31-t型刚构转体施工工法

'T型刚构转体施工工法(94-17工字01)铁道部第十七工程局杜嘉俊一、前言1992年我局在三铜公路铜川市铁路立交桥10号T型刚构的施工中，采用了转体法施工技术，经过深入细致的研究和实践，成功地解决了桥梁转体过程中轴心难以准确控制的关键问题，简化了转体施工工艺，取得了显著的技术经济效益。此技术通过了中国铁道建筑总公司技术鉴定，路内外专家评审认为：这项技术达到了国内先进水平。1993年荣获中国铁道建筑总公司科技进步一等奖，现已形成工法。二、特点1.球铰转动轴形状准确在浇注球铰混凝土时，使用母线板控制球面形状，使旋转削切出来的混凝土球铰曲面圆顺，形状准确，减小了打磨球铰的难度。2.球铰与铰盖接触面的密合程度高，转动阻力小球铰浇筑成形后，安装母线板，将球铰曲面粗磨圆顺，然后，在球铰与铰盖的接触面上涂抹钙基脂润滑油，查找凸出不顺部位，进行细磨，既利于提高打磨工效，又有助于检查铰盖与球铰接触面的密合程度，从而达到降低摩擦因数，减小转动阻力的目的。3.转动系统平衡、稳定本工法T型刚构两侧悬臂布置对称，结构重量相等，卸架后，无需配重即可保持转体系统的平衡。悬臂箱梁在梁底支撑、底板底模、边腹板外模全部搭设、铺装就位的情况下，整体浇注成型，从而避免了因梁体分段、施工接缝多、混凝土颜色不一而影响梁体外观，以及模板安装不牢固或安装误差大，混凝土浇注后出现跑模而额外增加结构重量，引起转体时T型刚构纵向失稳、偏斜的情况发生，对确保转体系统自身的平衡和稳定有积极作用。4.转体施工工艺大为简化本工法使用油压千斤顶作平衡保险装置，避免了传统方法用钢支重轮或钢筋混凝土支撑脚与环道作平衡保险装置而给施工带来的困难，以及由此产生的影响转体安全的因素，故操作安全可靠，施工作业方便，大大简化了转体施工工艺。5.桥梁转体平稳、连续、安全本工法先用电动分离式油压千斤顶作转体动力装置，可以直接在压力表上读取转体作用力值，作用力大小可准确控制，容易保持平衡，加载可同步进行，桥梁转体平稳、连续、安全。6.桥梁转体到位精度高本工法在球铰中心埋设了一根钢管轴，并使钢管轴通过钢滚轴与铰盖滚动接触，限制了上转盘的侧向位移，有效地发挥了球铰的转轴定位作用，使转体桥梁到位精度大为提高。三、适用范围本工法适用于不同跨径的T型刚构桥转体施工，同时对桁架拱桥、箱肋拱桥、双曲拱桥、刚架拱桥、斜腿刚构桥、斜拉桥等采用水平转体法施工也有参考、指导作用。四、工艺原理12 桥梁转体法施工是指在桥梁轴线转离设计桥位的地方，将桥梁主体浇注或组装成形，然后，借助动力装置转动到设计位置，再进行合拢接整和桥面系作业的一种施工方法。根据转动平面位置的不同，通常分为竖直转体法和水平转体法两类。水平转体法由于适用的桥型多，在桥梁转体法施工中运用较多。本工法采用如图1所示的混凝土球铰与钢管轴组合的新型转动轴结构。转体时，在上转盘对角方向水平对称布置两台电动分离式油压千斤顶进行顶推。图1转动轴结构示意图T型刚构开始转动时的最大动力矩（缺公式）12 式中μmax——铰盖与球铰之间最大静摩擦因数；G——转体重量。所需的顶推力（缺公式）式中L——千斤顶力作用点到球铰中心的垂直距离。当千斤顶的实际顶推力大于或等于Fmax时T型刚构转动。在实际选用千斤顶时，其所具有的顶推力应大于Fmax，以保证转体转动时顺利启动。T型刚构在转动过程中千斤顶的实际顶推力F要小于Fmax。这是因为转动过程中的滑动摩擦因数要小于最大静摩擦因数所致。五、工艺流程工艺流程见图2所示。12 图2T型钢构转体法施工工艺流程六、施工过程及要点(一)转动系统施工1.钢管轴(1)钢管轴定位在点焊成网片的底盘上层钢筋网上准确定出截面半径为R2的钢管轴中心点，然后，用气焊割除中心点周围直径为2×(100+R2)范围以内的钢筋网。在浇注底盘混凝土的过程中，将一个外包编织袋，直径为2×(100+R2)的圆木放进底盘中心用气焊割出的钢筋孔中。混凝土施工结束3～4小时后，取出圆木，并用盖子遮住孔洞口，防止尘土等脏物掉进孔内。(2)套管轴安装底盘模板拆除后，用经纬仪在底盘中心孔洞口四周等距离定出4个纵横轴线点，前后左右移动，将钢管轴调到正中心，吊线锤使钢管轴保持竖直，先用短钢筋将钢管轴与孔壁边上凿露出来的底盘上层钢筋网点焊成一体，待用经纬仪检查钢管轴位置及垂直度准确无误后，用高标号混凝土将孔洞和钢管轴填满。2.球铰(1)母线板制作图3为一控制球铰曲面成形用的母线板示意图。该板由钢套筒和曲面板焊接而成。钢套筒内径和露出球铰顶面的钢管轴外径相同。曲面板外层为弧形钢板，表面钻孔上螺丝钉，连接内层弧形木板。弧形木板外露面刨光，曲率半径和球铰曲面半径R3相同。12 图3母线板结示意图(2)混凝土作业浇注混凝土前，切3根长10cm的Ф10直钢筋，一端打磨光滑，按大约120°夹角竖直贴焊在钢管轴外壁上，打磨端朝上，与球铰顶部一样齐。当混凝土浇注到球铰顶面时，将母线板套在钢管轴上，缓缓转动母线板，先将混凝土旋削成球面形状，再将球面粗抹圆顺。混凝土作业结束，待球铰表面稍干时，用铁抹子收面压光，直到球铰曲面光滑圆顺为止。(3)球铰粗磨球铰混凝土强度达到设计标号的50%时，将母线板套到钢管轴上，边转动母线板，边用砂轮机打磨球铰。打磨以在母线板与球铰表面之间可以均匀移动一片厚1mm的无齿钢锯条为标准。打磨达到标准后，使用三角形油石，将球铰表面毛糙部位细磨光滑。3.铰盖(1)底模安装以球铰为模具浇注铰盖。立侧模前，先将球铰打扫干净，然后，在球铰表面绷3～6层薄膜，每绷一层，就用宽10cm的塑料薄膜紧缠在球铰侧面上，并用22号铁丝捆扎。(2)混凝土作业铰盖钢筋在现场绑扎成整体后，由人工抬起，轻轻放到球铰上，以免碰破薄膜。浇注混凝土时，用铁锹铲着混凝土慢慢放到球铰上。捣固时，悬提振动棒，防止戳破薄膜和造成盖底表面混凝土凹凸不平。12 (3)与球铰接触面细磨待铰盖混凝土强度达到设计标号的70%时，吊去铰盖，撤去隔膜，放下铰盖，安上钢滚轴(位于钢管轴与铰盖中心钢套筒的中间)，将铰盖转动数周后吊起，用电动砂轮打磨球铰凸面和铰盖凹面上的凸出不顺部位，直到转动铰盖时球铰凸面和铰盖凹面上无明显擦痕为止。然后，在球铰表面涂上一层钙基脂润滑油，合上铰盖，转动十余圈后吊起，用棉纱将凸出不顺部位的油指擦净，再用油石细细磨光。经量测，球铰与铰盖的有效接触面积达到总接触面积的90%后，停止打磨，用汽油将接触面清洗干净，均匀抹上一层钙基脂润滑油，再合上铰盖。(4)防水处理球铰及铰盖打磨结束，先用钙基脂润滑油将钢套筒与钢管轴之间缝隙填满，安钢滚轴，将钢套筒顶面的钢盖板与钢套筒点焊在一起，再用一个有底无盖的钢桶倒着罩住钢套筒。钢桶落在铰盖上面，上表面比钢盖板高3—5cm，与铰兽接缝处用高标号水泥砂浆充填，以免下步浇注上转盘混凝土时水泥浆渗入而将钢滚轴封住，导致转体阻力增大。4.上转盘(1)模板安装底板安装时，用棉纱堵严底板与铰盖之间的缝隙(防止水泥浆漏泄下去)，将球铰与铰盖的侧面上下包成一体。T型刚构转体就位后，上转盘将与底盘浇注成整体。为了增强两次浇注的混凝土的连接，安装侧模时模板内表面不涂润滑油。(2)模板拆除上转盘混凝土强度达到设计标号后，拆除侧模，底模保留不动，以加强T型刚构施工期间结构的稳定与安全。(二)T型刚构悬臂施工图4为T型刚构悬臂箱梁结构示意图。12 图4T型刚构悬臂箱梁结构示意图1.悬臂箱梁支架及底模在转离桥梁设计轴线一个转体角度的地方，搭设满布膺架，使膺架顶面与悬臂梁底曲面一致。在膺架上面整体铺设底模(木模)，其预拱度应考虑支架承受施工载荷引起的弹性变形及非弹性变形、支架基底的沉降、混凝土收缩及温度变化引起的挠度，以及张拉预应力筋引起的悬臂梁的弹性挠度。2.悬臂箱梁作业悬臂混凝土分两个阶段浇注。第一阶段，先在调整好的底模上安装1～(n—1)号梁段的边腹板外模，绑扎底板及边腹板钢筋，安装边腹板内模，整体浇注底板和边腹板。然后，拆除边腹板模板，倒到中腹板上，同时安装顶板模板和钢筋，再整体浇注中腹板和顶板。第二阶段，安装和绑扎悬臂端部n号实心梁段的模板和钢筋，一次将梁段浇注成形。为方便施工，预应力管道全部采用波纹管成孔，各梁段腹板及顶板中的张拉孔位置在立模时预先空出，所有预应力筋在绑扎钢筋时一并穿入波纹管中。3.预应力筋张拉当浇注的梁段混凝土强度达到设计标号的95%时，从与悬臂端部n号实心梁段相邻的n-1号梁段开始逐段张拉预应力筋。同一梁段中钢丝束的张拉顺序为：先下后上、先两边后中间。1～n号梁段板较薄，为防止拉裂混凝土，张拉分两次进行：第一次张拉预应力的70%，按n-1→n-2→……→2→1号梁段顺序依次张拉；第二次，张拉30%，仍按第一次张拉顺序张拉。1～(n-1)号梁段张拉结束后，再张拉n号梁段。4.膺架拆除钢管膺架在悬臂1～n号梁段预应力管道压浆、预留张拉孔封固结束后，按纵向从悬臂端部向墩身方向、横向从两边向中间的顺序同时对称地进行拆除。(三)T型刚构转体1.准备工作(1)清理场地在底盘外围靠坑壁浇注片石混凝土后座。后座靠上转盘的一面呈凹面状，结构尺寸及混凝土标号通过受力检算确定。(2)准备枕木、方木、木楔、钢垫板、扒钉、铁锤、YC588型分离式油压千斤顶、YQ50型油压千斤顶等材料和机具。(3)检查和校正YC588型分离式油压千斤顶和压力表，确定各千斤顶的作用力与所配压力表读数之间的关系方程。2.转体作业(1)动力装置布置如图5所示，在底盘两侧靠对角位置布置两台YC588分离式油压千斤顶，作为T型刚构转体顶推装置。顶推千斤顶的底座支撑在片石混凝土后座上，顶端安上撑套后抵住上转盘。(2)平稳保险装置如图5所示，在上转盘底面，靠近对角的位置对称布置4台YQ50型油压千斤顶，千斤顶顶端升起，距上转盘底面1～2mm。图5转体动力装置及平衡保险装置布置12 1.底盘2.上转盘3.后座4.钢管轴5.球铰6.撑套7.顶推千斤顶8.高压胶管9.支撑千斤顶10.枕木垛(3)顶推千斤顶作业启动高压油泵，两侧顶推千斤顶同时等速等荷加载。当加载到一定程度时，T型刚构随着顶推千斤顶活塞的伸出开始转动。顶推千斤顶顶完一个行程，两侧同时等速等荷卸载。接着在顶推千斤顶底座与后座之间加垫枕木和钢垫板，调整方向，保持千斤顶作用力与上转盘的水平切线方向一致，然后，启动高压油泵，继续顶下一个行程。直到T型刚构转动到位为止。3.注意事项(1)YC588型分离式油压千斤顶使用前，要对与之相匹配的高压油泵进行清洗，换用干净无杂质机油，以免转体过程中高压胶管堵塞，影响千斤顶的正常工作。(2)转体前，要培训操作人员，掌握油泵性能，作到操作熟练、配合默契。(3)位于底盘两侧的顶推千斤顶必须以球铰中心为对称轴进行布置。(4)高压油泵启动后，两侧顶推千斤顶必须同步等速等荷加载，同步等速等荷卸载，以免产生不平衡力矩，影响T型刚构的稳定。(5)顶推千斤顶每顶完一个行程，用水平仪检查梁顶端部事先设置的4个观测点的标高有无较大变化，并将结果通知油泵操纵者，以便及时调整和控制千斤顶加载或卸载的速度。(6)随着顶推千斤顶位置变换次数的增多，铺在顶推千斤顶底座和混凝土后座之间的枕木垛也越来越厚，为防止枕木受力不均而突然崩起，相邻枕木间的空隙必须用斜面钢垫板楔紧，然后用扒钉连成整体。(四)封固转盘12 T型刚构转体到位后，清洗底盘上表面，焊接预留钢筋，立模浇注封固混凝土，使上转盘与底盘连成一体。混凝土坍落度保持8～10cm，拌制时掺入微量铝粉作膨胀剂，以方便振捣和增强封固效果。七、机具设备T型刚构转体法施工所需主要机具设备以及转体动力装置YC588型千斤顶的主要技术性能见表1和表2。表1主要机具设备表2YC588型千斤顶主要技术性能八、质量标准1.转动系统质量标准(1)钢管轴中心与底盘中心容许偏差为2mm，钢管轴偏离竖直轴线容许偏差为高度的0.1%，且最大偏差不得超过1mm。(2)球铰与铰盖的混凝土强度不得少于设计要求。(3)球铰浇注成型后，表面要光滑、圆顺，形状准确。(4)铰盖与球铰的有效接触面积不得少于总接触面积的90%。12 (5)底盘与上转盘的截面尺寸容许偏差为±30mm，顶面标高容许偏差为±20mm。(6)上转盘中心与钢管轴中心容许偏差为±5mm。2.T型刚构模板安装标准(1)墩身模板标高及内部尺寸的容许偏差为±10mm。(2)上部构造所有构件模板内部尺寸容许偏差为±5mm。(3)墩、梁轴线的平面位置容许偏差为±7mm。(4)墩身模板垂直度或坡度容许偏差为高度的0.15%。(5)模板立柱及支撑间距的容许偏差为±75mm。(6)预埋件位置容许偏差为10mm。3.浇注成形的T型刚构标准(1)墩身中心与钢管轴中心容许偏差为±5mm。(2)墩身截面尺寸容许偏差为±20mm。(3)墩身偏离竖直轴线容许偏差为高度的0.2%，且最大偏差不得超过20mm。(4)悬臂箱梁平面上的中线容许偏差为±10mm。(5)悬臂箱梁的梁段高度、腹板高度、梁面宽度尺寸容许偏差分别为±5mm，+10mm，-10mm。(6)悬臂箱梁全长容许偏差为-10mm。(7)顶面标高允许偏差为±10mm。(8)两侧悬臂，各预应力混凝土箱梁段结构要对称，重量要相等。(9)悬臂端部安放简支吊梁支座的接触面应光滑平整，支座标高的允许偏差为±10mm。4.转体就位后，T型刚构标准(1)以设计桥梁中线为准，水平位置上的横向允许偏差为±10mm，纵向允许偏差为±10mm。(2)顶面标高允许偏差为±10mm。(3)与相邻墩台间距离的允许偏差为±10mm。九、劳动组织本工法劳动组织见表3。表3劳动组织12 十、安全注意事项T型刚构转体法施工，除了遵照有关工程施工安全规则外，还应注意以下几点：(1)用起重机吊起铰盖打磨，应在将铰盖放在地上，凹面朝上的情况下进行。严禁作业人员直接站在吊于空中的铰盖下方打磨球铰和铰盖。(2)悬臂边腹板和端部梁段张拉时，要防止工具以及预应力筋锚固后退出的插销掉到桥下。(3)转体前，必须将T型刚构顶面及箱体中堆放的模板、机具、杂物等清理干净；转体过程中，除了顶推千斤顶操作人员及测量、指挥人员外，顶面和桥下禁止站人。十一、效益分析T型刚构转体法施工与常规施工方法相比，有以下优越性：(1)保证了桥下的正常通行，不影响居民及企事业单位的正常生活秩序，社会效益显著。(2)在转离设计桥位的空地上施工，可以避开桥下行人、车辆、流水、航船的干扰，改善了施工环境，提高了作业效率，具有较高的经济效益。(3)利用转离设计桥位处的有利地形，搭设满布膺架，进行悬臂梁段施工，可充分发挥膺架的整体受力性能，减少膺架用量，降低工程成本。(4)对跨越深谷、河流的桥梁，还可以改善施工环境，减少工程投资。(5)各步工序衔接紧凑，工期大为缩短。十二、工程实例位于陕西省铜川市川口区的铜川市铁路立交桥，在市区红旗街与矿务局铁路专用线的交叉处高架跨越。红旗街为铜川市主要交通干道，为不中断公路和铁路运营，保证铜川市居民和厂矿企业的正常生活秩序，将该桥紧靠铁路与街道的10号T型刚构采用转体法施工。12 10号T型刚构重1200t，顶面宽11m，墩身高11.62m、长8.36m、宽2.9m，为双孔空心墩。两侧悬臂结构对称，从墩顶0号梁段开始依次分为1～7号七个单箱双室、截面高度沿梁长呈抛物线变化的预应力混凝土箱梁段。跨长40.66m，梁面纵坡2.5%，横向超高2%，由线半径500m。施工时，先在平行于铁路专用线的方向上，将T型刚构浇筑成形，尔后水平旋25°，与设计桥梁中心线重合，接着安装吊梁，进行桥梁接整及桥面系施工。该T型刚构转体采用了混凝土球铰与钢管轴组合的新型转动轴结构，平衡保险装置和转体动力装置分别采用YQ50型和YC588型油压千斤顶，转体作业时的主要技术参数见表4和表5。表4平衡保险装置主要技术参数表5转体动力装置主要技术参数该桥于1992年9月8日一次准确转体到位，11月建成通车。与直接在桥位上浇筑刚构相比较，工期缩短了2.5个月，节约投资近10万元。建桥期间，桥下的公路、铁路照常运营，施工与交通互不影响，经济效益、社会效益显著。12'