宽幅公路桥跨既有铁路超大吨位转体施工浅析--中国期刊网

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宽幅公路桥跨既有铁路超大吨位转体施工浅析

发表时间：2021/5/27 来源：《基层建设》2021年第2期作者：华志鸿

[导读] 摘要：以武汉某公路跨铁路转体桥施工为依托，分析桥梁施工要点，对提高超宽、超大吨位转体桥梁施工效率，控制桥梁转动稳定性，有效控制内力、线形及转体姿态等进行总结。

        中铁七局集团武汉工程有限公司湖北武汉 430074
        摘要：以武汉某公路跨铁路转体桥施工为依托，分析桥梁施工要点，对提高超宽、超大吨位转体桥梁施工效率，控制桥梁转动稳定性，有效控制内力、线形及转体姿态等进行总结。拟将超大吨位、超宽桥梁转体施工过程遇到的难点问题，为在建工程或后续类似工程提供一点依据和参考。
        关键词：宽幅多隔板；转体施工；超大吨位；称重配重
        1工程概况
        某公路桥分别上跨京广货线下行、京广客线上下行等8条铁路。上跨公路桥长1155米、桥宽42.9米。为最大限度减小主桥施工对京广大动脉的影响，2、3、6、23#墩现浇箱梁采用转体法施工，其中90+150+90m预应力混凝土连续箱梁采用两个2×71m连续箱梁平行铁路支架现浇后水平转体施工，转体角度分别为逆时针转动87.47°、80.25°，转体重量为32856t。转体完成后，依次支架现浇端部18.92m、中跨合拢段8m。上部结构采用变高度连续箱梁，箱梁为单箱三室。箱梁顶宽42.9m，底宽27m，悬臂长7.95m；下部结构转体主墩为实体墩，顺向墩厚6m，横向墩顶宽24m，墩底宽21m。上转盘长22.6m，宽22.6m，厚2m，转台直径Φ21.3m，高1m。桥梁转体就位前后如图1图2所示。

图1 转体桥断面图（单位：cm）

        图2 转体桥就位后立面图（单位：cm）
        2 总体施工方案
        转体施工是将桥梁转体部分在非设计位置施工，在桥墩底部预设转动系统，待桥梁主体施工完成后进行平衡称重配重，达到转体要求后，采用连续千斤顶施加牵引力进行转体，桥梁转至设计位置后，将转体上下转盘封固，最后施工后浇段形成整体。
        转体施工工艺流程：下转盘混凝土施工→球铰支架、滑道安装→下转盘混凝土第２次浇筑→球铰安装→撑脚、砂箱安装→上转盘混凝土施工→墩身和转体梁施工→拆除转体梁支架→转体Ｔ构称重、配重→安装转体牵引系统→试转→正式转体→封固上下转盘→合龙施工，完成转体施工。
        3转体施工关键技术
        3.1转体系统施工
        该桥转体体系包括下转盘、球铰、上转盘和牵引系统4个部分。其中牵引系统由2台ZLD智能连续千斤顶、液压泵站和主控制台组成，通过水平旋转力偶驱动30φ15.2ｍｍ钢绞线使转动体系转动。连续千斤顶的中心线与上转盘外圆相切，根据对称、水平和平行的要求，连续千斤顶设置于转盘两侧，且其中心线高度与上转盘预埋钢绞线的中心线高度一致。
        转体系统首先进行下转盘施工，同时安装球铰和滑道支架；安装球铰垫板、下球铰、上球铰、撑脚及牵引索等设施，对球铰进行临时锁定；然后进行上转盘施工，在上、下转盘分别安装砂箱对其进行临时固结，同时埋设牵引索，将外漏部分钢丝缠绕至上转盘；最后浇筑混凝土，完成整个转体系统施工。
        3.2宽幅多隔板箱梁施工
        本工程共计四座转体桥，其中2、3#墩转体重量分别为33000t，为目前世界上最重、最宽连续梁转体桥。采用在线外进行异位现浇后转体施工，0号块10m高，桥宽42.9m，全桥纵桥向每间隔3.5m一道横隔板，板厚0.22m，翼缘悬臂7.95m，安全压力大，施工难度大。目前国内外转体施工箱梁多为单箱单室或单箱多室，无薄壁多隔板类似结构。施工过程中采取了以下技术，降低或消除邻近既有线场地狭窄的施工的安全隐患，及主桥横隔板可能出现的裂缝。
        （1）现浇梁桥面宽42.9m，临近铁路进行施工时，由于桥面幅度宽，部分支架处于铁路高边坡及路堑上，下部采用墩梁式支架结构形式，与满堂脚手架相比，支架基础占地面积小，避免了大面积破坏铁路既有坡面及路基的情况，反而桩基础加强了边坡的稳定性。上部支架全部采用新式盘扣支架，模板体系横向分配梁采用新型铝梁代替工字钢，木模板背楞采用方钢代替方木。施工后材料不仅可回收利用减少成本投入，还减少了木材的浪费，绿色环保，同时新材料强度高，增加了支架和模板体系的整体安全性能。
        （2）悬挑7.95m的现浇梁翼缘板设计采用横隔板进行承重，支架顶面分配梁直接支撑时，与横隔梁底面形成一个20度的夹角，支架受力不稳定；施工时采用定型方钢三角桁架作为支架体系，克服了横隔板模板斜底面的支撑问题。
        （3）现浇梁合拢段支架处于铁路两线间，机械设备无法直接进场施工，通过控制支架吊装单件重量，改地面为桥上进行吊装的方式进行安装拆除，解决了大型构件安装拆除的困难。
        （4）宽幅多隔板连续梁横隔板密集、板薄，横隔板纵向间距3.5m一道，板厚0.22m，施工过程中易产生裂缝，通过对模板支架体系和施工阶段连续梁关键细部节段计算模型参数和测量参数总结分析，得出结论，使理论模型无限接近桥梁实际受力。针对局部应力超标部位采取了加强措施，确保施工过程安全。
        3.3转体桥称重配重
        由于转体桥箱梁混凝土施工误差以及预应力张拉的程度差异，从而导致转体墩两端悬臂梁段重量不同，产生不平衡力矩。为确保桥梁转体施工平稳顺利，在转体前进行称重配重试验，测定转体Ｔ构的偏心距、不平衡力矩、球铰的摩擦系数。
        本桥梁桥面宽42.9ｍ，分别对桥梁纵向、横向进行称重，根据称重结果，进行平衡配重。称重前转体结构纵桥向、横桥向撑脚均未着地，属于摩阻力矩大于不平衡力矩的情况，在转动体主跨侧（西）和边跨侧（东）的下转盘处布置千斤顶，用以在称重试验时对转动体进行顶放，测试试验过程中临时支点的支反力值。在球铰上转盘四周布置4个位移计，用以判断转动体在称重试验过程中是否发生转动。
        纵桥向在主跨东西向两侧各布置4台500t主称重千斤顶，横桥向各布置3台400ｔ级辅称重千斤顶。主千斤顶沿称重方向距离球铰中心10ｍ，辅千斤顶沿称重方向距离球铰中心8.5ｍ。
        根据称重结果计算得到转动体不平衡弯矩MG=47297.25 kN.m，转体梁的重量为330000kN，转动体偏心距e=MG/N=0.143m。纵向配重，保证emin=0.05，需要配重为G=330000×（0.143-0.05）=30690KN，配重纵向布置于距离小里程侧2#墩中心线48米位置处，荷载集度为639kN/m，采用1×1×0.8的压重块配置，单个压重块集度为20kN/m，需布置639/20=32块。
        3.4桥梁转体施工
        桥梁完成称重配重后，整个转体系统支承体系转换，梁体重量通过墩柱传递至球铰支座上，为全面检查牵引动力系统状态是否良好，需根据计算结果，进行结构转体试运转。
        正式转体前要根据设计要求，对转体动力储备系数、牵引索安全系数和转体时间进行理论计算，选取适宜的牵引设备。本工程选取2 套ZLD500型连续转体千斤顶、2台ZLDB液压泵站和1台ZLDB主控台通过高压油管和电缆线连接组成1套转体动力系统
        3.4.1转体参数计算
        （1）牵引力计算。转体总重量W为330000KN，启动时静摩擦系数按μ=0.1，静摩擦力F=W×μ=33000KN；转动过程中的动摩擦系数按μ=0.06，动摩擦力F=W×μ=19800KN；转体牵引力计算：T=2/3×（R×W×μ）/D；R为球铰平面半径，R=2.6m；D为转台直径，D=2130cm；μ为球铰磨擦系数，μ静=0.1，μ动=0.06
        计算结果：
        启动时所需最大索引力T=2/3×（R×W×μ静）/D=2685KN
        转动过程中所需牵引力T=2/3×（R×W×μ动）/D=1611KN
        助推顶提供助推力T=（M静-M动）/20=1139KN
        安全系数=2000/1139=1.76
        计算结果表明千斤顶动力储备的安全系数均达到了本类型工程施工的要求。
        （2）转体时间计算
        转体角度87.47°（1.53rad）及上转盘半径10m，计算出钢绞线牵引长度L=10×1.53rad =15.3m。71米梁端转过弧线长度为71×1.53rad =108.4m。
        转体所用时间t=L/V=15.3÷10.8=1.42h=85min；牵引钢绞线速度：15.3÷85=0.18m/min；转体角速度：87.47÷85=1.03°/min，即 0.018rad/min；转体悬臂端线速度：108.4÷85=1.3m/min。
        根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）规定，转体角速度不大于0.01~0.02 rad/min。上述计算数据均满足规范要求。
        3.4.2试转体
        试转角度计划按5°以内控制，确保梁体不侵入铁路限界内。在要点正式转体施工前2天进行试转，试转时应对转体进行全面检测，在转盘部分、平衡配重、连续千斤顶等各个环节都确保正常时，对转体进行小范围的试转，以确定牵引设备、转体系统是否能够安全运转、以及各项运行参数。（静、动摩擦系数、牵引力、试转角速度、点动对应梁端位移等参数）
        3.4.3正式转体
        正式转体过程中，采用自主研发的大型桥梁转体实施监测系统对桥梁进行跟踪观测，实时监测转体角度、角速度、线速度等参数并比进行可视化。距设计角度5°处，降低平转速度，采取点动操作。为保证转体就位准确，整个转体施工过程中，采用测量机器人加强对Ｔ构两端高程的监测和转盘滑道的观察。
        桥梁轴线转动到设计位置后，对桥梁横向、纵向偏差进行姿态调整，精确调整完成后，即对桥梁进行约束固定。在撑脚底面与滑道顶面缝隙间采用楔形块锁定，同时将撑脚与滑道焊接牢固，保证精确就位的结构不致发生轻微偏移。然后将上、下转盘预留钢筋恢复连接，进行转体墩上、下转盘封固施工。
        4结束语
        本转体桥转动系统安装精度高、配重合理、转体就位精确，其技术对提高宽幅超大吨位转体桥梁施工效率、控制梁体转动稳定性等具有重要意义。
        参考文献：
        [1]袁可．桥梁转体施工的关键控制点分析[J]．铁道建筑技术，2016（05）：9-11。
        [2]刘建新.跨既有铁路连续梁转体施工关键技术研究[J].铁道建筑技术，2019（03）：73-74。
        [3]王振东.大跨度连续梁水平转体施工关键技术研究[J].铁道建筑石家庄铁道大学，2013（08）27-29。