桥梁转体施工

桥梁转体施工的应用与发展四川路桥桥梁工程有限责任公司技术交流会2013年5月四川广汉发言人：谭邦明桥梁转体施工桥梁转体施工综述Part1转动体系及关键工序Part2几个问题的讨论Part3展望Part4ONE桥梁转体施工综述桥梁转体施工综述■转体施工在国外的发展1947年法国修建了第一座竖转施工的拱桥——主跨110m的肋拱桥。这种方法一般用于小跨径的肋拱桥，跨径较大时由于支架太高，与满堂支架相比节省有限，且转动较难控制等特点，并未引起桥梁界的关注。1976年奥地利在维也纳的多瑙河上平转了一座55.7+119+55.7m的双塔斜拉桥后，桥梁平转施工以其跨越障碍物的独特优点开始引起桥梁界的广泛关注1991年比利时修建了平转施工的本•艾因桥，该桥为3x42m+168m的单塔混凝土斜拉桥，转体重量1.95万吨。桥梁转体施工综述■转体施工在国内的发展1975年我国桥梁转体施工的开拓者、转体技术进步的引领者——张联燕所长开始进行“拱桥转体施工工艺”的研究，并于1977年建成了我国第一座平转施工的跨径70m的肋拱桥——遂宁建设桥。70米钢筋混凝土肋拱实验桥，施工用木材100m3,聚四氟乙烯60㎏，钢材15吨,手摇卷扬机2台，千斤顶8台，一岸拱箱全宽7米一次转体安装就位约4～5小时。实验证明，“拱桥转体施工”具有经济、快速、安全等优点，施工设备省、施工简便、适于地方施工。由于转体施工不影响交通，也逐渐用于铁路立交桥及较大的通航河流上。桥梁转体施工综述■中国桥梁转体施工成就桥梁转体施工经过近40年的发展，其主要成就为：（1）桥型从拱桥发展到梁桥、梁拱组合体系、斜拉桥；（2）转体工艺从平转到竖转，再到竖转与平转相结合；（3）转动支承体系由环道支承到中心支承，再到中心支承与环道支承相结合；（4）转轴由混凝土磨心到钢管混凝土磨心，再到钢磨心；（5）转体阶段结构轻型化从钢筋混凝土薄板到钢结构，再到钢混组合结构；（6）采用转体施工的桥梁达到200余座，转体重量达1.68万吨，转动体单侧最大悬臂长度近200m。桥梁转体施工综述■转体施工分类桥梁转体施工平转施工无平衡重平转平衡转动体平转竖转+平转施工竖转施工正角度竖转负角度竖转桥梁转体施工综述■转体施工桥例1、自平衡转动体平转沪杭高铁跨沪杭高速160m梁拱组合结构平转，转体重量1.68万吨。桥梁转体施工综述■转体施工桥例1、自平衡转动体平转撑脚间隙预留偏小，实测重心偏移5cm，转体32度历时约70分钟。桥梁转体施工综述■转体施工桥例2、配平衡重转动体平转湖北建始县汪家寨大桥1-70m刚架拱。桥梁转体施工综述■转体施工桥例2、配平衡重转动体平转撑脚间隙偏小、辅调千斤顶倾倒，背索锚点失效。桥梁转体施工综述■转体施工桥例3、利用扣、锚结构本身进行平衡的平转跨越湖北清江隔河岩水库的黄陵洞大桥152m混凝土拱桥梁转体施工综述■转体施工桥例3、利用扣、锚结构本身进行平衡的平转美的混凝土拱桥！最经典的平衡重拱桥转体桥例！！桥梁转体施工综述■转体施工桥例4、无平衡重的平转涪陵乌江桥1-200m混凝土拱无平衡重转体（4x620t)，在八十年代末修建如此规模桥梁很了不起。桥梁转体施工综述■转体施工桥例4、无平衡重的平转双箱对称同步转体惊彩！，利用上下转轴偏心提供自转巧妙！！目前仍无来者。桥梁转体施工综述■转体施工桥例5、正角度竖转施工广元朝天三滩沟桥1-60m刚架拱桥，2t卷扬机！34万！桥梁转体施工综述■转体施工桥例5、正角度竖转施工广元朝天三滩沟桥1-60m刚架拱桥，施工阶段结构轻型化，简易设备修大桥。桥梁转体施工综述■转体施工桥例6、负角度竖转施工贵州务川珍珠桥1-120m刚架拱桥，拱肋滑模浇注，竖转姿态分两段桥梁转体施工综述■转体施工桥例6、负角度竖转施工贵州务川珍珠桥1-120m刚架拱桥，开启了悬崖绝壁修建拱桥的另一个实例。桥梁转体施工综述■转体施工桥例7、竖转+平转施工广州丫髻沙大桥1-360m钢管混凝土飞燕式拱桥，竖转重约2000吨，10小时将拱顶提升73m桥梁转体施工综述■转体施工桥例7、竖转+平转施工采用竖转加平转施工，将主跨为360米、宽40米、高80米、重13685吨的两个庞大转动体系，在7天之内转体安装合拢。仍是目前转体规模最大的桥梁。TWO转动体系及关键工序配平衡重的平转1、在转体施工中，竖转施工合适的桥位相对较少；竖转+平转适合于特殊大桥。而平转施工占了桥梁转体施工的大多数。2、在平转施工中，无平衡重转体施工对设计、施工的要求均较高，在整个转体施工中凤毛麟角。3、自平衡体转动（如T构、连续梁、梁拱组合、斜拉桥等）只需考虑转动体系的问题，相对较简单。4、配平衡重的拱桥平转施工，涉及转体施工阶段结构轻型化、平衡重与扣锚一体化设计。是既有一定的设计难度、应用又最为广泛的平转施工工艺。以下仅介绍配平衡重的拱桥平转施工。平转体系转盘结构转盘结构1、转盘分为上转盘和下转盘；2、下转盘由下盘及其上的转轴（磨心）、环道、保险支墩组成；3、上转盘由上盘及其上的磨盖、撑脚组成。混凝土磨心制作制作磨心：磨心设在下盘中部预留的深约70cm直径2.6m的圆形凹槽内，是一个高出下盘顶面10-20cm的钢筋砼圆柱球缺面，球缺面的矢高10cm，磨心中心预埋有直径10cm圆钢棒定位轴。在磨心顶面设隔离剂同模浇筑高度70cm的圆柱形磨盖。混凝土磨心制作1、用同心圆等高检测下球铰制造质量，不满足要求的局部用砂轮机修磨（最大高差1mm)；2、在下球铰上铺5~7层塑料薄膜隔离层作底模，将薄膜绷紧形成圆心薄圆周厚的隔离薄层，准备浇筑上球铰磨盖。混凝土磨心制作1、用人工、小拖拉机或卷扬机帮助推动磨合上下球铰盖；2、当一个普通体力的人可以借助3m长推杆推动8吨重的铰盖转动时，球铰的制作即算验收通过；3、或提起上盖，其擦痕接触面超过75%即认为磨合合格。上转盘施工1、球铰上盖磨合好后提起上盖，涂抹四氟黄油。在下转盘上立模，浇筑到在磨盖四周浇筑到椎体，在其上浇筑上转盘、拱座和背墙；2、注意支架的可拆性，注意背墙下支架的牢固性；3、上转盘施工完成后应对上、下转盘进行临时封固。钢球铰施工1、利用下转盘预埋件安装下球铰定位骨架，骨架安装精度：高差5mm、中心偏差不超过1mm；2、下球铰精调：盘面圆周设16个观测点，利用0.5mm/丝的细牙螺纹调高；3、环道分块调高，控制板块误差、接缝误差、总体误差。钢球铰施工1、下球铰及环道安装好后进行下转盘二次混凝土的浇筑；2、安装中心定位轴，注意轴与轴套间的间隙；3、安装下球铰的四氟滑块及四氟粉黄油填充其间隙。钢球铰施工1、上球铰和撑脚安装完毕后，绑扎上转盘钢筋，安装撑脚，分两次浇筑上转盘混凝土；2、撑脚与环道之间预留14mm间隙，转体前在环道内铺3mm不锈钢板和9mm聚四氟乙烯板；3、上转盘施工完成后用钢楔将撑脚固定。钢球铰施工1、解除撑脚临时固定，进行支撑体系转换，实测撑脚位移情况对不平衡力矩进行初步判断，看是否需要调整转动体重心；2、必要时利用千斤顶和位移传感器对转动体系不平衡力矩进行测试；3、确定是否需要配重。牵引体系1、一般按5%~8%的摩擦系数留足足够的牵引力；2、转动牵引可用手拉葫芦、千斤顶、钢丝绳卷扬机等设备进行牵引；3、牵引力较大或对连续牵引有要求时，可采用群锚钢绞线连续牵引千斤顶系统；试转1、试转主要验证转动体重心、牵引系统；2、试转范围以转动体不进入被跨构造物的核心建筑限界为宜；3、对于跨越铁路等时间要求严格的转体施工，通过试转可预计正式转体时间；监测系统1、检测主要内容：扣、尾索力；转动体重心；牵引力；转动角速度；转动体姿态；就位观测等；2、通过转动体悬臂的放大作用，观测转动过程中重心的实时变化，决定辅调千斤顶启动时机；THREE几个问题的讨论一、转体支撑体系的选择1、采用中心支承还是环道支承的问题？在力学图示上就是点支撑和面支撑的优缺点问题。总体上讲，点支撑有利于转动，面支撑有利于稳定。从施工难度上讲，点支撑有利于减少加工难度，而面支撑加工的难度要大。2、国外一般采用环道支承，遂宁桥采用环道支承，中心支承起定位作用。但两岸由于制造误差发现：转盘中心支承受力大的较易转动。受此结论启发，1980年陈维章教授级高工在曾达桥转体中，提出了轴心承重的转盘结构，即将转动体系的重量完全由中心转轴支承，其环道上只设6个平衡钢轮，保持转动体系的平衡，从而使摩阻力臂减小，而牵引力力臂较大，使转体更为轻巧。一、转体支撑体系的选择同时可省去昂贵的聚四氟乙烯，转盘设施加工简单，费用极省。首次使用中心支承的混凝土球铰，由于舍去了钢结构的机加工，虽花费了不少人工，但总体上讲制作简便，费用省。从而使桥梁转体施工得以大面积推广。中国瑞林的程懋芳教授一直致力于对中心承重的混凝土磨心的研究及完善工作，其研究结论是：“中心承重、环道与撑脚退化为防倾保险设施”。其优点为：将减小牵引力矩、简化环道构造。目前该转动构造已经相当完善、成熟。一、转体支撑体系的选择3、丫髻沙大桥采用环道支承为主中心支承为辅的方式，考虑了上部结构作用力在上转盘上的作力位置有利于力向下转盘传递。但其主要考量因素还是大悬臂（200m）高重心转动体的稳定问题。4、除了稳定因素之外，支承如何选择呢？其关键是：预留环道与撑脚间的合理间隙（体系转换下沉量、转轴及环道制作误差产生的间隙量、定位轴与轴套间隙所容许的间隙量）。注意中心支承为主环道支承为辅结构撑脚设计细节；5、建议设置转动过程重心微调千斤顶。二、采用平铰还是球铰？混凝土铰还是钢铰？1、采用平铰的有点：不平衡力矩由上、下转轴间的不均匀反力分布来克服，转动平稳单接合面受力不可控；球铰的优点：结合面受力基本恒定，不平衡弯矩转化为转轴间的晃动或撑脚反力。很显然，矛盾外露的球铰虽然增加了一些麻烦，但成风险可控方面考虑，无疑以球铰为优。特别是大重量、大体量结构。2、关于采用球铰还是混凝土铰的问题，中国瑞林程懋芳教授进行了深入的研究。其主要结论为：（1）国内目前采用混凝土球铰转动的最大重量为苏州一座88m连续梁，为9000t。（2）当球铰直径用到3.8m，承受1.5万吨重量时，其应力水平基本与现在常用球铰应力水平相当。二、采用平铰还是球铰？混凝土铰还是钢铰？3、部分钢球铰的费用统计4、个人观点：（1）混凝土球铰已基本能满足常用的转体要求，经济适用。（2）钢球铰在特别重要的转体工程、经费充裕桥梁、需要提升“洋气”的桥梁也可考虑使用。三、结构体系转换的相关问题？1、扣索、尾索、上转盘预应力钢束、临时支承解除的协调；充分考虑索温差对转动体的不利影响；扣索张拉到设计吨位仍未托架时应分析原因，切忌直接增加扣索力强行脱架；2、利用张拉托架后的转动体系，在支架上安全进行1:1模型的荷载试验，模拟转动体在转体过程中可能承受的冲击、风载等相关工况、温度对拱肋合龙标高的影响，全面考察转动体各部位；3、进行调高合龙的相关实验；4、检查环道与撑脚间隙的合适性。四、牵引体系配置建议1、转体牵引时，一般主牵引系统张拉至动摩擦系数，静摩擦牵引力与动摩擦牵引力的差值由启动千斤顶提供；2、即将到位阶段的牵引建议采用千斤顶驱动，其驱动位置的转台上设置转体角度盘将有利于驱动人员操作。配有点动1mm级的牵引系统的转体也可由牵引系统完成；3、宜设置防止过转的限位装置；五、中心承重转体撑脚间隙的考虑？1、作为设计人员一直有个愿望：希望转体时撑脚上少许持力，这样可保证转体的平稳。一般撑脚安装时预留10~15mm的间隙。实践证明这个间隙量偏小，常出现脱架后撑脚全压在环道上的情况；2、但这个间隙也不宜过大，需综合考虑撑脚受力、纠偏千斤顶反力、定位钢轴受剪等因素；3、建议按大值预留，脱架后如果间隙偏大可随撑脚在环道上支垫钢板控制；4、研究环道钢板后装压注灌浆料的工艺；5、撑脚间隙加大后应特别重视支承转换；六、薄壁轻型结构的防裂问题？1、拱肋结构宜采用分段预留后浇段的方法进行；2、材料特别注意控制含泥量，采用聚羧酸高效减水剂；3、配合比设计控制绝热最高温度，宜采用高性能自密实的补偿收缩（或90d的干缩率小于0.06%）混凝土。必要时可考虑掺加适量纤维。4、混凝土运