桥梁转体施工关键技术研究及应用
2017-06-19
0 引言
转体法是近些年桥梁施工中较为流行的新型桥梁建造技术。由于该工艺普及较晚，且多应用于跨沟谷及既有线等特殊桥位的桥梁工程中，因此可供参考的理论研究资料还比较有限。对此，本文结合工程实例对桥梁转体施工技术进行全面解析，以丰富理论资料，供其它转体工程参考。
1 转体法的概念和原理
1.1 概念
因受施工条件限制，将桥梁结构在适宜位置现浇或拼装完毕后，通过转动使其到达设计位置的施工方法，即为转体法。通过转体技术，将条件受限或难度较大的施工转移到不受限制或难度较小的位置进行，降低施工难度。转体方式分为三种，一种是水平转体法，即平转法；一种是竖向转体法，即竖转法；另外一种为两种转体方式相结合的平竖转体结合法。在实践中经常应用到的是平转法，它又分为墩顶转体和墩底转体两种。
1.1.1 竖转法
该方式主要应用在拱桥施工，施工时在地面或低标高处拼装或者浇筑肋拱部分，完成之后以一侧为支点将其整体上拉，使其竖向旋转到设计标高后合龙。施工体系主要由拉索、牵引系统以及索塔组成。
竖转法中，转铰的质量与安装精度、拉索强度、牵引动力的稳定性是保障竖转安全、顺利的重点。
1.1.2 平转法
平转法应用范围较广，各种结构桥梁均可采用。施工时在河流、深谷或既有线两侧地形条件较好地点先完成两个半桥结构，之后转动两个半桥结构至设计位置后合龙。其施工体系由牵引、支撑以及平衡系统组成。
平转法中，最主要的结构是由上、下转盘组成的转动支撑系统，其中，上转盘起支承的作用，下转盘部分则同基础或墩顶连接。在实际施工中，通过上下转盘的相对转动，将上部结构转至设计位置。
1.1.3 转体施工受力
转体过程持续时间较短，转体施工受力分析主要针对施工荷载、体系转换以及变形控制等方面进行分析。
之所以对转体施工受力情况进行一系列的分析，一是为了能使转动体受力平衡，在转动时能保持稳定；二是保证桥梁受力在其结构强度容许范围内，不致因牵引引起结构破坏；三是验证支撑及锚固措施能否安全可靠。
1.2 工艺原理
工艺原理：预制一个可以进行转动的轴心在桥台或墩上，并且将轴心设为分界点，上面是可以旋转的桥体，下面是固定的墩台或基础，上部构造在条件较好位置完成后，旋转至设计位置。
工程实际中，桥体重量通过墩身传递到上球铰，通过球铰间的四氟乙烯片传递至下球铰和承台。待桥体施工完毕后，拆除砂箱，将梁体重量转移到下球铰，测算力学参数并进行配重。启动连续千斤顶牵拉埋设在上转盘的钢绞线形成水平力偶，带动上转盘以球铰为中心带动桥梁上部进行转动就位，同时在转盘等位置预埋应变传感器，以实现应变及应力的跟踪监控。
1.3 转体法施工的优点
在实际应用中，转体施工的优点有：第一，适用性相对较强，可在桥梁跨越既有线或山谷、沟渠等特殊地形处施工；第二，仅需要几组滑轮以及两盘绞磨，即能够在短时间内通过自身结构实现旋转，施工设备、工艺简单，节约成本及工期；第三，桥梁转体部分的重量由球面混凝土轴心承受，桥墩混凝土轴心具有较大承载力，施工较为安全可靠；第四，能够实现整体半孔梁的预制，具有较强的整体性，能有效发挥梁体结构型式的力学性能优势。
2 桥梁转体施工技术的应用
2.1 工程概况
新建青日连客运专线牟家村特大桥上跨兖石铁路，18#～19#墩跨越兖石线，桥梁上部结构设计采用（40+64+40）m连续梁。连续梁采用平转法转体施工，以减少桥梁施工对兖石铁路影响，确保行车安全。转体主墩单“T”转体长度62m，转体角度48°，转体重量3000t（�D1）。
2.2 转体工艺流程 转体施工整体的工艺流程如图2所示。
2.3 转体前准备
在正式转体施工前需做的准备工作主要包括滑道清理、砂箱拆除以及桥面附属结构等（图3）。在具体施工中，因上跨既有铁路，需要制定详细的转体施工方案和预案，确保在计划天窗时间内完成转体施工。
2.3.1 砂箱拆除及撑脚处理
在转体开始前的两到三天内，要对砂箱进行拆除作业。特别需要注意的是，在拆除过程中，要充分考虑到在拆除时梁体轴线以及梁端标高变化情况，安排专业测量人员实时跟进，并采用对称的方式拆除砂箱，可以根据实际情况分几次拆除完毕。
滑道及撑脚在试转体前及时清理，避免因垃圾杂物产生的转动阻力。撑脚下方间隙主要是检查是否有异物，可采用钢板尺和铁丝等工具检查。滑道主要是对其表面污垢、垃圾进行清理，并用锤敲法检查混凝土的密实情况，保证转体时梁体平稳。
2.3.2 梁体配重
在实际转体中，应配置一定的平衡重，使转体梁在静力状态保持平衡，有两种方案：
第一种，梁体纵向倾斜配重方式。梁体在轴线方向为轻微倾斜状态，即轴线上桥墩侧撑脚同滑道接触，另一侧则离开。此方式能够使转体形成两点竖向支撑，转体稳定性相对较高。
第二种，平衡转体配重。即通过人工配重使梁体在静力状态下两侧保持受力平衡。此方式仅需要较小的牵引力即可实现转动启动，但稳定性不如倾斜式配重。
本桥实际施工中采用平衡配重方式，并采取了增强转体稳定的措施，具体配重方案及计算见下文。
2.4 线性监控及力学试验
转体施工较为复杂，在正式转体前，需要进行相关力学参数试验，根据试验参数确定转体力、转体速率、点动秒等相关转动数据，为转体施工顺利实施提供理论数据。
2.4.1 梁体线性监控
监控工作分为两项重要的部分，一是对标高的监控，二是对轴线的监控，通过对监控实时数据进行分析，便于操作人员对墩台的转体情况进行准确判断。在本工程中，梁体轴线单T布置两个控制点，布设于梁体的两端。转体施工启动前的准备工作中，首先要在每侧临近转体梁墩顶设测站（全站仪测站），并布置好测控点并锁定测控方位，置镜仪器的位置进行互相检测，四个棱镜则要架设在轴线控制点上，在将梁体转动到设计位置后锁定方位角，并在转动中实时跟踪监测梁端线行程体及转动角度，以便在转体中合理调整牵引速度避免超转。
2.4.2 转体力学参数验算
转体施工前，要通过试转体测算转动体部分的摩擦系数、不平衡弯矩等力学参数，并针对计算结果对转动体进行配重，以确保梁体转动安全。
①转体力矩及摩擦系数。
本次转体采用四台连续千斤顶，根据压力表读数求出千斤顶每次的推力，再测得千斤顶力臂，即可分别计算出四氟乙烯板和混凝土球面的转体力矩，进而计算四台千斤顶的力矩和M。
2.5 转体实施
本次转体使用智能连续顶推系统，其中主控、分控、连续千斤顶以及液压泵站等几部分是该系统最重要的组成部分。千斤顶采用拉绳位移传感器做伸长位移采集，精度0.02mm，与泵站油泵变频器组成闭环控制，实现压力、位移双重同步控制。
2.5.1 千斤顶的布置
每个转体结构均采用四台连续千斤顶作为牵引动力，配备的所有设备型号均相同，并成套校验标定。实施前先将千斤顶布置好，连接千斤顶及牵引钢绞线，并预紧钢绞线。把力臂量好，把液压油加足，同时油表也进行重置。
2.5.2 转体
转体开始后，由指挥人员下达命令，所有千斤顶同时开始牵引。在桥体的转动过程中，实时监测和记录压力表读数以及千斤顶力臂长度。因千斤顶行程有限，转动过程中必须经常变换其工作位置，以达到设计转体角度，并及时监测转体施工中的各种数据。
2.5.3 转动中桥面标高的调整
转动过程中，监控测量人员对桥体标高及轴线进行连续监测，桥面标高变化超出正常范围后要及时汇报给指挥人员，暂缓转体，重新称重配重进行微调，调整到规范允许偏差后继续转动至设计位置。
2.6 上下盘封固
在浇筑下盘与上盘底面间隙混凝土时，要选用微膨胀混凝土，同时严格控制坍落度，避免因坍落度过小使球铰周围存在不密实情况。上转盘混凝土浇筑时预留临时振捣孔，作为转盘间混凝土振捣的辅助孔。如果在施工中没有对混凝土浇筑振捣孔进行预埋，则可以按照分次的方式浇筑混凝土，即第一次浇筑到上盘底面，在浇筑前在上盘底面位置做好压浆管道的埋设。当完成第一次混凝土浇筑后，再进行压浆处理，保证上下盘混凝土密实。
3 结语
转体施工技术随着国内交通基础设施建设规模的不断加大而得到更为广泛的应用，其转体梁的吨位和跨径也在不断增大。本文通过青日连铁路跨兖石线铁路桥转体施工的成功案例，说明转体施工中转体参数确定和线型监控是转体过程控制的关键和重要环节，希望通过本文论述为其它转体施工提供借鉴。
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