2×116m大跨连续T构转体施工技术

宁继康

【摘 要】余家湾上行特大桥连续梁采用2×116m大跨转体一次跨越京广线,分析连续梁的结构特点和技术难点,着重介绍T构转体施工技术. 【期刊名称】《石家庄铁路职业技术学院学报》 【年(卷),期】2011(010)001 【总页数】6页(P1-6)

【关键词】大跨度;连续T构;转体;施工技术 【作 者】宁继康

【作者单位】中铁十一局集团第三工程有限公司,湖北十堰,442012 【正文语种】中 文 【中图分类】U445.4

1 工程概况

余家湾上行特大桥位于湖北省武汉市洪山区余家湾车站附近，上跨既有京广铁路，桥长1 681 m，该桥斜跨既有京广铁路，与营业线夹角为28°，初步设计的跨越方式是以一联（40＋3×72＋40 m）方式跨越，采用悬臂挂篮施工；为减少上部结构施工对铁路运营及行车安全的影响，采用2×115.8m T形刚构一次跨越京广线。 主梁为变截面预应力混凝土箱梁，单箱单室；主墩截面梁高11.8 m，边支点梁高4.4 m，底缘按照1.8次抛物线进行过渡变化；箱梁顶宽9 m，底宽6 m；顶板厚

35 cm，腹板厚由45-55-75-85-120 cm；底板厚38-180 cm，主墩中心处加厚至260 cm。 2 总体施工方案

该桥采用平衡转体施工，在京广铁路上、下行之间的夹心地带采用支架法现浇梁体，然后水平转动梁体，使主梁就位，调整梁体线形、封固球铰转动体系的上、下盘，张拉并进行全桥体系转换。转体段梁长2×115 m；转体角度为28°；转体总重量14 500 t，为中心承重转体，形成转动体系后所有重量都集中在球铰上。重点工艺是转体结构施工及转体平衡措施。 图1 主辅墩及梁段划分布置图

（1）在进行边墩基础及墩身施工的同时进行中墩钻孔桩施工；为避免影响主梁预应力钢束施工，同时为控制转体精度，边墩顶帽不等高部分混凝土及支撑垫石暂不浇注，待主梁转体后，预应力钢束张拉、灌浆、封锚后方浇筑边墩顶帽不等高部分混凝土。

本桥地域处于长江下游流域，地质极其不良，倾斜岩层及溶洞空洞众多，同时上覆十几米流沙层，考虑到溶洞极发育，主辅墩钻孔桩采用全护筒跟进防止细纱下陷及孔洞塌陷的措施。

（2）转体系统安装贯穿主墩承台施工，承台分4次浇注，下承台分两次，先浇注底层，而后安装下转盘，浇注剩余下承台，安装上球铰后再浇注上承台，待转体完成后将球铰全部用混凝土封绞。

（3）梁段施工，主墩纵向中心线在平行于既有线，安装支架并预压，先施工第一梁段混凝土及张拉预应力，而后施工第二梁段，3、4、5梁段混凝在第二梁段施工结束前现浇完成，进行合拢段施工，连接3、4、5与第一二梁段，进行全桥初张拉。

（4）主墩及第1～5梁段转体，采用平面转体，核实主梁平面、立面线性与设计

线性完全吻合后锁定转体球铰，浇筑封绞混凝土，封固转盘；进行精调，浇注支撑垫石，强度达到后落梁，进行全桥终张拉，再浇筑边墩剩余部分。 上述工序完毕后静置60天后进行桥面系等附属作业，连续梁施工完成。 3 主要施工技术

本桥连续T构转体施工主要关键技术主要是承台施工（主要体现在转体设施安装上），梁段浇筑，转体施工（转体各项参数计算）等。 3.1 承台施工

主墩基础为双层钢筋混凝土方形承台，承台高6.5 m（上下两层分别为3.0 m和3.5 m，承台中放置球铰）；辅墩承台单层一起浇注到位；承台是本桥施工技术难点，重点是球铰及滑倒撑脚等安装。

下转盘（下承台）为支承转体结构全部重量的基础，转体完成后，与上转盘共同形成基础。下转盘上设置转体系统的下球铰、撑脚的环形滑道及转体拽拉千斤顶反力座等。用全站仪在承台垫层上放样并绑扎钢筋，按设计要求预埋助推反力支座钢筋，滑道钢筋，下球绞定位钢筋，上下承台锚固钢筋，在环道下方设置定位骨架，确定无误后固定，开始浇筑下承台混凝土。

上转盘（上承台）分两次浇筑施工。第一次在上球铰安装和钢撑脚完成后，绑扎上球铰钢筋网片及转台钢筋，浇筑砼；第二次是在转体结束后浇筑上转盘剩余部分混凝土。第一次浇筑注意转盘施工，在转盘混凝土达到设计强度后凿毛、绑扎承台钢筋、预埋墩身钢筋，布设竖向振捣预留孔。

上下承台临时锚固按照设计要求预埋锚固钢筋，在下承台顶面助推反力支座间安装限位梁，限位梁与钢撑脚之间布置钢支撑并用钢楔子楔紧。 3.2 转体结构施工（如图2所示）

本连续梁采用平转法，转体结构由下转盘、球铰、上转盘、转体牵引系统组成。在下承台顶面设置不锈钢环形滑道、助推反力支座、牵引反力支座等设施，在上下承

台之间布设有轴的转动盘（球铰）。上下球面板设圆柱形滑块，上球面板顶面与托盘相连，托盘上设置转盘，采用Φ630 mm δ10 mm钢管砼作为支撑，对称预埋钢绞线作为牵引设施，在转盘上浇筑上承台、墩身、刚构。

下承台、滑道、钢管撑脚、球铰、托盘、转盘、牵引索、助力反力支座、墩身、T构组成转动体系。转动单元是上球铰、托盘、转盘、上承台、墩身及T构，为保证上部梁体的稳定，施工时在上、下承台之间设置砂箱承受上部荷载，砂箱内填充用砂选用干燥细砂。砂箱上部支撑选用钢管，钢管内填充微膨胀性混凝土，砂箱根部设置卸砂孔。 3.2.1 球铰安装

球铰由上、下球铰、球铰间四氟乙烯板、固定上下球铰的钢销等组成，由国内合格厂家制作，汽车运输至工地现场，运输存放时上下面板包裹严密。 图2 转体结构图

球铰是平转法施工的转动系统的核心，它是转体施工的关键结构，制作及安装精度要求很高，安装精度要求：顺桥向±1 mm，横桥向±1.5 mm，球铰正面相对高差≯1 mm。

（1）定位钢骨架安装。用吊车将下球铰骨架吊入，并进行粗调，然后人工精确调整，固定好球铰定位底座后，绑扎钢筋、立模浇注下球铰骨架砼。

（2）安装下球铰。安装前先进行检查,下转盘球铰的现场组装，主要是下转盘球铰的锚固钢筋及调整螺栓的安装。

（3）安装上球铰。清理上下球铰球面,在中心销轴套管中放入黄油四氟粉，将中心销轴放到套管中，调整好垂直度与周边间隙；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，使黄油面与四氟滑板面相平。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。

球铰安装完毕对周边进行防护，上下球铰之间用包裹严密，确保杂质不进入到摩擦面内。

3.2.2 滑道和撑脚

滑道和撑脚的制作委托厂家加工，现场安装拼装成整体。撑脚为施工重点，砂箱作为辅助措施，对撑脚安装精度及其下部钢楔脚一定要施工牢固，同时做好上下承台锚固。

（1）滑道安装。在钢撑脚的下方设有环形滑道，环道由厂家生产，现场采取分节段拼装。转体时确保撑脚可在滑道内滑动。

（2）撑脚施工。上转盘共设有 8组撑脚，撑脚内灌注微膨胀混凝土；撑脚在工厂整体制造后运进现场，在下转盘混凝土浇注完成，上球铰安装就位时立即安装撑脚；安装撑脚时预留撑脚与下滑道的间隙为30 mm。转体前在滑道面铺装5 mm厚不锈钢板及5 mm厚聚四氟乙烯板。同时为确保上部结构施工时转盘、球铰结构不发生移动，用钢楔将型钢砼撑脚与环道之间塞死。 3.2.3 转体系统安装精度的控制

测量仪器选用电子水准仪型精密自动安平水准仪，根据定位测量，安放在其准确的平面位置上。

下球铰的安装精度是整个转体球铰安装的关键。施工中在可调精度内下球铰正面相对高差安装精度≯0.5 mm。检查合格后，固定死调整螺栓，然后再检查一次，防止因紧螺栓时影响下球铰正面高程。然后浇筑球铰下突出部分的混凝土。 浇筑完成牵引反力座混凝土后，把下球铰表面和安装孔内清理干净，在下球铰上安装四氟乙烯片，乙烯片在工厂进行安装调试后编好号码，现场入座，安装后顶面在同一圆心上误差不大于0.2 mm。

在下球铰上和定位销轴上及套筒内涂黄油和四氟乙烯粉。使其均匀的充满定位销轴上和套筒、滑动片之间的空隙，并略高于四氟乙烯片顶面，严禁杂物侵入。在上球

铰球面上也均匀的涂一层黄油和四氟乙烯粉，安装上球铰精确定位，临时锁定限位并通过定位销轴使其上下球铰中心重合。 3.2.4 托盘、转盘施工

球铰上面板通过托盘与上部转盘连接，绑扎钢筋前采用竹胶板及碗扣件作为转盘底模。

转盘底层钢筋绑扎完毕后利用定位钢板确定钢绞线以便安装牵引索，全部钢筋绑扎完毕后在托盘转盘机撑脚钢管内浇筑混凝土。 3.3 墩身施工

主墩墩身高度较低，采用大块钢模一次浇筑成型。施工过程中注意预埋梁体与墩身的连接钢筋。墩身与的第一阶段为刚性连接。

辅墩墩身分两次浇注，顶帽不等高部分暂不浇注，待主梁预应力钢束张拉、灌浆、封锚后方可浇注顶帽不等高部分，以免影响主梁预应力钢束施工，本桥采用一次转体到位，为保证转体后精度要求，支撑垫石在转体后再进行浇注。 3.4 T构梁段施工

T构全长231.6 m，计算跨径2×115.8 m，主梁在231 m的1/2长度内共分5个梁段，其中1#段长13 m，2#～6#段分别长21 m、21 m、21 m、30.8 m，对称布置，分3段合拢。

本连续梁1-5梁段在京广线上下行夹心地段采用支架现浇，转体梁段支架地基处理采用50 cm砂砾石压实后上铺20 cm布设钢筋网的C20混凝土，其上布设支架，支架搭设完成后，按总重的1.2倍进行预压，预压过程分级加载，每级荷载施加时，并对地基沉降、支架变形进行测量，记录相关数据，为主梁浇筑预拱度的设置提供可靠的依据。 3.5 转体数据计算

计算符号说明：m1——转体结构球铰处动摩擦力产生的力矩，kN·m；T1——牵

引力，kN；f1——动摩擦系数，f1=0.06；G——转体总重力，取145 000 kN；D——球铰外径，D=4.0 m；R1——球铰水平投影半径，R1=D/2=2 m； D1——牵引力偶臂（转盘半径），D1=10 m； T2——助推力，kN；Mj——静摩擦力产生的力矩，kN·m；R2——撑脚中心线至铰中心的距离，R2=5.25 m； f2——静摩擦系数，取f1=0.1。 3.5.1 牵引力计算

牵引力计算按照能够克服动摩擦力计算，考虑牵引力力臂长度，转体重量，在选择牵引千斤顶是按照大于2倍系数考虑。

根据《公路桥涵施工技术规范》（JPJ041-2000）转体牵引力按计算：

其中：T——牵引力（kN）；G——转体总重力（kN）；R——铰柱半径（m）；D——牵引力偶臂（m）；f——摩擦系数，动摩擦系数为0.06～0.09（本桥取0.06）。

动摩擦力矩M1=T1D1=2f1GR1/3=11 600 kN·m；牵引力T1=M1/D1=1 160 kN。

3.5.2 助推力计算

静摩擦力产生的力矩Mj=2 f2GR1/3=19 300 kN·m；

因动摩擦力矩与静摩擦力矩间的差值全部由转盘撑脚处的2台助推千斤顶承受，则有T2=（mj－M1）/（2R2）=736 kN； 3.5.3 牵引千斤顶选择

选用φ15.2-15钢绞线作为牵引索，钢绞线锚下控制应力ƒk=0.75ƒytp=1 395 MPa；

单束钢绞线容许应力[T]=nAƒk =2 930 kN＞1 160 kN； 安全系数K1=[T]/T1=2.5>2，满足要求。

根据计算结果确定千斤顶及助推千斤顶，采用2台2 500 kN连续千斤顶分别对称

布置，动力系数η1=T1/F1=1 160/2 500=0.46＜0.85，满足要求。 助推千斤顶选用2台2 500 kN螺旋千斤顶，动力系数Η2=T2/F1=736/2500=0.29＜0.85，满足要求。

3.5.4 惯性制动距离计算：转动单元达到设计位置之前，连续千斤顶停止牵引，转动单元在惯性力作用下继续转动，此时动摩擦力将阻止整个转动单元继续转动并迫使其停止转动。

转动单元的转动速度由位于牵引力支座上的连续千斤顶对钢绞线的牵引速度确定，需对连续千斤顶油缸行程进行控制，当将连续千斤顶油缸行程调整到 0.12 m/min时，转动单元的角速度ω=V1/r1=0.024 rad/min。

跨径为115 m的连续箱梁的单个T构旋转梁端头转动线速度V2=ωr2=2.76 m/min；

式中ω——转动体的角速度，rad/s；V1——转盘的转动线速度，V1=0.12 m/min；

r1——转盘的半径，r1= 5.0 m；V2——梁端的转动线速度；r2——梁体的旋转半径，r2=115 m。

为保证转动单元的安全，连续千斤顶以0.12 m/min的速度牵引钢绞线，带动转盘转动，那么，梁端以2.76 m/min速度转动时，其动能W1=MV22/2=55.2 在摩擦力矩作用下，设止动所需要的转角为α，提供的摩擦力矩为W1=αm1； 则α=W1/m1=0.0 048 rad此时梁端中心线与梁体就位中线的差距。

L=αr2=0.55 m；式中W1—梁的转动动能；M—转动体质量；α—止动角度。 在止动阶段，当梁顶端部的结构横断面中心线与设计桥位纵断面轴线相差0.55 m时停止牵引，利用惯性就位。然后在控制测量指挥下，利用千斤顶逐步将转动单元顶推到设计线位置。 3.6 平衡及限位措施

转动的平衡措施为重点技术：在滑道外侧、T构纵横轴线方向设置4台4 000 kN的备用千斤顶，在转体时可以调整运行状态，防止转动单元失衡，并且在5号梁段均布焊接水箱，焊接水箱上标示容量刻度，最大容积为5方，同时在下方放置6 m3水车两台，抽水泵两台，抽水管道长度若干，以便在转体时根据转动单元进行配重，转体前上转盘下设位移计进行称重试验确定配重。

限位措施：借助反力孔对转体进行限位，下承台预留辐射状φ10 cm反力孔，辐射线两个孔位插入钢棒架设型梁后形成一组限位梁，限位梁与撑脚接触建立限位体系。 3.7 试转体

因跨越繁忙铁路干线，正式转体前先进行试转体，可对转体前的可靠性进行检测，总结经验，培训人员，同时检测设备性能，确定各项参数。

拆除上、下转盘间支撑，解除多余约束，全面检查转体结构各关键受力部位是否存在异常情况；测定T构的重心，若出现重心偏移，采用配重措施，以满足平衡转动条件。随后进行设备调试。

试转过程中，检查转体结构是否平衡稳定，有无故障，关键受力部位是否发生变形开裂等异常情况。如有异常情况发生，则停止试转，查明原因并采取相应措施整改处理后方可继续试转。 3.8 正式转体

转体前检查千斤顶及油泵等设备，而后进行动力设备布置，检查平衡保险装置，做好各项应急物品配备；根据试转体总结出来的各项参数开始转体，转到预定位置停止牵引。当转动体系快到预定位置时，迅速将2台2500 kN螺旋千斤顶、型钢、钢板对称地安放到助推反力孔上作为限位装置，防止转体到位后继续前行。限位装置可作为转动单元微调装置。通过观察上承台轴线上悬挂的锤球与下承台轴线的差值以及测量人员测量的数据，调整助推千斤顶的顶推速度，校正箱梁端头中线指挥

转动单元就位，就位后，利用备用的型钢、螺旋千斤顶、钢楔子将转盘固定，防止发生位移。

开始精调，在下承台顶面与纵横桥向较低位置从千斤顶对桥体的纵横向高程进行调整。在梁顶高程、纵轴线符合设计要求后，在钢撑脚下均揳入4个小钢楔子，完成T构精调。千斤顶顶面和上承台底面之间设置型钢及钢板以扩散局部应力。 若正式转体出现意外，可利用反力孔插入钢棒后设置反力梁形成反力支座，千斤顶撑于反力梁上对钢撑脚形成顶推力，并用倒链在钢撑脚前端形成拉力，使转动体系缓慢转动。当千斤顶行程无法满足顶推时可在反力梁位置加设垫板，或是前移反力支座后继续顶推。千斤顶、倒链对称布置，采用250 t机械千斤顶与80 t倒链。 3.9 封固转盘

T构转体到位后，清洗底盘表面，焊接预留钢筋，立模浇筑封固混凝土，使上转盘与地盘连成一体。为增强封固效果，混凝土采用微膨胀混凝土。 4 结语

（1）为防止立面失衡，采用水箱配重及下承台上设置撑脚有效防止，球铰转动采用限位梁与牵引索同时工作，相互作为各自应急措施能有效减少安全风险。 （2）转体施工可保证营业线正常运营，减少上跨铁路施工安全风险，同时转体技术成熟。

（3）目前跨越既有线或立交桥的桥梁施工越来越多，况且客运专线桥梁施工普遍工期较短，跨越既有线采用挂篮施工较多，施工周期较长尤其大跨更为突出，急需提高作业效率的施工工艺，转体可以大大缩短工期，转体可控制在2小时之内完成，现浇也比悬挂施工速度快。

跨越公路或铁路转体施工可以选择有利地形搭设膺架进行悬臂梁段施工，充分利用膺架的整体受力性能，降低工程成本。