橋梁轉體施工關鍵技術研究及應用
2017-06-19
0 引言
轉體法是近些年橋梁施工中較為流行的新型橋梁建造技術。由于該工藝普及較晚，且多應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。對此，本文結合工程實例對橋梁轉體施工技術進行全面解析，以豐富理論資料，供其它轉體工程參考。
1 轉體法的概念和原理
1.1 概念
因受施工條件限制，將橋梁結構在適宜位置現(xiàn)澆或拼裝完畢后，通過轉動使其到達設計位置的施工方法，即為轉體法。通過轉體技術，將條件受限或難度較大的施工轉移到不受限制或難度較小的位置進行，降低施工難度。轉體方式分為三種，一種是水平轉體法，即平轉法；一種是豎向轉體法，即豎轉法；另外一種為兩種轉體方式相結合的平豎轉體結合法。在實踐中經(jīng)常應用到的是平轉法，它又分為墩頂轉體和墩底轉體兩種。
1.1.1 豎轉法
該方式主要應用在拱橋施工，施工時在地面或低標高處拼裝或者澆筑肋拱部分，完成之后以一側為支點將其整體上拉，使其豎向旋轉到設計標高后合龍。施工體系主要由拉索、牽引系統(tǒng)以及索塔組成。
豎轉法中，轉鉸的質量與安裝精度、拉索強度、牽引動力的穩(wěn)定性是保障豎轉安全、順利的重點。
1.1.2 平轉法
平轉法應用范圍較廣，各種結構橋梁均可采用。施工時在河流、深谷或既有線兩側地形條件較好地點先完成兩個半橋結構，之后轉動兩個半橋結構至設計位置后合龍。其施工體系由牽引、支撐以及平衡系統(tǒng)組成。
平轉法中，最主要的結構是由上、下轉盤組成的轉動支撐系統(tǒng)，其中，上轉盤起支承的作用，下轉盤部分則同基礎或墩頂連接。在實際施工中，通過上下轉盤的相對轉動，將上部結構轉至設計位置。
1.1.3 轉體施工受力
轉體過程持續(xù)時間較短，轉體施工受力分析主要針對施工荷載、體系轉換以及變形控制等方面進行分析。
之所以對轉體施工受力情況進行一系列的分析，一是為了能使轉動體受力平衡，在轉動時能保持穩(wěn)定；二是保證橋梁受力在其結構強度容許范圍內，不致因牽引引起結構破壞；三是驗證支撐及錨固措施能否安全可靠。
1.2 工藝原理
工藝原理：預制一個可以進行轉動的軸心在橋臺或墩上，并且將軸心設為分界點，上面是可以旋轉的橋體，下面是固定的墩臺或基礎，上部構造在條件較好位置完成后，旋轉至設計位置。
工程實際中，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。待橋體施工完畢后，拆除砂箱，將梁體重量轉移到下球鉸，測算力學參數(shù)并進行配重。啟動連續(xù)千斤頂牽拉埋設在上轉盤的鋼絞線形成水平力偶，帶動上轉盤以球鉸為中心帶動橋梁上部進行轉動就位，同時在轉盤等位置預埋應變傳感器，以實現(xiàn)應變及應力的跟蹤監(jiān)控。
1.3 轉體法施工的優(yōu)點
在實際應用中，轉體施工的優(yōu)點有：第一，適用性相對較強，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，即能夠在短時間內通過自身結構實現(xiàn)旋轉，施工設備、工藝簡單，節(jié)約成本及工期；第三，橋梁轉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，能夠實現(xiàn)整體半孔梁的預制，具有較強的整體性，能有效發(fā)揮梁體結構型式的力學性能優(yōu)勢。
2 橋梁轉體施工技術的應用
2.1 工程概況
新建青日連客運專線牟家村特大橋上跨兗石鐵路，18#～19#墩跨越兗石線，橋梁上部結構設計采用（40+64+40）m連續(xù)梁。連續(xù)梁采用平轉法轉體施工，以減少橋梁施工對兗石鐵路影響，確保行車安全。轉體主墩單“T”轉體長度62m，轉體角度48°，轉體重量3000t（�D1）。
2.2 轉體工藝流程 轉體施工整體的工藝流程如圖2所示。
2.3 轉體前準備
在正式轉體施工前需做的準備工作主要包括滑道清理、砂箱拆除以及橋面附屬結構等（圖3）。在具體施工中，因上跨既有鐵路，需要制定詳細的轉體施工方案和預案，確保在計劃天窗時間內完成轉體施工。
2.3.1 砂箱拆除及撐腳處理
在轉體開始前的兩到三天內，要對砂箱進行拆除作業(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梁體軸線以及梁端標高變化情況，安排專業(yè)測量人員實時跟進，并采用對稱的方式拆除砂箱，可以根據(jù)實際情況分幾次拆除完畢。
滑道及撐腳在試轉體前及時清理，避免因垃圾雜物產(chǎn)生的轉動阻力。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。滑道主要是對其表面污垢、垃圾進行清理，并用錘敲法檢查混凝土的密實情況，保證轉體時梁體平穩(wěn)。
2.3.2 梁體配重
在實際轉體中，應配置一定的平衡重，使轉體梁在靜力狀態(tài)保持平衡，有兩種方案：
第一種，梁體縱向傾斜配重方式。梁體在軸線方向為輕微傾斜狀態(tài)，即軸線上橋墩側撐腳同滑道接觸，另一側則離開。此方式能夠使轉體形成兩點豎向支撐，轉體穩(wěn)定性相對較高。
第二種，平衡轉體配重。即通過人工配重使梁體在靜力狀態(tài)下兩側保持受力平衡。此方式僅需要較小的牽引力即可實現(xiàn)轉動啟動，但穩(wěn)定性不如傾斜式配重。
本橋實際施工中采用平衡配重方式，并采取了增強轉體穩(wěn)定的措施，具體配重方案及計算見下文。
2.4 線性監(jiān)控及力學試驗
轉體施工較為復雜，在正式轉體前，需要進行相關力學參數(shù)試驗，根據(jù)試驗參數(shù)確定轉體力、轉體速率、點動秒等相關轉動數(shù)據(jù)，為轉體施工順利實施提供理論數(shù)據(jù)。
2.4.1 梁體線性監(jiān)控
監(jiān)控工作分為兩項重要的部分，一是對標高的監(jiān)控，二是對軸線的監(jiān)控，通過對監(jiān)控實時數(shù)據(jù)進行分析，便于操作人員對墩臺的轉體情況進行準確判斷。在本工程中，梁體軸線單T布置兩個控制點，布設于梁體的兩端。轉體施工啟動前的準備工作中，首先要在每側臨近轉體梁墩頂設測站（全站儀測站），并布置好測控點并鎖定測控方位，置鏡儀器的位置進行互相檢測，四個棱鏡則要架設在軸線控制點上，在將梁體轉動到設計位置后鎖定方位角，并在轉動中實時跟蹤監(jiān)測梁端線行程體及轉動角度，以便在轉體中合理調整牽引速度避免超轉。
2.4.2 轉體力學參數(shù)驗算
轉體施工前，要通過試轉體測算轉動體部分的摩擦系數(shù)、不平衡彎矩等力學參數(shù)，并針對計算結果對轉動體進行配重，以確保梁體轉動安全。
?、俎D體力矩及摩擦系數(shù)。
本次轉體采用四臺連續(xù)千斤頂，根據(jù)壓力表讀數(shù)求出千斤頂每次的推力，再測得千斤頂力臂，即可分別計算出四氟乙烯板和混凝土球面的轉體力矩，進而計算四臺千斤頂?shù)牧睾蚆。
2.5 轉體實施
本次轉體使用智能連續(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，實現(xiàn)壓力、位移雙重同步控制。
2.5.1 千斤頂?shù)牟贾?
每個轉體結構均采用四臺連續(xù)千斤頂作為牽引動力，配備的所有設備型號均相同，并成套校驗標定。實施前先將千斤頂布置好，連接千斤頂及牽引鋼絞線，并預緊鋼絞線。把力臂量好，把液壓油加足，同時油表也進行重置。
2.5.2 轉體
轉體開始后，由指揮人員下達命令，所有千斤頂同時開始牽引。在橋體的轉動過程中，實時監(jiān)測和記錄壓力表讀數(shù)以及千斤頂力臂長度。因千斤頂行程有限，轉動過程中必須經(jīng)常變換其工作位置，以達到設計轉體角度，并及時監(jiān)測轉體施工中的各種數(shù)據(jù)。
2.5.3 轉動中橋面標高的調整
轉動過程中，監(jiān)控測量人員對橋體標高及軸線進行連續(xù)監(jiān)測，橋面標高變化超出正常范圍后要及時匯報給指揮人員，暫緩轉體，重新稱重配重進行微調，調整到規(guī)范允許偏差后繼續(xù)轉動至設計位置。
2.6 上下盤封固
在澆筑下盤與上盤底面間隙混凝土時，要選用微膨脹混凝土，同時嚴格控制坍落度，避免因坍落度過小使球鉸周圍存在不密實情況。上轉盤混凝土澆筑時預留臨時振搗孔，作為轉盤間混凝土振搗的輔助孔。如果在施工中沒有對混凝土澆筑振搗孔進行預埋，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。當完成第一次混凝土澆筑后，再進行壓漿處理，保證上下盤混凝土密實。
3 結語
轉體施工技術隨著國內交通基礎設施建設規(guī)模的不斷加大而得到更為廣泛的應用，其轉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體施工的成功案例，說明轉體施工中轉體參數(shù)確定和線型監(jiān)控是轉體過程控制的關鍵和重要環(huán)節(jié)，希望通過本文論述為其它轉體施工提供借鑒。
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