摘 要:結合工程例項,從橋樑轉體系統的佈置、轉體結構動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方案,通過這次轉體技術的成功運用為同類工程的施工起到了一定的指導作用。
關鍵詞:轉體施工技術,工藝流程,轉體系統
中圖分類號:U448. 17文獻標識碼:A
1 工程概況跨武廣特大橋橋址位於湖北省咸寧市橫溝橋鎮,橋位沿G107國道走行,全長1 483. 534 m,全橋43墩2臺,橋樑跨越武廣高速鐵路位於武廣客專鐵路咸寧段,鐵路里程為K1300+348。在該處跨武廣特大橋採用48 m+80 m+48 m現澆連續樑斜跨武廣客專,斜交角度155°(21孔~24孔);在施工時,三跨連續樑在平行武廣客專線路方向的武廣客專兩側防護柵欄之外採用掛籃懸臂現澆施工;懸澆至最後一段跨中合龍段後,通過水平旋轉22號、23號主墩承臺帶動墩身及樑體轉動使主樑就位,調整樑體線形、封固球鉸轉動體系的上、下盤,最後澆築合龍段,使全橋貫通。轉體段樑長2-(39 m+39 m);轉體總重量2-4 500 t,為中心承重轉體。跨武廣特大橋橋下有武廣上下行客車線共計2股道,既有線的線間距5 m。武廣線全程行車速度350 km/h,行車密度30 min/趟,每天有40對列車行駛。
2 主要施工技術方案
2.1 轉體施工方案綜述及流程採用中心支承轉動、輔以保險平衡腳穩定的方案,並以中心支承為轉體體系。在上下層承臺間設定轉動體系,轉盤採用專用球鉸。轉體結構由下轉盤、球鉸、上轉盤、轉體牽引系統組成。下轉盤(下承臺)為支承轉體結構全部重量的基礎,轉體完成後,與上轉盤共同形成基礎。下轉盤上設定轉體系統的下球鉸、撐腳的環形滑道及轉體拽拉千斤頂反力座等。下承臺頂面,佈置不鏽鋼環道、助推反力孔、牽引反力支座等;上承臺底面佈置鋼管混凝土撐腳、托盤,撐腳底部距離下轉盤滑道頂面30 mm,保證脫架後環道撐腳懸空,形成中心承重轉動體系。路線兩側各採用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千斤頂作為啟動助推千斤頂。牽引反力支架佈置於下承臺,牽引索佈置於上承臺底部。箱梁澆築完成後,拆除砂箱形成轉動體系,啟動牽引系統,上承臺、墩身及箱梁形成的整體繞下承臺頂面中心位置設定的鋼軸旋轉25°左右,到達設計位置、精確測量並臨時限位後,及時連線豎向鋼筋並採用C50微膨脹混凝土填充兩層承臺間的縫隙進行封盤。轉體施工工藝流程圖見圖1。
2.2 橋樑轉體施工技術方案
2.2.1 轉體系統下轉盤(下承臺)為支承轉體結構全部重量的基礎,轉體完成後,與上轉盤共同形成基礎。下轉盤上設定轉體系統的下球鉸、撐腳的環形滑道及轉體拽拉千斤頂反力座等。下轉盤分三次澆築施工:第一次在綁紮底層鋼筋網片及側面面層鋼筋,並綁紮承臺內豎向鋼筋後,立模澆築混凝土;第二次在下球鉸和滑道安裝固定後,綁紮其餘鋼筋,澆築第二層混凝土;第三次澆築球鉸下凸出部分的混凝土。上轉盤(上承臺)分兩次澆築施工。第一次在上球鉸安裝和鋼撐腳完成後,綁紮上球鉸鋼筋網片及轉檯鋼筋,澆築混凝土;第二次澆築上轉盤剩餘部分混凝土。轉體結構系統組成見圖2。
2.2.2 轉體結構動摩擦力矩及牽引力計算
1)力矩計算。
根據JTJ 041-2000公路橋涵施工技術規範第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。
考慮動摩擦力矩全部由兩束牽引鋼絞線索承受,則鋼絞線索牽引力T1為:T1=M1/D1=337.5 kN。其中,M1為轉體結構球鉸處動摩擦力產生的力矩, kN·m;T1為牽引力, kN;f1為動摩擦係數,按JTJ 041-2000公路橋涵施工技術規範第16. 4條,考慮四氟板圓柱形實體滑塊塗抹黃油四氟粉後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。
靜摩擦力產生的力矩Mj:Mj=2f2GR1/3=4 500 kN·m。助推力計算:考慮動摩擦力矩與靜摩擦力矩間的差值全部由轉盤撐腳處的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為靜摩擦力產生的力矩, kN·m；R2為撐腳中心線至鉸中心的距離,R2=3. 25 m;f2為靜摩擦係數,按JTJ 041-2000公路橋涵施工技術規範第16. 4條,取f1=0. 1。
4)牽引千斤頂選擇。
選用15. 2-7鋼絞線作為牽引索,其標準強度:fytp=1 860MPa,n=7;單根截面面積:A=140 mm2;鋼絞線錨下控制應力fk=0. 75fytp=1 395MPa。則單束鋼絞線容許應力[T]:[T]=nAfk=1 367. 1 kN>337. 5 kN。安全係數:K1=[T] /T1=3. 62>2,滿足要求。
根據計算結果確定千斤頂及助推千斤頂,採用2臺1 000 kN連續千斤頂分別對稱佈置,則動力系數:η1=T1/F1=0. 377<0. 85,滿足要求。同理,助推千斤頂選用2臺1 000 kN螺旋千斤頂,則動力系數:H2=T2/F1=0. 277<0. 85,滿足要求。
5)慣性制動距離計算。
轉動單元達到設計位置之前,連續千斤頂停止牽引,轉動單元在慣性力作用下繼續轉動,此時動摩擦力將阻止整個轉動單元繼續轉動並迫使其停止轉動。轉動單元的轉動速度由位於牽引力支座上的連續千斤頂對鋼絞線的.牽引速度確定,因此,為了便於控制轉動速度,對連續千斤頂油缸行程進行控制,當將連續千斤頂油缸行程調整到0. 12 m /min時,轉動單元的角速度:ω=V1/r1=0. 12/4. 0=0. 03 rad/min=5×10-4rad/s。跨徑為80 m的連續箱梁的單個T構旋樑端頭轉動線速度:V2=ωr2=1. 17 m /min。
其中,ω為轉動體的角速度, rad/s;V1為轉盤的轉動線速度,V1=0. 12 m /min;r1為轉盤的半徑,r1=4. 0 m;V2為樑端的轉動線速度;r2為樑體的旋轉半徑,r2=39 m。為保證轉動單元的安全,連續千斤頂以0. 12 m /min的速度牽引鋼絞線,帶動轉盤轉動,那麼,樑端以1. 17 m /min速度轉動時,其動能:W1=MV22/2=2. 025。在摩擦力矩作用下,設止動所需要的轉角為α,提供的摩擦力矩為W1=αM1,則α=W1/M1=2. 025/2 700=0. 000 75 rad,此時樑端中心線與樑體就位中線的差距:L=αr2=0. 029 3 m。
其中,W1為樑體的轉動動能;M1為轉動體的質量;α為止動角度。在止動階段,當樑頂端部的結構橫斷面中心線與設計橋位縱斷面軸線相差0. 029 3 m時應停止牽引,利用慣性就位。然後利用千斤頂逐步將轉動單元頂推到設計線位置。
6)平衡措施。
為防止轉動單元失衡,在滑道外側、T構縱橫軸線方向設定4臺4 000 kN的備用千斤頂,以便及時調整轉體的執行狀態。
2.2.3 轉體
1)主要裝置佈置。主要裝置佈置見圖3。
2)脫架並形成轉動體系。脫架步驟:清除上下承臺間雜物→拆除撐腳下鋼楔塊→擰開砂箱卸砂孔螺栓→使砂箱內砂自然流出或用高壓水槍衝擊→移走砂箱→轉動體系形成。為了判斷轉動體系脫架前後實際的重心偏離情況,在澆築上承臺時在其四周設定永久觀測標誌,並在施工全過程觀測記錄(精度0. 5 mm)它們的變化。
3)試轉體。
試轉體的目的:
a.檢驗轉體方案的實用性、可靠性;
b.檢驗整個指揮系統的協調性;
c.檢驗操作人員是否明確自己的崗位職責和協同反應能力;
d.通過演練取得經驗並找到差距,以便進一步改進預定的轉體方案;
e.為了測試連續千斤頂載入後的工作效能,並確定合理轉速的油泵控制引數和停止牽引後轉動體在慣性作用下可能產生的轉動距離。
4)正式轉體。
當轉動體系快到預定位置時,迅速將2臺1 000 kN螺旋千斤頂、型鋼、鋼板對稱地安放到助推反力孔上作為限位裝置,防止轉體到位後繼續前行。通過觀察上承臺軸線上懸掛的錘球與下承臺軸線的差值以及測量人員測量的資料,調整助推千斤頂的頂推速度,採用經緯儀校正箱梁端頭中線指揮轉動單元就位,中線偏差不大於2 cm。轉動單元就位後,利用備用的型鋼、螺旋千斤頂、鋼楔子將轉盤固定,防止風或其他因素引起轉動體發生位移。
2.2.4 轉動單元的精調
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行調整。整個精調過程中,利用電子水準儀對縱橫橋向高程進行準確測量;利用全站儀對橋樑軸線進行跟蹤監測。在樑頂高程、縱軸線符合設計要求後,在鋼撐腳下揳入4個小鋼楔子,完成T構精調。精調過程中應控制頂升力不超過設計限值,並在千斤頂頂面和上承臺底面間設定2Ⅰ28型鋼δ=50 mm的鋼板以擴散區域性應力。
2.2.5 鎖定與封鉸
精調結束後,立即在鋼撐腳與內外助推反力支座之間安放型鋼反力架,對轉動單元進行鎖定。然後清洗滑道上的潤滑劑、清理底盤上表面髒物,焊接上下承臺間的預埋鋼筋、鋼件、綁紮鋼筋,立模澆築C50微膨脹混凝土封鉸,加強養護,使承臺形成整體。
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