城市高架桥水平转体施工技术

市政公用工程专业一级注册建造师继续教育培训城市高架桥水平转体施工技术天津第六市政公路工程有限公司薛长迁2014年5月主要内容第一部分转体施工技术概述第二部分水平转体系统设计及关键问题一、结合某例简介水平转体系统设计二、水平转体施工中的关键问题第三部分水平转体施工实例一、实例工程概况二、水平转体系统设计与安装三、水平转体施工工艺四、工程结果第一部分转体施工技术概述桥梁转体施工简介：桥梁转体施工是指将桥梁结构在非设计轴线位置制作(浇注或拼接)成形后，利用摩擦系数很小的滑道及合理的转盘结构,通过转体就位的一种施工方法。它可以将在障碍上空的作业转化为岸上或近地面的作业。根据桥梁结构的转动方向，它可分为竖向转体施工法、水平转体施工法(简称竖转法和平转法)以及平转与竖转相结合的方法，其中以平转法应用最多。转体施工的优点有:（1）转体施工法用桥梁结构本身做成转动体系，充分利用结构本身及结构用钢作施工设备，完全避免了在河道上搭设大量支撑管架，大大减少了钢管等周转性材料的投入，降低了成本。（2）改高空作业或水上作业为岸边陆地作业，扩大了施工场地，改变了施工环境和施工条件，施工安全得到了保证。（3）在航河道或车辆频繁的跨线立交桥的施工中可不间断通航，不干扰交通，且当主要构件先期合龙后，能给以后的施工带来方便。（4）用简单的机械就能使结构转体合龙，且能很好地控制桥梁成形后的线形和外观质量。（5）转体施工法施工简单快速，有利于加快工程进度，缩短施工周期，直接经济效益十分明显。转体施工法的关键技术:转体施工法的关键技术问题是转动设备与转动能力，施工过程中的结构稳定和强度保证，结构的合拢与体系的转换。（1）平面转体施工(2)竖向转体施工转动体系平衡系统转动牵引系统转动支承系统（关键）上转盘（支承转动结构）下转盘(与基础相连)一、结合某例简介水平转体系统设计转体系统的设计及施工转体系统也可分为轴心系统、牵引系统、平衡系统、限位装置这4个主要部分组成。轴心系统由球铰构成，主要承受转体部分的荷载；平衡系统由撑脚和滑道组成，主要起平衡支撑作用，承受不平衡弯矩；牵引系统由牵引设备、牵引反力座组成，提供转体的动力；限位装置主要由上承台上的限位块及下承台上的挡块组成。第二部分水平转体系统设计及关键问题1、总体布置承台分为钢筋混凝土下承台、钢筋预应力混凝土上承台、微膨胀混凝土封铰体3个部分。在上下承台间中心位置设置钢球铰，下球铰与下承台连接，上球铰与上承台连接。在下承台上设置环状滑道、牵引反力座、挡块等设施，在上承台内预埋牵引索，滑道上部设置撑脚，撑脚与上承台连接。2、球铰的设计及安装（1）球铰由定位骨架、下球铰、上球铰及中心销轴构成。下球铰表面镶嵌聚四氟乙烯滑块。球铰设计时最关键的一环是要选取适当的直径，其主要受下部混凝土抗压强度、滑块抗压强度及滑块布置的制约。（2）球铰受力一般分为2种情况：其一，当转体段平衡时，球铰承受上部所有荷载，即球铰处竖向反力等于转体段质量；其二，当转体段失去平衡时，球铰与撑脚共同受力，球铰与撑脚的反力合力等于转体段质量。显然第一种情况球铰受力较大，因此取该情况计算球铰平面直径。上球铰安装试转完成球铰四氟板3、滑道及撑脚的设计及安装滑道、撑脚在转体段不平衡时起平衡支撑作用，设计时其主要的内容有：滑道的平整度，避免在转体时产生爬坡现象；撑脚的承载力能满足T构两端质量差达到10%时工况的需要；滑道、撑脚接触面的减摩处理；滑道、撑脚之间间隙满足上部结构线形调整的需要4、牵引系统的设计及安装牵引系统主要由牵引索、反力座、牵引千斤顶及控制台等组成。根据转体的受力分析，转体系统的受力分为3种情况：一是仅磨心受力。二是撑脚受力。三是磨心与撑脚共同受力。转动支承系统是平转法施工的关键设备，由上转盘和下转盘构成。上转盘支承转动结构，下转盘与基础相联。通过上转盘相对于下转盘转动，达到转体目的。转动支承系统必须兼顾转体、承重及平衡等多种功能。转动支承系统（按平衡条件）磨心支承撑脚支承磨心与撑脚共同支承（1）磨心支承有钢结构和钢筋混凝土结构。在我国以采用钢筋混凝土结构为主。由中心撑压面承受全部转动重量，通常在磨心插有定位转轴。为了保证安全，通常在支承转盘周围设有支重轮或支撑脚正常转动时，支重轮或承重脚不与滑道面接触，一旦有倾覆倾向则起支承作用。在已转体施工的桥梁中，一般要求此间隙2～20mm，间隙越小对滑道面的高差要求越高。上下转盘弧形接触面的混凝土均应打磨光滑，再涂以二硫化铜等润滑剂，以减小摩擦系数(一般在0.03～0.06之间)。（2）撑脚支撑形式在转体结构悬臂较大，抗倾覆稳定要求突出时，往往被采用。下转盘为一环道，上转盘的撑脚有4个或4个以上，以保持平转时的稳定。转动过程支撑范围大，抗倾稳定性能好，但阻力力矩也随之增大，而且环道与撑脚的施工精度要求较高，撑脚形式有采用滚轮，也有采用柱脚的。滚轮平转时为滚动摩擦，摩阻力小，而且常因加工精度不够或变形使滚轮不滚。采用柱脚平转时为滑动摩擦，通常用不锈钢板加四氟板再涂润滑剂，其加工精度比滚轮容易保证，通过精心施工，已有较多成功的例子。（3）支承为磨心与撑脚共同支承。国内某立交桥采用一个撑脚与磨心共同作用的转动体系，在撑脚与磨心连线的垂直方向设有保护撑脚。如果撑脚多于一个，则支承点多于2个，上转盘类似于超静定结构，在施工工艺上保证各支撑点受力基本符合设计要求比较困难。广州某大桥原采用多撑脚与磨心共同受力体系，后考虑到这种困难，减小了磨心受压的比例，使其蜕化为撑脚体系。5、限位系统由于转体施工是单向动作，如过转将无法逆向调整，所以必须设置限位系统防止过转，以确保轴线的正确性。限位系统由上承台上的限位块及下承台上的挡块组成。在上承台轴线位置设置钢筋混凝土限位块，根据转体角度推算就位位置，在下承台的相应位置上设置挡块。二、水平转体施工中的关键问题1、水平转体施工中，能否转动是一个很关键的技术问题。一般情况下可把启动摩擦系数设在0.06～0.08之间，有时为保证有足够的启动力，按0.1配置启动力。因此减小摩阻力，提高转动力矩是保证平转顺利实施的两个关键。转动力通常安排在上转盘的外侧，以获得较大的力臂。转动力可以是推力，也可以是拉力。推力由千斤顶施加，但千斤顶行程短，转动过程中千斤顶安装的工作量又很大，为保证平转过程的连续性，所以单独采用千斤顶顶推平转的较少。转动力通常为拉力，转动重量小时，采用卷扬机，转体重量大时采用牵引千斤顶，有时还辅以助推千斤顶，用于克服启动时静摩阻力与动摩阻力之间的增量。2、平转过程中的平衡问题也是一个关键问题。对于斜拉桥、T构桥以及带悬臂的中承式拱桥等上部恒载在墩轴线方向基本对称的结构，一般以桥墩轴心为转动中心，为使重心降低，通常将转盘设于墩底。对于单跨拱桥、斜腿刚构等，平转施工分为有平衡重与无平衡重转体两种。有平衡重时，上部结构与桥台一起作为转体结构，上部结构悬臂长，重量轻，桥台则相反，在设置转轴中心时，尽可能远离上部结构方向，以求得平衡，如果还不平衡，则需在台后加平衡重；无平衡重转体，只转动上部结构部分，利用背索平衡，使结构转体过程中被转体部分始终为索和转铰处两点支承的简支结构。一、实例工程概况SJ高架桥工程是XX市五环快速路SJ南站编组站（7条运营铁路线组成）的关键工程。桥长1187m，主体为45m+65m+95m+40m的四跨连续独塔单索面预应力混凝土部分斜拉桥。全桥平曲线半径为1900m，竖曲线半径为16000m，线形十分复杂。主梁为单箱三室大悬臂C50预应力混凝土箱梁。箱梁顶板宽28.76m、底板宽17.0m，梁高2.5m，箱梁整体向曲线内倾斜2%。主塔梁面以上高39m，为了加强顺桥向刚度，改善景观效果，结构设计为倒’’Y’’形。第三部分水平转体施工实例全桥设斜拉索6组，共12根OVMPES（FD）7-451带有双层PE热挤聚乙烯保护层的低应力新型拉索。拉索钢丝为高强低松弛镀锌钢丝，极限抗拉强度1670Mpa。为了成桥后能更换缆索，在塔梁上均预留备用索道管。桥式立面图鉴于拟建桥下的列车运营流量大，无法采用常规施工方法。为既快速、安全地建成高架桥，又最大限度地减少对铁路运营的干扰，经过反复技术经济论证决定采用转体法施工。转体法施工可以最大限度地避免对运营列车线路的干扰（跨线桥），避开水中施工（跨河桥），具有经济效益和社会效益。转体段总长166.7m，主跨悬臂长86.7m，边跨端悬臂长80m。先在平行铁路线的北侧场地完成斜拉桥的现浇，再将其旋转49°到桥位。如下图：转道采用环道与中心支撑相组合的转盘结构，由上下转盘与球铰构成。球铰直径为3.8m，采用厚55mm的钢板整体压制成型，分上下两片。钢球铰转盘两片之间涂以黄油聚四乙烯粉，并垫以756块聚四氟乙烯板片。球铰中心设直径300mm钢质转轴，预埋于上转盘混凝土中，保证转体时轴心不发生偏位。球铰四氟板上转盘底设8组钢管混凝土撑脚，撑脚按圆周等距布置。撑脚下设不锈钢环道，环道与撑脚间预留间隙4mm，保证转体的稳定。环道上对称于转盘中心设12对助推千斤顶反力座。参考下图。下转盘与助推反力座上转盘侧面设2束19-7直径5钢绞线，固定端埋入混凝土内，自由端在转盘侧面绕四分之三周后安放于主牵引反力座的牵引槽口内，用两台连续张拉千斤顶牵引。牵引反力座为2m乘以1.8m乘以1.8m，设于承台上。二、水平转体系统设计与安装1、转动体称重斜拉桥的转动体是完全自平衡体系，必须确保横桥向与顺桥向对转盘中心的力矩平衡，在转体前要进行称重验证。如转体不平衡，则采用在梁面配重的方法调整到平衡状态。转体部分重心向曲线内侧偏109mm，向边跨侧偏50mm，以便横桥向对转体中心平衡；同时使顺桥向力矩偏向边跨，使球铰与边跨的撑脚共同受力，产生一定的稳定力矩，保证转体的稳定。但撑脚与滑道间的摩阻力力臂大，如偏心过大，将使转体牵引力显著增加，所以在施工中应严格控制转体箱梁尤其是箱梁悬臂端的模板尺寸，使梁体偏心力矩满足设计要求。称重方法如下：（1）在对称于距3号墩中心线70m处设梁端反力架、千斤顶、传感器。（2）在一端向上施力顶升梁体，当转体发生转动的瞬间（通过设于转盘与承台间的位移计来判断），记录传感器顶升力。（3）通过顶升力与力臂求得力矩。（4）通过对于球铰中心的力矩平衡方程，推算球铰摩阻。在正常状态下，转动球铰的摩阻力矩大于转动体的不平衡力矩，如施工误差过大，也有可能出现转动球铰的摩阻力矩小于转动体的不平衡力矩。2、平转动力计算。（1）转体支承点竖向反力，（2）平转牵引力（3）平转助推力（4）牵引索钢铰线的选用3、平转牵引系统，平转牵引系统由牵引反力座、转盘、牵引索（钢铰线）及连续作用千斤顶组成。其安装步骤如下。（1）清理反力座上的张拉槽、上转盘周边、清楚牵引索表面浮锈及其杂质。（2）在反力座后撘平台，反力座后受力部位加垫板，将千斤顶安装到位。（3）将牵引索理顺，绕转盘上约四分之三周，将自由端引入千斤顶反力座张拉槽内；要求各束钢铰线平直、不打绞、扭结。（4）按照设计要求，依次在钢铰线上套入千斤顶锚环、夹片、撑脚，组成QCDL2000型连续张拉千斤顶总成。（5）安装油管、配电柜。（6）对千斤顶、牵引索、锚具、泵站进行调试。4、助推系统（1）助推系统用于克服静、动摩擦力矩间的差值。使整个转体启动。助推由助推分配梁及助推千斤顶组成，安装于转盘的钢管撑脚与助推反力座之间。其安装方法是；清理环形滑道，检查滑道与撑脚间的间隙，在其内垫四氟板，并在滑道上涂抹黄油四氟粉。在助力反力座上安装助推分配梁及助推千斤顶。使反力座提供的助推力由分配梁传给千斤顶，由千斤顶传给撑脚。安装配电柜、油管路，接至泵站并对其进行调试。5、微调系统为了对转体转动中可能出现的偏移及时调整，在转盘下对称设置四台YCW6000型千斤顶，用于精定位前调整转体顺桥向与横桥向大体姿态。6、限位系统：为确保梁体旋转到位后不继续前行，转体到位前，将助推千斤顶与反力座反向安装于助推反力座下进行限位。7、测量及监控标志