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高原地区转体桥球铰施工关键技术

发表时间：2020/6/30 来源：《基层建设》2020年第6期作者：伍雄贾贵春刘楠

[导读] 摘要：在确保既有线安全运营的前提下，转体施工方法在跨越线路的连续梁施工中得到越来越广泛的应用，以减小施工对既有运营线路的影响。

        中铁一局集团第四工程有限公司陕西咸阳 712000
        摘要：在确保既有线安全运营的前提下，转体施工方法在跨越线路的连续梁施工中得到越来越广泛的应用，以减小施工对既有运营线路的影响。本文结合转体连续梁桥的施工工艺原理，探讨转体球铰的关键施工技术在高海拔地区的运用，在实际应用后，效果良好。
        关键词：高原地区；转体桥；球铰施工技术；
        引言：在横跨运营线路的桥梁设计中，转体技术的运用非常重要，弥补了施工条件的不足。转体施工可以将桥梁分成两个半跨，在完成梁体浇筑后，两个半跨通过转体就位，是建造大吨位跨线桥梁的关键施工技术。在我国桥梁建设中，桥梁转体技术运用广泛，桥梁建筑比较多。
        连续梁转体施工工艺原理是根据梁体的重量通过墩柱传递于上球铰，然后上球铰通过球铰间的四氟乙烯滑板再传递给下球铰和承台，最后传递给桩基础。待连续梁主体结构线外偏位施工完成后，拆除临时支撑将梁体的全部重量再次转移给球铰，再进行称重和配重，利用埋设在上转盘的牵引索等作用于千斤顶，克服上下球铰之间及撑脚与下滑道两者间的动摩擦力矩控制梁体转动就位。实现桥梁转体施工的关键是球铰。球铰与上转盘、下转盘构成平转法转动体系的承重系统。
        1高原地区混凝土连续梁转体施工技术的主要特点
        格库铁路上行线格东特大桥连续梁位于青藏高原地区，海拔2830m，是我国海拔2000m以上首座采用转体法施工的混凝土连续梁桥，受到了青藏铁路公司的高度关注；由于高原地区年度施工作业时间集中在4月-10月之间，施工时间短，施工条件艰苦，且劳动力作业效率低，材料运输及机械调配成本大，所需高原补贴及医疗设备补助要求高。同时该桥上跨既有青藏铁路，上跨段线路设计曲线半径为800m，属于小半径转体施工，梁体在横向和纵向均存在不平衡问题；该桥主墩中心距既有线中心最近12.01m，梁底距接触网承力索仅1.28m，施工难度大、营业线安全风险大。在如此特殊复杂的前提条件下，转体桥关键施工技术的控制显得尤为重要。
        转体施工技术的运用在桥梁建设中有很多的优点，具体表现为以下几个方面：
        （1）能有效节约工期，减少建设投资成本。桥梁转体施工将把部分的上跨施工转换为邻近施工，改善了施工环境，能有效加快施工进度。同时桥梁转体是利用桥梁本身的结构来做支撑，减少了跨线支架钢管等材料的投入成本。
        （2）有利于减小对运营线路的影响，确保施工安全。桥梁转体施工技术改善了施工作业环境，同时最大限度的减小了施工对运营线路的影响。
        （3）能有效控制好桥梁的外观和质量。通过把控桥梁转体施工技术及工艺流程，转体施工技术简单方便的优点极大的保证了桥梁的外观质量，同时将实际施工周期缩短，提高了施工的经济效益。
        平转法转动体系主要由承重系统、顶推牵引系统和平衡系统三大部分组成，转动体系以球铰支撑为主，撑脚起控制转体稳定的作用。承重系统由上转盘、下转盘和转动球铰构成，上转盘支承转体结构，下转盘与桩基础相连，通过上转盘相对于下转盘转动，达到转体目的；
        2球铰施工技术要点
        2.1 球铰的设计
        格库铁路上行线格东特大桥(48+80+48) m连续梁转体系统设计承载力35000kN,设计最大偏心0.19m。球铰根据设计承载力采用ZTQZ-B-35000型。结构主要包括上球铰、下球铰、摩擦副、上套筒钢管、下套筒钢管、销轴、下球铰骨架。球铰的球面板材质采用Q345钢板，加强肋板采用Q235钢板，销轴采用45#钢，球铰摩擦副采用填充聚四氟乙烯复合夹层滑片，滑动摩擦系数不大于0.06 （脂润滑），静摩擦系数不大于0.1。
        球铰制造满足以下要求：
        1）转体球铰各零件的结构尺寸及公差使用钢直尺、卷尺测量，符合设计纸的要求。
        2）转体球铰各零件的组焊要求焊缝光滑平整，无裂纹、咬边、气孔、夹渣等缺陷。
        3）上、下球铰的球面板采用两块钢板开坡口拼焊制成。
        4）上、下球饺的球面板采用压制成型，成型后与放射筋及环形筋组焊,组焊后进行退火处理。
        5）与上、下球饺焊接的定位轴套钢管中心轴与球面截面圆平面保持垂直，其倾斜度不大于3%。
        球铰安装满足：
        1）下球铰安装前预埋球铰骨架，骨架角钢顶面局部相对高差小于5mm，下球铰由螺母调整校平，球铰局部平面相对高差小于0.5 mm，球铰中心纵、横向误差小于1mm。
        2）安装上球铰时，上下球铰形心轴、转动轴务必重合，其误差不大于1mm，球铰局部平面相对高差小于 0.5mm。
        2.2 下转盘施工
        下转盘是转体重要的支撑结构，下转盘即为连续梁桥墩的下承台。下转盘布置有转动系统的下球铰（及其支架）、撑脚的不锈钢环形滑道（宽度0.9m）、牵引系统的反力座、助推反力座等，下转盘尺寸为14.6m×14.6m×3m。

图1 下球铰平面布置图

        图2   下球铰立面布置图
        下转盘混凝土分二次浇筑成型，第一次浇筑至下球铰定位支架底0.15m处，以便于球铰支架等预埋件安装；待球铰和滑道、预埋件、钢筋等安装固定以后，再浇筑第二次混凝土及千斤顶反力座。
        2.3 下球铰及滑道安装
        下球铰的精确定位及调整：利用固定调整架及调整螺栓将下球铰悬吊，调整中心位置，然后依靠固定调整螺杆上下转动调整标高。
        下球铰的固定：精确定位及调整完成后，对下转盘球铰的中心、标高、平整度进行复查；中心位置利用全站仪检查，标高通过千斤顶进行调整，采用精度为0.03mm的水准仪及钢铟尺多点复测，经检查合格后将调整螺栓与横梁之间拧紧固定，定位架与下球铰之间焊接[10mm槽钢加强固定。
        下球铰安装精度要求：球铰球面曲率半径之差小于0.5mm；边缘各点高程差小于1mm；椭圆度大于1.5mm；转动中心与设计误差顺桥向不大于1mm，横桥向不大于1.5mm。
        滑道安装：在下转盘的顶面设置外径3.75m，宽0.9m的环形滑道，滑道由5mm厚的不锈钢板及5mm厚度的四氟板贴面组成，滑道钢板镶嵌于磨光的环形滑道槽内，滑道槽在混凝土终凝前反复打磨成型，为减小撑脚底面与滑道的摩擦，滑道由专业厂家加工，滑道不锈钢板顶面须平整，磨光度不低于6.3级。
        施工时，先安装滑道定位支架，其施工与下球铰定位架安装工艺相同，定位架安装完成后，再进行滑道安装。滑道采取现场分节段拼装，利用调整螺栓调整固定。滑道顶面高出下转盘混凝土顶面10mm-20mm，且整个滑道面在同一水平面上，其相对高差不大于1mm。
        2.4 下转盘混凝土浇筑
        下球铰及滑道安装完成后，根据图纸安装相应的连接钢筋和预埋件，验收合格后进行下转盘混凝土的第二次浇筑。为防止后期施工过程中水或杂物进入上下球铰之间的空隙，施工时下转盘混凝土顶面比下球铰顶面低50mm。
        混凝土的浇筑关键在于控制好混凝土的密实度、浇筑过程中下转盘球铰不受扰动。施工中采取以下措施：
        ①利用下转盘球铰上设置的混凝土浇筑排气孔分块单独浇筑各肋板区，待混凝土溢出孔后封堵振捣孔，混凝土浇筑完毕后及时清理下球铰处污染物并封闭保护。
        ②搭设混凝土浇筑工作平台。作业人员在工作平台上作业，减小操作过程对球铰及预埋件产生扰动。
        ③控制混凝土浇筑速度，加强混凝土振捣及养护。
        2.5 上转盘施工
        上转盘设置有8对钢管混凝土撑脚，每对撑脚为直径Φ600mm的双圆柱形钢管。钢管撑脚在工厂整体制造后运至现场，在下转盘混凝土灌注完成及上球铰安装就位时安装撑脚，并在撑脚走板下支垫10mm垫板（作为转体结构与滑道的间隙）。上转盘施工完成后抽取垫板并采用楔形钢板临时支撑。转动前在撑脚下面铺装5mm四氟板，并在转动过程中及时添加四氟乙烯黄油，以减小转动时的摩擦力。
        上球铰的安装步骤如下：
        ①清理干净上下球铰球面。
        ②在中心销轴套管中放入四氟乙烯黄油，将中心销轴放入套管中，调整固定好垂直度与周边间隙。
        ③在下球铰凹球面上按照编号由内到外安装聚四氟乙烯滑片，各滑片须位于同一球面。在滑片间涂抹四氟乙烯黄油，使四氟乙烯黄油均匀充满滑片之间的空隙，并略高于滑动片顶面。
        ④将上球铰缓慢吊装套进中心销轴内。再用倒链微调上球铰水平位置，使之顶面水平并与下球铰外圈间隙垂直。
        ⑤球铰安装完成后对其周边进行防护，上下球铰之间采用胶带缠绕包裹严密，确保杂质不进入到摩擦面内造成污染。

图3 上转盘立面图

        图4    上转盘平面图
        2.6 上转盘模板及支架施工
        由于上转盘混凝土分两次浇筑，为保证混凝土浇筑质量及便于模板拆除，模板统一采用15mm厚竹胶板，支架采用φ48x3.0mm的钢管或盘扣支架，支架立杆布距为60cm。
        2.7 上转盘预埋牵引索施工
        上转盘底层钢筋安装完成后，安装定位束牵引索，牵引索采用7-φs15.24mm钢绞线，为保证转体时牵引索之间互不干扰的工作，牵引索钢绞线采用左、右旋均布。牵引索在混凝土内的预埋端采用15-7H型锚具锚固，其预埋长度不小于1.6m，并利用固定在底层钢筋上的定位钢板精确定位钢绞线的平面位置和高度，同一对牵引索的锚固端在同一直线上并与转台圆心对称，每根索的预埋高度和牵引力方向保持一致；施工时，同时预埋牵引索支撑钢筋，钢绞线在上转盘混凝土内部分预埋内径φ8cm钢管，以使钢绞线传力顺畅，牵引索外漏部分圆顺缠绕在转盘周围，互不干扰地搁置于预埋筋上，并采取有效措施防止施工过程中钢绞线损坏或生锈。
        2.8 上转盘混凝土浇筑
        上转盘（上承台）混凝土分两次浇筑成型。第一次在上球铰、钢撑脚安装就位后，安装上球铰钢筋网片、转台钢筋，浇筑转台0.6m高混凝土部分；第二次在安装完成上转盘其它钢筋、墩身预埋筋后，再浇筑上转盘2.2m高混凝土。上转盘承台采用C40纤维混凝土，浇筑顺序由周边向中心，平面分层浇筑高度30cm到40cm左右，混凝土浇筑过程中严格控制浇筑速度，避免振动棒触碰定位钢筋或其它预埋件。
        结束语
        综上所述，桥梁转体施工技术发展日益成熟，尤其是在跨线桥梁施工中应用越来越广泛。其中转体球铰的施工质量直接影响桥梁转体的成败，其关键施工技术研究更是重中之重。通过本桥施工的应用，对后续转体桥梁球铰的施工起到一定的指导作用。
        参考文献
        [1]《桥梁水平转体法施工技术规程》（DG∕TJ 08-2220-2016）；
        [2]《格库铁路上行线格东特大桥（48+80+48）m连续梁转体设计图》（图号：格库施桥II-4-5）；
        [3]《我国桥梁转体施工技术的发展现状与前景》（道桥建设   邹军）；