转体施工工法

转体法施工预应力钢筋混凝土连续箱梁工法中铁十五局集团有限公司1前言随着国家的交通道路网的迅速发展，转体法施工大跨度预应力钢筋混凝土连续梁桥已经广泛应用于一些横跨主要陆地交通道路和水上交通道路的桥梁施工。转体法施工在整个桥梁施工过程中几乎不会对其跨的交通道路或水路造成任何影响。其技术性能直接关系到施工质量、施工进度、工程造价等因素。转体施工中由于转体T构重量大，转体对磨心、滑到、环道的制作精度和转体过程中对转体角度和转体后合拢精度要求较高，所以磨心、滑到、环道的施工以及箱梁施工中标高及线形的控制是桥梁是否能够顺利转体并精确就位的关键。2006年由中铁十五局集团承建的苏州市兴郭路跨苏嘉杭高速公路大桥工程主桥预应力钢筋混凝土连续箱梁（具体结构形式见图1-1）转体施工中，借鉴以往转体施工中的实践经验并在磨心、滑到、环道以及在箱梁转体施工中自主创新，避免在以往转体桥梁施工中的通病：滑到在箱梁转体过程中全部被支腿挤压变形、箱梁转体后梁端高差过大、箱梁转体后线形不顺畅等问题，顺利转体，就位准确。合拢后两个转体T构梁端高差最大仅为9mm，完全小于国家规定20mm。该工程顺利竣工验收后，工程质量得到业主和苏州市领导的一致好评。2008年8月结合该工程进行研究的科技开发项目《跨线桥连续性箱梁转体施工技术研究》经专家评审鉴定，达到国内先进水平，取得了显著的经济效益和社会效益，经总结后形成本工法。图1-1主桥箱梁结构布置图2工法特点2.1本工法采用千斤顶直接顶推比传统牵引系统转体方案节省了大量的地锚工程，节约了资金，缩短了工期。2.2本工法整体施工过程中仅在中跨合拢安装和拆除吊架时临时封锁了高速公路的一个车道，整个主桥施工没有影响高速公路的正常通车。55008500550020047047014070030030030030011011011203007001120110300300110300匝道苏嘉杭高速苏嘉杭高速预留苏嘉杭高速拓宽550550300300300110110300300110300主桥转体段跨径布置图1100300410041003004100410011003002.3本工法施工机具简单，便于操作，转体所用机具采用箱梁施工中的张拉机具就可以，无需投入专项机械；在箱梁施工中采用更为成熟、安全的满堂支架法进行施工，同以往的跨线桥的挂篮施工相比更为安全可靠。2.4本工法施工和挂篮施工相比较，由于挂篮施工阶段较小而且主要是高空作业危险性较大；而转体施工箱梁采用满堂支架施工分段可以增长，可以节省大量锚具，加快施工进度，施工简单容易控制。相对挂篮施工来说对桥梁所跨河道、公路、铁路的影响也较小。2.5本工法施工中涉及到高空作业项目减少，施工安全性更高。3适用范围本工法适用于所有跨铁路、公路、水路的跨线预应力钢筋混凝土连续梁桥施工，其中本工法的磨心、滑到、环道还适用于跨线的转体斜拉桥以及拱桥的施工。4工艺原理本工法工艺原理即在以往跨线桥梁施工基础上，在承台上增加一个转动中心球面铰—磨心和转体滑动轨道—滑道。将原横跨铁路、公路、水路的桥梁平行于原有道路施工，转体段施工完毕后用机械将转体段精确平行转动一定角度后将桥梁箱梁转体段合拢，这样在不对原有道路造成影响的前提下实现桥梁的横跨。5施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程见图5.1-15.2钻孔灌注桩施工本工程主桥采用群桩基础，每个主墩设计18根直径1.2m钻孔灌注桩，单根桩长65m。桥梁钻孔灌注桩同其他桥梁相同采用GPS－18型正循环钻机进行施工。施工中控制要点也同其他桥梁相同主要是桩径、桩长、钢筋骨架的长度和位置、桩混凝土强度。并在最后通过桩基超声波检测桩身完整性。本工程主桥全部桩基经检测全部为Ⅰ类桩。5.3下承台及磨心、滑道、环道施工桥梁转体的中心机构转体球面铰和环道以及滑道设计在下承台上施工时要和下承台一起浇筑，其结构图见图5.2-1主桥转体体系构造图。主桥桩基施工完毕并通过检测合格后进行下承台钢筋施工，由于磨心设计在下承台上所以磨心钢筋要个下承台钢筋一起进行安装。磨心钢筋大样图见图5.2-2主墩磨心一般构造图，在下承台钢筋绑扎完毕后在顶层钢筋网上预留施工人洞，这样人可以下到承台里面进行磨心钢筋的施工，磨心钢筋在承台内部空设置4层钢筋网片，钢筋网片采用绑扎完毕后用手拉葫芦吊机与承台骨架钢筋焊接固定。磨心中心合格合格图5.1-1转体桥梁施工工艺流程图钻孔灌注桩基础施工下承台、磨心、环道施工上磨盖施工磨心磨合上承台及墩身施工水磨法进行磨合安装永久支座、临时支座满堂支架现浇0#块箱梁养护混凝土张拉及压浆循环施工1#～6#块边跨合拢段8′#块施工箱梁转体施工锁定主跨劲性骨架转体后梁端高差符合要求进行边跨合拢段施工拆除主墩临时锚固吊架进行中跨合拢段施工完成连续梁体系转换膨胀混凝土封闭上下承台间隙设计为直径20cm高度70cm钢柱，钢柱表面镀铬与磨盖中的钢套筒相结合形成转体的中心转动轴。磨心在承台内部钢筋网片安装完毕后进行磨心钢柱的安装，在下承台顶面于钢筋焊接一块40cm×40cm×2cm钢板，在钢板精确放出主墩中心，按照主墩中心进行钢柱的安装。钢柱的安装偏差顺桥梁和垂直于桥向都要小于5mm。钢柱安装完毕后进行下承台上侧磨心钢筋的安装，磨心钢筋安装完毕后进行滑到和环道以及后座的钢筋的安装。在磨心、滑道、环道钢筋安装过程中要注意以下几点：（1、磨心、环道、滑道钢筋要严格按照图纸进行施工，钢筋安装过程中要严格按照图纸进行施工，滑道、环道钢筋于下承台钢筋存在冲突的位置适当调节间距，钢筋绝对不可以切断。（2、磨心钢筋安装过程中要严格控制钢筋的间距，并且保证每层钢筋之间的钢筋网孔要对应，这样才能保证混凝土浇筑过程中振捣棒可以下放到磨心内部进行振捣，这样才能保证磨心混凝土密实。（3、在绑扎磨心顶层钢筋时要带磨进行安装，严格控制磨心保护层厚度，保护层厚度偏差只能存在正偏差，这样防止在磨心磨合过程中造成钢筋外露。如果磨心钢筋外露就会造成磨心和磨盖无法磨合，最后造成转体驱动力加大，转体不稳，甚至可以造成箱梁转体段无法转动，转体失败。图5.2-1主桥转体体系构造图磨心模板根据磨心直径制作定型钢模，钢模安装固定在下承台顶面，磨心的球面通过按照设计的球型直径定做的母线器来形成。母线器一侧焊接到与磨心钢柱配套的钢套筒上另一端搭到磨心钢模上，在磨心混凝土浇筑完毕后用母线板以磨心钢柱为中心反复转动来形成磨心的球面。在安装磨心钢模过程中要严格控制模板顶面高程。模板安装完毕后在磨心钢模上按照直线距离20cm在钢模上作点要求每两点间的高差要控制在2mm以内，而且每点到磨心钢柱的距离即磨心直径误差要控制到±5mm。这样在通过母线板形成磨心球面时才能保证磨下转盘下转盘（转动后）上转盘滑道下转盘滑道磨心灌注桩下承台上承台磨心墩身心圆度和平整度。图5.2-2主桥转体体系构造图5.4磨心初磨由于本工程施工磨心正是冬季，磨心混凝土浇筑完毕后对磨心采用搭棚蒸汽养护确保磨心混凝土强度。待到磨心混凝土强度达到设计80%时在拆除磨心模板并在磨心上以钢柱为中心按照10cm等间距画同心圆并在同心圆上按照10°圆心角将同心圆等分并用水准仪精确测量每两点间的高差并记录。用角磨机对每个点附近混凝土进行打磨，直到每两点间的高差控制在±1mm以内，具体见图5.4-1磨心磨合大样图。因为测量精度一般水准尺无法达到，在施工中我单位自己用水平尺和钢筋制作了精确水准尺，具体样式见图5.4-1精确水准尺大样图。图5.4-1磨心磨合大样图图5.4-2精确水准尺大样图5.5磨盖施工磨心磨合完毕后进行磨盖施工，磨盖为上承台与磨心的接触部分，为了方便磨合减小起吊重量，上承台分两次浇筑，先浇筑磨盖部分，磨盖具体尺寸为3.5m×3.5m×1.0m，其重量为32t。磨盖以磨心为底模进行浇筑，磨心外底模采用砖砌中间填砂，顶层采用砂浆抹面隔离层采用SBS防水层。磨心的隔离层采用石蜡要求石蜡的厚度不能小于5mm。之后在磨心上进行磨盖钢筋的安装，安装钢筋过程中要严格控制磨盖下保护层厚度，保护层厚度只能出现正误差。在安装磨盖钢筋的同时要注意其中上承台钢筋的安装。上承台预埋钢套筒与钢柱之间用黄油涂满，接缝处封闭防止水泥浆进入空隙。本桥磨合采用水磨法进行施工，在钢套筒顶连接直径20mm钢管以便以后磨合时注水，钢管伸出磨盖顶部30～50cm。磨盖施工完毕并达到设计强度的90%后用千斤顶将磨盖和磨心分离，并在下承台上搭设贝雷梁架将磨盖吊起，人工清除磨心顶部杂物，清洗干净后放下磨盖进行磨合。5.6磨心和磨盖的磨合桥梁转体过程中整个箱梁T构的重量全部有磨心来承担，本桥磨心为C50混凝土，其轴心抗压设计强度为：27MPa，假想磨心和磨盖完全结合则磨心混凝土承受平均压应力为：MPaAN13.9（5.6-1）N：箱梁转体过程中上部T构总重（本桥为6600t）；A：磨心表面积为7.23m2；有关资料表明，由于材料的塑性及徐变影响，磨心应力只有在加载的初期分布不均匀，一周后趋于平均应力。磨心和磨盖虽磨合但是不能完全结合，实际施工中接触面一般控制达到70％为度（此时轴心平均应力为13.04MPa＜27.0MPa）磨心和磨盖的磨合方法鉴于以前的转体桥梁经验，采用水磨法。即在磨盖周围砌筑水池，使水面高于磨合面，这样水可以浸入磨合面起到润滑和降温的作用，再磨合过程中要不断从磨盖顶注水，这样磨合产生的磨渣可以通过水流带出。磨盖磨合转动的动力采用两台卷扬机提供力偶矩，驱使磨盖转动。采用水磨法大大节省磨合时间，并且磨合效果也明显较好。磨心和磨盖磨合完毕，验收合格后在磨心涂上1cm厚的黄油，然后将磨盖放下，继续进行上承台施工。磨合工作完成的判断方法：⑴磨合面手感光滑；⑵磨心磨合面积大于磨心面积的70％；⑶标高测量：在磨盖四角设点测量各点高程，在磨盖分别转动45°、90°、135°、180°、后分别测量各点高程，要求同一点的相对高差小于5mm；5.7滑道施工由于箱梁T构的前后左右重量相对磨心很难保证平衡，箱梁转体稳定由滑道来控制，滑道下层为宽度50cm，下部设置厚度1cm的A3钢板和5mm厚的F4钢板，A3钢板和F4钢板通过加载加工黏合后用环氧砂浆与下承台结合。上部为厚度1cm的A3钢板和厚度5mm的不锈钢板和组成，在浇筑上承台时预埋道上承台支腿下侧具体形式见图5.7-1主桥滑道一般构造图。在以往转体桥梁中大多数在桥梁转体过程中滑道F4钢板全部被挤压变形，为了防止此类问题的再次发生，我部经过技术研究经过设计同意A3钢板和钢板钢板和F4钢板在厂家加工黏结，现场组合拼装。安装时由于环氧砂浆硬化时间过快，安装过程中不易控制滑道标高，所以我单位联系设计通过A3钢板和F4钢板用膨胀螺栓与下承台固定，在A3钢板下铺设高强砂浆找平，这样既能很好的固定A3钢板又能在安装过程中很好的控制滑道标高。安装时在下承台上切深2cm的槽用水冲干净，在槽中坐砂浆调平，用膨胀螺栓将钢板固定在下承台上，严格控制F4板的顶面高程，每块板测4个点每两个点的相对高差不能超过1mm，一块调整符合要求后才能继续安装下一块钢板，每两块板的接缝处，接缝两边相对高差控制在0.5mm内，在桥梁的转体方向上只能存在负误差。上承台设置支腿为滑道的顶面，滑道顶面为宽度40cm、厚度1cm的A3钢板和厚度3mm的不锈钢板，A3钢板和不锈钢板采用焊接的形式连接，在焊接过程中采取降温措施来防止不锈钢板的变形。滑道的顶面和地面之间有3mm的空隙，滑道底层F4板铺砌完毕后在面上涂5mm的黄油来保证空隙。虽然滑道两个面并不紧贴，但是转动过程中，滑道与磨心组成了一个滑动面，滑动的平整度将直接影响梁体的标高变化。5.8环道施工环道是桥梁转体过程中千斤顶的反力支座系统，环道与下承台一次浇筑成型。环道的重点是控制后支座以及欲留孔的位置，保证桥梁转体过程中千斤顶的顶推方向与支座垂直。图5.7-1主桥滑道一般构造图5.9上承台、、墩身以及墩顶临时锚固施工磨盖磨合完毕后进行上承台施工，因为桥梁合拢段前上承台和下承台只有磨心位置是接触的。上下承台间存在25cm的空隙，空隙必须在转体合拢后用膨胀混凝土封闭，在