩頂設(shè)測(cè)站（全站儀測(cè)站），并布置好測(cè)控點(diǎn)并鎖定測(cè)控方位，置鏡儀器的位置進(jìn)行互相檢測(cè)，四個(gè)棱鏡則要架設(shè)在軸線控制點(diǎn)上，在將梁體轉(zhuǎn)動(dòng)到設(shè)計(jì)位置后鎖定方位角，并在轉(zhuǎn)動(dòng)中實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)梁端線行程體及轉(zhuǎn)動(dòng)角度，以便在轉(zhuǎn)體中合理調(diào)整牽引速度避免超轉(zhuǎn)。
2.4.2 轉(zhuǎn)體力學(xué)參數(shù)驗(yàn)算
轉(zhuǎn)體施工前，要通過試轉(zhuǎn)體測(cè)算轉(zhuǎn)動(dòng)體部分的摩擦系數(shù)、不平衡彎矩等力學(xué)參數(shù)，并針對(duì)計(jì)算結(jié)果對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)體進(jìn)行配重，以確保梁體轉(zhuǎn)動(dòng)安全。
?、俎D(zhuǎn)體力矩及摩擦系數(shù)。
本次轉(zhuǎn)體采用四臺(tái)連續(xù)千斤頂，根據(jù)壓力表讀數(shù)求出千斤頂每次的推力，再測(cè)得千斤頂力臂，即可分別計(jì)算出四氟乙烯板和混凝土球面的轉(zhuǎn)體力矩，進(jìn)而計(jì)算四臺(tái)千斤頂?shù)牧睾蚆。
2.5 轉(zhuǎn)體實(shí)施
本次轉(zhuǎn)體使用智能連續(xù)頂推系統(tǒng)，其中主控、分控、連續(xù)千斤頂以及液壓泵站等幾部分是該系統(tǒng)最重要的組成部分。千斤頂采用拉繩位移傳感器做伸長位移采集，精度0.02mm，與泵站油泵變頻器組成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)壓力、位移雙重同步控制。
2.5.1 千斤頂?shù)牟贾?
每個(gè)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)均采用四臺(tái)連續(xù)千斤頂作為牽引動(dòng)力，配備的所有設(shè)備型號(hào)均相同，并成套校驗(yàn)標(biāo)定。實(shí)施前先將千斤頂布置好，連接千斤頂及牽引鋼絞線，并預(yù)緊鋼絞線。把力臂量好，把液壓油加足，同時(shí)油表也進(jìn)行重置。
2.5.2 轉(zhuǎn)體
轉(zhuǎn)體開始后，由指揮人員下達(dá)命令，所有千斤頂同時(shí)開始牽引。在橋體的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄壓力表讀數(shù)以及千斤頂力臂長度。因千斤頂行程有限，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中必須經(jīng)常變換其工作位置，以達(dá)到設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)體角度，并及時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)體施工中的各種數(shù)據(jù)。
2.5.3 轉(zhuǎn)動(dòng)中橋面標(biāo)高的調(diào)整
轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，監(jiān)控測(cè)量人員對(duì)橋體標(biāo)高及軸線進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，橋面標(biāo)高變化超出正常范圍后要及時(shí)匯報(bào)給指揮人員，暫緩轉(zhuǎn)體，重新稱重配重進(jìn)行微調(diào)，調(diào)整到規(guī)范允許偏差后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)至設(shè)計(jì)位置。
2.6 上下盤封固
在澆筑下盤與上盤底面間隙混凝土?xí)r，要選用微膨脹混凝土，同時(shí)嚴(yán)格控制坍落度，避免因坍落度過小使球鉸周圍存在不密實(shí)情況。上轉(zhuǎn)盤混凝土澆筑時(shí)預(yù)留臨時(shí)振搗孔，作為轉(zhuǎn)盤間混凝土振搗的輔助孔。如果在施工中沒有對(duì)混凝土澆筑振搗孔進(jìn)行預(yù)埋，則可以按照分次的方式澆筑混凝土，即第一次澆筑到上盤底面，在澆筑前在上盤底面位置做好壓漿管道的埋設(shè)。當(dāng)完成第一次混凝土澆筑后，再進(jìn)行壓漿處理，保證上下盤混凝土密實(shí)。
3 結(jié)語
轉(zhuǎn)體施工技術(shù)隨著國內(nèi)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的不斷加大而得到更為廣泛的應(yīng)用，其轉(zhuǎn)體梁的噸位和跨徑也在不斷增大。本文通過青日連鐵路跨兗石線鐵路橋轉(zhuǎn)體施工的成功案例，說明轉(zhuǎn)體施工中轉(zhuǎn)體參數(shù)確定和線型監(jiān)控是轉(zhuǎn)體過程控制的關(guān)鍵和重要環(huán)節(jié)，希望通過本文論述為其它轉(zhuǎn)體施工提供借鑒。
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