公路跨铁路桥主桥双幅同步平衡转体施工技术研究

公路跨铁路桥主桥双幅同步平衡转体施工技术研究

作者：苏晓堃

来源：《科技创新导报》2012年第11期

摘 要:本桥为河北省最大跨铁路双幅同时同向、逆时针转体立交桥。文章介绍了该桥主体双幅同步平衡转体的施工控制技术及转体各工序的注意事项,可供类似工程参考。 关键词:双幅同步 平衡 转体施工

中图分类号:U445.4 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(b)-0112-02 1 工程概况

京包2号桥是京化高速公路重要组成部分,在GK44+998.4处上跨京包铁路相交,相交角度68.92O。京包2号桥为分离式立交桥,单幅断面宽16.4m,全桥断面宽33.636m,两幅桥之间留0.836m分隔带。上跨京包铁路为跨度67+67m大型T型刚构混凝土箱梁,施工方法采用双幅平面同步平衡转体施工,转体角度为逆时70°,转体部分为中墩两侧各57m,总长114m,剩余10m待转体就位后现浇接长。墩柱与承台间为转盘结构,转盘结构采用滑道与中心支承相结合的球铰转动系统;基础采用直径1.8m的钻孔灌注桩。总体施工流程:钻孔桩施工—承台(下转盘)施工—球铰安装—上转盘施工—中墩施工—箱梁施工—预应力施工—附属施工—称重、试转—转体就位—现浇合拢段。 2 转体基本原理

主桥平衡转体施工的基本原理是箱梁通过墩柱传递于和上转盘组成一体的上球铰,上球铰通过球铰间的四氟乙烯板传递至下球铰和承台。待箱梁主体施工完毕以后,脱空砂箱将梁体的全部重量转移于撑脚和球铰,然后进行称重和配重,张拉埋设在上转盘的两道牵引索形成力偶,克服上下球铰之间及撑脚与下滑道之间的动摩擦力,使桥体旋转到设计位置。 3 双幅同步平衡逆向转体施工 3.1 转体下盘施工

转体下盘(转体大承台)为支承转体结构全部重量的基础,转体完成后,与上转盘共同形成桥梁基础。下转盘上设置转动系统的下球铰、保险撑脚环形滑道及转体拽拉千斤顶反力座等。根据控制球铰及下滑道安装精度的要求,转体大承台的浇注分三次完成。

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(1)第一步绑扎承台底和侧面四周钢筋进行第一层混凝土浇筑,高度为2.74m,并在混凝土顶面预埋滑道和下球铰骨架安装角钢;

(2)安装下滑道骨架和下球铰骨架,要求骨架顶面的相对高差不大于5mm,骨架中心和球铰中心重合,与理论中心偏差不大于1mm;

(3)绑扎预留槽两侧钢筋,安装预留槽模板,进行二次混凝土浇注;二次浇注至承台顶面,控制好预留槽混凝土高度;

(4)绑扎球铰预留槽和下滑道钢筋,安装滑道钢板,要求滑道钢板顶面局部平整度0.5mm,相对高差不大于2mm,采取调整骨架上的螺母使其水平,滑道钢板水平后(30mm)在钢板顶铺3mm厚不锈钢板,不锈钢板和滑道钢板采用中间塞焊和周围点焊方法焊接、焊接后磨平;

(5)第三次浇筑预留槽混凝土(下滑道钢板下和下球铰预留槽),浇筑千斤顶反力座和转体牵引反力座混凝土。 3.2 球铰安装

球铰包括上、下球铰,球铰间四氟乙烯板、固定上下球铰的钢销、下球铰钢骨架。 (1)安装下球铰。下球铰骨架固定牢固后,吊装下球铰使其放在骨架上,对其进行对中和调平,对中要求下球铰中心纵横向误差不大于1mm,采用十字线和坐标控制,水平调整先使用普通水平议调平,然后使用精密水准仪调平,使其球铰顶面处各点相对误差不大于1mm。满足要求后,固定死调整螺栓,见图1。

(2)安装上球铰。在下球铰上安装四氟乙烯片,四氟乙烯片规格为φ60mm×20mm,球铰四氟乙烯片为560块,总面积为15833.6cm2,四氟乙烯片在场内进行安装调试后编好号码,现场对号入座,安装时把下球铰表面和安装孔内清理干净,安装后要求顶面在同一球面上其误差不大于1mm;在下球铰上涂黄油和四氟乙烯粉,使其均匀的充满滑动片之间的空隙,并略高于顶面,严禁杂物侵入。并在上球铰球面上也均匀的涂一层黄油和四氟乙烯粉,安装上球铰精确定位,并临时锁定限位并通过直径为270mm定位销轴使其上下球铰中心重合,见图2和图3。 3.3 撑脚安装

每个转体有六对撑脚,每个撑脚由两根直径600mm、高1650mm的钢管焊在外边长1877mm,内边长1470mm,厚30mm扇形钢板上,安装时要求撑脚底与不锈钢板间预留20mm间隙,在撑铰和不锈钢板间安由20mm厚木条做成的一个方框,方框内填充细砂。转体时撑脚底与不锈钢板间铺四氟乙烯板,撑脚位置应准确。在两个撑脚之间布置直径为500mm的砂箱两个,每个转盘布置12个,用来支承上转盘和上部结构的重量,同时起到稳定上转盘作用。 3.4 上转盘施工

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转体上盘是转体的重要结构,在整个转体过程中形成一个多向、立体的受力状态,上盘布有纵、横、竖三向预应力钢筋。上转盘是球铰、撑脚与上盘相连接的部分,也是转体牵引力直接施加的部位,转体内预埋转体牵引索,牵引索外露部分圆顺地缠绕在转盘周围,互不干扰地搁置于预埋钢筋上。待梁体施工完毕支架落架后,进行整个系统支承体系的转换,转体前,把支撑撑脚的钢筋割断,然后再落砂箱,使转盘支承于球铰上。上转盘施工分两步:

(1)下部为0.8m厚、直径为7.1m,施工时预埋竖向预应力筋,采用32的精轧螺纹,预埋两束19×φ15.2的钢绞线,埋入上转盘内4m,每束采用并排布置,作为转体牵引束。钢绞线预埋方向和牵引方向一致,然后浇筑混凝土;(2)上部为9.6*7.5*2.2m的矩形结构,结构中心与球铰中心重合,施工时预埋横纵向预应力筋,达到强度以后进行预应力张拉。 3.5 桥墩施工

主墩高度为21.5m和20.5m两种,截面尺寸为9.6×7.5m。左3、右3桥墩高度分别为20.3m、20.5m,截面尺寸为:8.5×2.4m,桥墩内外模全部采用整体钢模板,现场拼装,采用拉筋横纵向对拉加固,模板整体稳定性采用钢丝绳配合地锚加固。中墩施工允许轴向偏位为±8mm。 3.6 转体前准备工作

(1)拆除箱梁排架。在两悬臂端向中墩方向5米范围内暂时保留排架,作为箱梁称重和转体前的支撑,在试转体前拆除。

(2)分两组对称拆除砂箱,每组6个;清理滑道,垫四氟乙烯板,并涂抹黄油。

(3)箱梁平衡称重。转体上部悬臂结构绝对平衡会引起梁端转动过程中发生抖动,且幅度较大,这不利于转体的平稳性要求,在实际施工中通过称重和配重使实际重心偏离理论重心5～15cm,根据称重结果(配重)选择左右幅的各自配重,根据配重确定重心偏位。

(4)设备测试。转体过程中的液压及电器设备使用前要进行测试和标定,并进行试运转。 (5)设备安装就位。按设备平面布置图将设备安装就位,连接好主控台、泵站、千斤顶间的信号线,接好泵站与千斤顶间的油路,连接主控台、泵站电源。

(6)设备空载试运行。根据千斤顶施力值反算出各泵站油压值,按此油压值调整好泵站的最大允许油压,空载试运行,并检查设备运行是否正常;空载运行正常后再进行下一步工作。 (7)安装牵引索。将预埋好的钢绞线牵引索顺着牵引方向绕上转盘后穿过千斤顶,并用千斤顶的夹紧装置夹持住;先用1-5kN逐根对钢绞线预紧,再用牵引千斤顶在2Mpa油压下对该束钢绞线整体预紧,使同一束牵引索各钢绞线持力基本一致。 3.7 试转

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在上述各项准备工作完成后,正式转动前两天,进行结构转体试运转,全面检查一遍牵引动力系统及转体体系、位控体系、防倾保险体系等是否状态良好。本工程试转时根据转体前箱梁与既有线路中心的距离最近为24.358m,电化杆回流线距线路中心最大距离4.2m,梁端部转动18m在设备限界以外,为确保试转后梁端固定支承的实施,确定试转时的横向转动距离为5m,转动角度为5.02°。 3.8 正式转体

(1)液压控制系统、要点审批、气象条件、结构物等全部就绪并满足转体要求,各岗位人员到位,转体人员接到指挥长的转体命令后,启动动力系统设备,并使其在“自动”状态下运行。 (2)设备运行过程中,各岗位人员的注意力必须高度集中,时刻注意观察和监控动力系统设备的运行情况及桥面转体情况。同步转体控制措施:①同时启动,现场设同步启动指挥员,采用对讲机进行通讯指挥;②连续千斤顶工程油压相同,转体采用同种型号的两套液压设备,转体时按控制好的油表压力;③采用同步观测,如图4。 3.9 转体后续工作

使箱梁中心线与理论中心线基本重合,误差在许可范围内;架设临时支墩;在临时支墩上,使用液压千斤顶调整转体桥悬臂端挠度;固定上、下转盘;进行后浇段施工;现浇合拢段施工;上跨桥面系工程。

4 转体主要技术参数计算

转体结构的索引力、安全系数及转体时间的计算。(见表1) 转体总重量W为92000kN 其摩擦力计算公式:F=W×μ

启动时静摩擦系数按μ=0.1,静摩擦力F=W×μ=9200kN 转动过程中的动摩擦系数按μ=0.06,动摩擦力F=W×μ=5520kN 转体按拉力计算,计算公式: T=2/3×(R×W×μ)/D

式中:R为球铰平面半径,R=1.5cm W为转体总重量,W=92000kN

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D为转台直径,D=710cm

μ为球铰摩擦系数,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=1295.8kN 转动过程中所需牵引力:T=2/3×(R×W×μ动)/D=777.5kN 动力储备系数: 2000kN/1295.8kN=1.54

钢绞线的安全系数:19(根/台)×26(T/根)/129.58(T)=3.81 千斤顶的牵引速度计算公式:V=(L/S)×60 L为泵头每分钟的流量:6升/分钟 S为张拉活塞面积:817cm2

通过计算,可得:V=4.406m/h(连续千斤顶工作速度)

LS为转盘所走的弧线长度:LS=(Dπ)/360×70=4.335m(钢绞线的过镐长度) 整个转体所用时间计算公式:T=LS/V

代入相关量,转体理论时间:T≈0.9839(小时)≈59(min) 可以通过以上数据,得知拉索的速度以及箱梁端部的速度: 拉索速度:4.335/59=7．35cm/min

箱梁端部速度:(2π×57×70/360)/59=1.18m/分钟 转体角速度:70/59=1.186°/min(如表1) 5 结语

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本转体桥施工主要集中于铁路两侧箱梁预制场地中,与同类跨铁路桥梁施工工法相比,具有场地易于布置,施工速度快,干扰因素少等优点。本工程于2009年7月开工,并于2010年10月顺利完成转体施工,本桥所采取的施工技术对同类工程具有一定的参考价值。 参考文献

[1] 张宝玲,刘志强,江智勇.自平衡T构桥转体施工的有关计算[J].科技创新导报,2011(23). [2] 郝小平张宝灵江智勇.大型双幅同步自平衡T型刚构转体桥施工工法科技资讯,2009(22). [3] 刘贺全.跨线桥T形刚构大型悬臂箱梁双幅同时同步转体施工技术铁道建筑,2007(9).