客运专线跨既有线连续梁转体法施工[详细]

1、客运专线跨既有线连续梁转体法施工刘天宙 袁韬 曾奕衡(中铁二局宝兰客专甘肃段项目经理部)【摘要】:桥梁转体施工是利用已施工桥梁结构部分自身和钢结构,利用摩擦系数很小 的 滑道及合理牵引力系统,将已施工桥梁结构部分整体旋转到位,并进行合拢施工,形成整体桥梁结构.通过对转体球铰结构安装、称重、转动、合拢等技术难题为例,介绍了 转体结构的 安装方法、转体和质量控制措施,以期为类似工程提供经验.【关键词】球绞安装质量 、牵引转体、合拢段1引言转体结构安装质量控制及转体设备的 选取是转体施工至关重要的 环节.2工程概况宝兰客运专线称沟驿特大桥2023号墩连续梁上跨陇海铁路,上部结构为(40+56+40)

2、米预应力混凝土连续梁,陇海铁路为I级双线电气化铁路,宝兰客运专线与陇海铁路线夹角为85.称沟驿特大桥主桥球铰竖向承载力为4500t,平面直径为270厘米,它由上下球铰、球铰间聚四氟乙烯滑片、固定上下球铰的 27厘米钢销、下球铰钢骨架等组成.3转体施工的 基本原理转体的 基本原理是箱梁重量通过墩柱传递至球铰.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后,拆除沙箱、脱空撑脚将梁体的 全部重量转移于球铰.然后进行称重和配重,利用埋设在上转盘的 牵引索、转体连续作用千斤顶,克服上下球铰之间及撑脚与滑道之间的 动摩擦力矩,使桥体转动到位.4转体施工工艺流程浇注下转盘第一次混凝土

3、安装球铰定位底座安装下球铰安装环道浇注第二次承台混凝土(球铰和环道部分)浇注反力座混凝土 安装临时固结、沙箱、撑脚上转盘施工(安装牵引索)称重配重试验试转正式转动锁定与封铰合拢段施工.转体结构各部件如图1所示.图1 转体结构立面图5转体结构的 安装质量控制要点5.1下转盘施工5.1.1下转盘第一次混凝土浇筑为保证下球绞及滑道的 安装质量下转盘混凝土分两次施工.第一次混凝土浇筑至下球绞及滑道骨架底部即可.5.1.2下球绞的 安装安装要求:下球铰中心,顺桥向误差不大于1米米,横桥向误差不大于1.5米米;球面顶部边缘各点的 高程不大于1米米.球绞安装如图2所示.球铰由专业厂家生产,施工现场无法对球绞

4、的 质量进行有效检测,一定要在采购合同中明确责任风险,保证球绞的 质量符合要求.图2 安装下球绞5.1.3滑道的 安装安装要求: 3米长度内平整度不大于1米米;径向对称高差不大于环形滑道直径的 1/5000.滑道钢板厚度20米米、宽度900米米.加工时按8等分加工,现场安装拼装成整体.环形滑道设置在钢撑脚的 下方,利用调整螺栓调整固定.环道钢板由螺母调整调平,顶面高程误差控制在0.5米米.环道钢材表面加工平整,加工完毕后,做好防腐、防锈工作,特别在安装到位后做好防尘、防腐、防锈措施.滑道顶面设置排气孔,在混凝土浇筑过程中对不密实的 位置采用注浆填充的 方法保证其密实.滑道安装如图3所示.连接钢

5、板图3 安装滑道5.1.4下转盘第二次混凝土浇筑在盘下混凝土浇筑到接近下盘、滑道底面约20时,首先将已经浇筑的 混凝土充分振捣密实后上,层混凝土采用单方面向整体推进浇筑,浇筑层厚控制在50左右,即让混凝土将盘面充分掩埋,一次浇满盘下混凝土.利用下转盘球铰上设置的 混凝土排气孔分块单独浇筑各肋板区,在水平方向振捣的 同时,采用插入式振捣设备从振捣孔深入盘下,混凝土的 浇筑顺序由中心向四周进行.人员在搭设好的 工作平台上作业,避免操作过程对其产生扰动.下球铰面混凝土灌注前,埋设测试混凝土应力的 元件,以便混凝土应力测试.5.2支撑系统5.2.1撑脚施工安装要求:安装撑脚时确保撑脚与下滑道的 间隙为

6、10米米.上转盘共设直径1320米米的 8组撑脚,撑脚内灌注C45纤维混凝土,对称分布于纵轴线的 两侧.撑脚内灌注C45纤维混凝土,为减少撑脚与环形滑道的 摩擦,撑脚底部焊接20米米厚的 不锈钢板,不锈钢板磨光度不下于6.3级.在下转盘混凝土浇筑完成上球铰安装就位时即安装撑脚.为确保上部结构施工时转盘、球铰结构不发生移动,用钢楔将钢混凝土撑脚与环道之间塞死.撑脚主要是在桥梁转体时由于不平衡弯矩偏压时起防倾覆作用,承受的 重量极大,撑脚的 钢材质量及内部灌注的 微膨胀混凝土的 质量极为关键;每个撑脚的 底部高程必须严格控制,不能偏差较大.5.2.2沙箱施工为保证上部梁体的 稳定,施工时在上、下转

7、盘之间设置8组沙箱承受上部荷载,沙箱内用标准砂填充.沙箱内用砂选用干燥细砂,采用米24米米螺栓封闭,脱架时拧去螺栓,让砂流出即可,或者用高压水枪冲击.安装沙箱前将沙箱做预压,以消除因砂在沙箱内不密实受压产生的 变形.沙箱结构及预压如图4所示.图4 沙箱结构图及沙箱预压5.2.3临时固结在上下转盘中间对称设置4个临时固结型钢,型钢采用工40C工字钢,工字钢上部埋入上转盘1米,下部与预埋至下转盘的 钢板螺栓连接.保证上下转盘纵向、横向临时锁定,确保上转盘连续梁在施工过程中不发生滑移.5.3上转盘施工5.3.1上球绞安装中心销轴放到套管中(预先放入黄油四氟粉),调整垂直度与间隙.中心销轴安装后,多次

8、转动销轴,促使套管内的 黄油四氟粉均匀分布在销轴中(转动次数以套管内黄油四氟粉均匀冒出顶面为准).在下球铰凹球面上按照顺序由内到外安装聚四氟乙烯滑板,用黄油四氟粉填满聚四氟乙烯滑板之间的 间隙,使黄油面略高出四氟滑板面.球绞面抹黄油如图5所示. 图5 球铰面涂抹黄油将上球铰吊装到位,套进中心销轴内.微调上球铰位置,使之水平并与下球铰外圈间隙垂直.人工转动上转盘如图6所示.图6 人工转动上转盘5.3.2牵引索的 安装上转盘埋设有两束索引索,每束由7根(左、右旋各半),强度等级为1860米Pa的 15.2米米钢绞线组成,锚具采用H型锚具OV米15-7H两套.牵引索外露部分圆顺地缠绕在转盘周围,互不

9、干扰地搁置于预埋钢筋上,并做好保护措施(采用塑料胶纸包裹封闭,再采用塑料套管包裹),防止施工过程中钢绞线损伤或严重生锈.6.不平衡称重试验脱架步骤:清除上下承台间杂物拆除撑脚下钢楔块拧开沙箱卸砂孔螺栓使沙箱内砂自然流出或用高压水枪冲击移走沙箱拆除临时固结工字钢转动体系形成.为了 判断转动体系脱架前后实际的 重心偏离情况,在浇筑上承台时在其四周设置永久观测标志,并在施工全过程观测记录(精度0.5米米)它们的 变化.如果脱架后,上盘四周标高是均匀下沉,则初步判断重心状态与设计要求基本吻合.转体连续梁不平衡称重是转体梁施工重要的 环节,通过测试转动体部分的 不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及摩阻系数等参

10、数,实现桥梁转体的 配重要求.转体前对结构进行称重,并采用压重来平衡或消除施工误差以及其它因素引起的 不平衡力矩,根据称重试验配重.本试验于上盘承台施加顶力,设置千斤顶,对转体梁进行顶放,通过油压表读数以及所提供的 回归方程得到反力值,同时在上转盘底纵向两侧布置位移传感器,用以测试球铰的 微小 转动.图7 不平衡称重试验7牵引转体7.1试转转体前于箱梁翼板外缘设置安全防护网,并施工完铁路范围内的 遮板 ,避免再次要点施工;认真清理箱梁内外的 杂物,用高密度钢丝网封住箱梁两端,禁止非施工人员进入施工区域.试转前预紧钢绞线,在转盘上做好转动角度标记,根据调整的 角度修正转体到位时防过转限位梁的 安

11、装位置.试转过程中,应检查转体结构是否平衡稳定,有无故障,关键受力部位是否产生裂纹.如有异常情况,则应停止试转,查明原因并采取相应措施整改后方可继续试转.试转时,应做好两项重要数据的 测试工作: 每分钟转速,即每分钟转动主桥的 角度及悬臂端所转动的 水平弧线距离,应将转体速度控制在设计要求内;控制采取点动方式操作,测量组应测量每点动一次悬臂端所转动水平弧线距离的 数据,以供转体初步到位后,进行精确定位提供操作依据.7.2正式转动(跨既有线施工)备工作全部就绪,气象条件符合要求(风速不大于10米/s,风级不大于6级),各岗位人员到位,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

12、动”状态下运行.牵引动力系统由2台100t连续型牵引千斤顶、两台液压泵站及一台主控台通过高压油管和电缆连接组成,两台连续千斤顶分别水平、平行、对称地布置于转盘两侧,千斤顶放置于配套的 反力座上,反力座预埋钢筋深入承台内,反力座在下转盘承台混凝土浇筑完成后立模浇筑,牵引反力座槽口位置及高度精确放样,准确定位,并能承受大于100t的 反力作用.每套连续顶推千斤顶公称牵引力(前后顶)1000KN,由前后两台千斤顶串联组成,见下图,每台千斤顶(前、后顶)前端均配有夹持装置.图8 连续千斤顶构造图及布置图表1 ZLD自动连续顶推千斤顶技术性能表序号项 目单位性能指标序号项 目单位性能指标1公称张拉力kN

13、10005穿心孔径米米1252公称油压米Pa31.56外形尺寸米米40015803张拉活塞面积米23.141610-27质 量千克8004回程活塞面积米21.107410-28张拉行程米米200图9 转体施工7.3限位措施在下转盘上对称设置2道双I40工字钢对转体进行限位,具体方法为在转体即将到位时(距离到设计位置50厘米)在撑脚与助推反应力支座之间横向放入I40工字钢.牵引转动时,以工字钢阻挡撑脚继续前行.图10 限位措施7.4牵引辅助措施理论上四氟板与不锈钢板之间的 摩擦系数很小 (0.1一般在0.060.08),但由于施工现场环境的 差异的 各种因素的 存在,转体初期的 摩擦系数还是较大

14、的 ,正常牵引难以启动,必须借助2台100T组成力偶助推,促使转动起步.7.5过转应急措施当由于转动惯性或测量误差,在复测发现已经过转时,可用台100T千斤顶组成的 力偶助推系统(该系统与助推系统方向相反),反向顶撑脚,将转动体回转.现场桥梁转动精确到位,没有出现过转.7.6转动单元的 精调精调的 目的 是为了 保证转体后桥体符合设计要求.在下承台顶面与纵横桥向较低位置分别安放2台400t千斤顶,对桥体的 纵横向高程进行调整.整个精调过程中,利用电子水准仪对纵横桥向高程进行准确测量;利用全站仪对桥梁轴线进行跟踪监测.7.7锁定与封铰精调结束后,立即在钢撑脚与内外助推反力支座之间安放型钢反力架,

15、对转动单元进行锁定.然后清洗滑道上的 润滑剂、清理底盘上表面脏物,焊接上下承台间的 预埋钢筋、钢件、绑扎钢筋,立模浇筑C45微膨胀混凝土封绞,加强养护,使承台形成整体.8.合拢段施工连续梁中间合拢段施工是在转体完成并锁定后进行,合拢位置处在陇海铁路正上方位置,需现浇2米长度将合拢后的 梁体形成连续状态.合拢段走行、吊篮等系统均利用挂篮原有构件改造而成,吊篮采用工字钢做梁及精扎螺纹钢做吊杆形成闭合的 工作平台,底面及侧面安装防电板.合拢段吊篮系统在主墩0号块及1号块处转体后拼接完成,并通过4根32精轧螺纹钢悬挂在箱梁底及腹板两侧,然后利用天窗时间由设置在梁顶的 走行系统滑移至跨中合拢段设计位置固定后进行合拢段施工,提升时采用四条10t链条葫芦.施工吊篮时在悬臂端另一侧用水