跨武廣特大橋轉體施工技術(shù)論文

　　摘 要:結合工程實(shí)例,從橋梁轉體系統的布置、轉體結構動(dòng)摩擦力矩及牽引力計算、鎖定與封嵌等方面闡述了跨武廣特大橋轉體施工技術(shù)方案,通過(guò)這次轉體技術(shù)的成功運用為同類(lèi)工程的施工起到了一定的指導作用。

　　關(guān)鍵詞:轉體施工技術(shù),工藝流程,轉體系統

　　中圖分類(lèi)號:U448. 17文獻標識碼:A

　　1 工程概況跨武廣特大橋橋址位于湖北省咸寧市橫溝橋鎮,橋位沿G107國道走行,全長(cháng)1 483. 534 m,全橋43墩2臺,橋梁跨越武廣高速鐵路位于武廣客專(zhuān)鐵路咸寧段,鐵路里程為K1300+348。在該處跨武廣特大橋采用48 m+80 m+48 m現澆連續梁斜跨武廣客專(zhuān),斜交角度155°(21孔~24孔);在施工時(shí),三跨連續梁在平行武廣客專(zhuān)線(xiàn)路方向的武廣客專(zhuān)兩側防護柵欄之外采用掛籃懸臂現澆施工;懸澆至最后一段跨中合龍段后,通過(guò)水平旋轉22號、23號主墩承臺帶動(dòng)墩身及梁體轉動(dòng)使主梁就位,調整梁體線(xiàn)形、封固球鉸轉動(dòng)體系的上、下盤(pán),最后澆筑合龍段,使全橋貫通。轉體段梁長(cháng)2-(39 m+39 m);轉體總重量2-4 500 t,為中心承重轉體�？缥鋸V特大橋橋下有武廣上下行客車(chē)線(xiàn)共計2股道,既有線(xiàn)的線(xiàn)間距5 m。武廣線(xiàn)全程行車(chē)速度350 km/h,行車(chē)密度30 min/趟,每天有40對列車(chē)行駛。

　　2 主要施工技術(shù)方案

　　2.1 轉體施工方案綜述及流程采用中心支承轉動(dòng)、輔以保險平衡腳穩定的方案,并以中心支承為轉體體系。在上下層承臺間設置轉動(dòng)體系,轉盤(pán)采用專(zhuān)用球鉸。轉體結構由下轉盤(pán)、球鉸、上轉盤(pán)、轉體牽引系統組成。下轉盤(pán)(下承臺)為支承轉體結構全部重量的基礎,轉體完成后,與上轉盤(pán)共同形成基礎。下轉盤(pán)上設置轉體系統的下球鉸、撐腳的環(huán)形滑道及轉體拽拉千斤頂反力座等。下承臺頂面,布置不銹鋼環(huán)道、助推反力孔、牽引反力支座等;上承臺底面布置鋼管混凝土撐腳、托盤(pán),撐腳底部距離下轉盤(pán)滑道頂面30 mm,保證脫架后環(huán)道撐腳懸空,形成中心承重轉動(dòng)體系。路線(xiàn)兩側各采用2臺ZLD100型100 t連續千斤頂作為牽引千斤頂形成牽引力偶, 2臺普通QJ100型100 t千斤頂作為啟動(dòng)助推千斤頂。牽引反力支架布置于下承臺,牽引索布置于上承臺底部。箱梁澆筑完成后,拆除砂箱形成轉動(dòng)體系,啟動(dòng)牽引系統,上承臺、墩身及箱梁形成的整體繞下承臺頂面中心位置設置的鋼軸旋轉25°左右,到達設計位置、精確測量并臨時(shí)限位后,及時(shí)連接豎向鋼筋并采用C50微膨脹混凝土填充兩層承臺間的縫隙進(jìn)行封盤(pán)。轉體施工工藝流程圖見(jiàn)圖1。

　　2.2 橋梁轉體施工技術(shù)方案

　　2.2.1 轉體系統下轉盤(pán)(下承臺)為支承轉體結構全部重量的基礎,轉體完成后,與上轉盤(pán)共同形成基礎。下轉盤(pán)上設置轉體系統的下球鉸、撐腳的環(huán)形滑道及轉體拽拉千斤頂反力座等。下轉盤(pán)分三次澆筑施工:第一次在綁扎底層鋼筋網(wǎng)片及側面面層鋼筋,并綁扎承臺內豎向鋼筋后,立模澆筑混凝土;第二次在下球鉸和滑道安裝固定后,綁扎其余鋼筋,澆筑第二層混凝土;第三次澆筑球鉸下凸出部分的混凝土。上轉盤(pán)(上承臺)分兩次澆筑施工。第一次在上球鉸安裝和鋼撐腳完成后,綁扎上球鉸鋼筋網(wǎng)片及轉臺鋼筋,澆筑混凝土;第二次澆筑上轉盤(pán)剩余部分混凝土。轉體結構系統組成見(jiàn)圖2。

　　2.2.2 轉體結構動(dòng)摩擦力矩及牽引力計算

　　1)力矩計算。

　　根據JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)規范第16. 4. 3條,T=2FfR /3D,M1=T1D1=2f1GR1/3=2(D /2)Gf1/3=2 700 kN·m。

　　2)牽引力計算。

　　考慮動(dòng)摩擦力矩全部由兩束牽引鋼絞線(xiàn)索承受,則鋼絞線(xiàn)索牽引力T1為:T1=M1/D1=337.5 kN。其中,M1為轉體結構球鉸處動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的力矩, kN·m;T1為牽引力, kN;f1為動(dòng)摩擦系數,按JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)規范第16. 4條,考慮四氟板圓柱形實(shí)體滑塊涂抹黃油四氟粉后與鋼板之間的摩擦力較小,取f1=0. 06;G為轉體總重力,取45 000 kN;D為球鉸外徑,D=3. 0m;R1為球鉸水平投影半徑,R1=D /2=1. 5 m;D1為牽引力偶臂(轉盤(pán)半徑),D1=8. 0 m。

　　3)轉體結構靜摩擦力矩及助推力計算。

　　靜摩擦力產(chǎn)生的力矩Mj:Mj=2f2GR1/3=4 500 kN·m。助推力計算:考慮動(dòng)摩擦力矩與靜摩擦力矩間的差值全部由轉盤(pán)撐腳處的2臺助推千斤頂承受,則有:T2=(Mj-M1) /(2R2)=276.9 kN。其中,T2為助推力, kN;Mj為靜摩擦力產(chǎn)生的力矩, kN·m；R2為撐腳中心線(xiàn)至鉸中心的距離,R2=3. 25 m;f2為靜摩擦系數,按JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)規范第16. 4條,取f1=0. 1。

　　4)牽引千斤頂選擇。

　　選用15. 2-7鋼絞線(xiàn)作為牽引索,其標準強度:fytp=1 860MPa,n=7;單根截面面積:A=140 mm2;鋼絞線(xiàn)錨下控制應力fk=0. 75fytp=1 395MPa。則單束鋼絞線(xiàn)容許應力[T]:[T]=nAfk=1 367. 1 kN>337. 5 kN。安全系數:K1=[T] /T1=3. 62>2,滿(mǎn)足要求。

　　根據計算結果確定千斤頂及助推千斤頂,采用2臺1 000 kN連續千斤頂分別對稱(chēng)布置,則動(dòng)力系數:η1=T1/F1=0. 377<0. 85,滿(mǎn)足要求。同理,助推千斤頂選用2臺1 000 kN螺旋千斤頂,則動(dòng)力系數:H2=T2/F1=0. 277<0. 85,滿(mǎn)足要求。

　　5)慣性制動(dòng)距離計算。

　　轉動(dòng)單元達到設計位置之前,連續千斤頂停止牽引,轉動(dòng)單元在慣性力作用下繼續轉動(dòng),此時(shí)動(dòng)摩擦力將阻止整個(gè)轉動(dòng)單元繼續轉動(dòng)并迫使其停止轉動(dòng)。轉動(dòng)單元的轉動(dòng)速度由位于牽引力支座上的連續千斤頂對鋼絞線(xiàn)的牽引速度確定,因此,為了便于控制轉動(dòng)速度,對連續千斤頂油缸行程進(jìn)行控制,當將連續千斤頂油缸行程調整到0. 12 m /min時(shí),轉動(dòng)單元的角速度:ω=V1/r1=0. 12/4. 0=0. 03 rad/min=5×10-4rad/s�？鐝綖�80 m的連續箱梁的單個(gè)T構旋梁端頭轉動(dòng)線(xiàn)速度:V2=ωr2=1. 17 m /min。

　　其中,ω為轉動(dòng)體的角速度, rad/s;V1為轉盤(pán)的轉動(dòng)線(xiàn)速度,V1=0. 12 m /min;r1為轉盤(pán)的半徑,r1=4. 0 m;V2為梁端的轉動(dòng)線(xiàn)速度;r2為梁體的旋轉半徑,r2=39 m。為保證轉動(dòng)單元的安全,連續千斤頂以0. 12 m /min的速度牽引鋼絞線(xiàn),帶動(dòng)轉盤(pán)轉動(dòng),那么,梁端以1. 17 m /min速度轉動(dòng)時(shí),其動(dòng)能:W1=MV22/2=2. 025。在摩擦力矩作用下,設止動(dòng)所需要的轉角為α,提供的摩擦力矩為W1=αM1,則α=W1/M1=2. 025/2 700=0. 000 75 rad,此時(shí)梁端中心線(xiàn)與梁體就位中線(xiàn)的差距:L=αr2=0. 029 3 m。

　　其中,W1為梁體的轉動(dòng)動(dòng)能;M1為轉動(dòng)體的質(zhì)量;α為止動(dòng)角度。在止動(dòng)階段,當梁頂端部的結構橫斷面中心線(xiàn)與設計橋位縱斷面軸線(xiàn)相差0. 029 3 m時(shí)應停止牽引,利用慣性就位。然后利用千斤頂逐步將轉動(dòng)單元頂推到設計線(xiàn)位置。

　　6)平衡措施。

　　為防止轉動(dòng)單元失衡,在滑道外側、T構縱橫軸線(xiàn)方向設置4臺4 000 kN的備用千斤頂,以便及時(shí)調整轉體的運行狀態(tài)。

　　2.2.3 轉體

　　1)主要設備布置。主要設備布置見(jiàn)圖3。

　　2)脫架并形成轉動(dòng)體系。脫架步驟:清除上下承臺間雜物→拆除撐腳下鋼楔塊→擰開(kāi)砂箱卸砂孔螺栓→使砂箱內砂自然流出或用高壓水槍沖擊→移走砂箱→轉動(dòng)體系形成。為了判斷轉動(dòng)體系脫架前后實(shí)際的重心偏離情況,在澆筑上承臺時(shí)在其四周設置永久觀(guān)測標志,并在施工全過(guò)程觀(guān)測記錄(精度0. 5 mm)它們的變化。

　　3)試轉體。

　　試轉體的目的:

　　a.檢驗轉體方案的實(shí)用性、可靠性;

　　b.檢驗整個(gè)指揮系統的協(xié)調性;

　　c.檢驗操作人員是否明確自己的崗位職責和協(xié)同反應能力;

　　d.通過(guò)演練取得經(jīng)驗并找到差距,以便進(jìn)一步改進(jìn)預定的轉體方案;

　　e.為了測試連續千斤頂加載后的工作性能,并確定合理轉速的油泵控制參數和停止牽引后轉動(dòng)體在慣性作用下可能產(chǎn)生的轉動(dòng)距離。

　　4)正式轉體。

　　當轉動(dòng)體系快到預定位置時(shí),迅速將2臺1 000 kN螺旋千斤頂、型鋼、鋼板對稱(chēng)地安放到助推反力孔上作為限位裝置,防止轉體到位后繼續前行。通過(guò)觀(guān)察上承臺軸線(xiàn)上懸掛的錘球與下承臺軸線(xiàn)的差值以及測量人員測量的數據,調整助推千斤頂的頂推速度,采用經(jīng)緯儀校正箱梁端頭中線(xiàn)指揮轉動(dòng)單元就位,中線(xiàn)偏差不大于2 cm。轉動(dòng)單元就位后,利用備用的型鋼、螺旋千斤頂、鋼楔子將轉盤(pán)固定,防止風(fēng)或其他因素引起轉動(dòng)體發(fā)生位移。

　　2.2.4 轉動(dòng)單元的精調

　　在下承臺頂面與縱橫橋向較低位置分別安放2臺4 000 kN千斤頂,對橋體的縱橫向高程進(jìn)行調整。整個(gè)精調過(guò)程中,利用電子水準儀對縱橫橋向高程進(jìn)行準確測量;利用全站儀對橋梁軸線(xiàn)進(jìn)行跟蹤監測。在梁頂高程、縱軸線(xiàn)符合設計要求后,在鋼撐腳下?lián)a入4個(gè)小鋼楔子,完成T構精調。精調過(guò)程中應控制頂升力不超過(guò)設計限值,并在千斤頂頂面和上承臺底面間設置2Ⅰ28型鋼δ=50 mm的鋼板以擴散局部應力。

　　2.2.5 鎖定與封鉸

　　精調結束后,立即在鋼撐腳與內外助推反力支座之間安放型鋼反力架,對轉動(dòng)單元進(jìn)行鎖定。然后清洗滑道上的潤滑劑、清理底盤(pán)上表面臟物,焊接上下承臺間的預埋鋼筋、鋼件、綁扎鋼筋,立模澆筑C50微膨脹混凝土封鉸,加強養護,使承臺形成整體。

　　參考文獻:

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　　[5] 鐵建設[2005]160號,客運專(zhuān)線(xiàn)鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收暫行標準[S].

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