铁路转体桥梁转体施工技术分析及监理控制要点

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  【摘 要】新建铁路桥施工为了避免干扰既有铁路日常的运行,梁体施工可先行沿既有铁路线线路平行方向实施梁体预制,预制完成后对粱体进行转体合龙,完成桥梁跨越施工。现以济南某特大桥跨越既有铁路施工为例,对转体结构施工过程关键技術展开介绍,并对监理控制要点进行阐述。
  【关键词】既有铁路;连续梁转体;施工控制
  1、工程概况
  新建某特大桥全长7.77km,在157#-160#墩处以64+120+64m转体连续梁形式上跨既有两线(一条客线,一条货线,线间距约为34m)铁路,158#、159#墩为连续梁主墩,桥墩为钻孔桩基础,墩身为圆端实体形桥墩,一级承台与二级承台间设置转体系统,主梁采用预应力混凝土现浇箱梁,梁体位于半径为9000m的曲线上,坡度为3‰,梁体全长249.5m,梁面宽度12.2m,梁底宽度7m,梁底纵向呈抛物线变化,截面梁高5.2m-9米,梁体在158#、159#墩两个T构上平行于既有线采用挂篮悬臂对称浇筑进行预制,预制完成后,两个T构同时转体就位,转体角度分别为78.7度、73.6度。梁体最后在既有两线间进行合龙完成跨越。
  2、施工工艺流程
  在主墩桩基、承台、球铰及墩身施工完毕后,沿既有铁路平行方向利用挂篮现浇施工梁体,完成桥梁主体的施工后,进行重力平衡试验,待试验结果满足要求后,应用千斤顶设备进行牵引,将桥梁转移至设计位置后施工合龙段,同时将转盘封固,平转施工完成,施工过程中,转体结构主要由以下部分构成:下转盘、转动牵引系统、球铰、上转盘,如图1所示。
  主要施工步骤如下:
  第一步:
  (1)施工主墩的桩基和承台,注意预埋下转盘球铰骨架等预埋件;
  (2)施工边墩的桩基、承台和墩身。
  第二步:
  (1)安装球铰,施工主墩上转盘;
  (2)上转盘与下转盘临时固结,施工主墩墩身。
  第三步:
  (1)沿平行既有铁路两侧施工连续梁梁体;
  (2)浇筑安装遮板、栏杆(含防抛网),防止桥面物体坠落;
  第四步:称重试验
  解除上下转盘的临时固结,对梁体进行称重平衡试验,测试转体部分的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩擦系数等参数,实现桥梁转体的配重要求。
  第五步:试转
  检查、测试泵站电源、液压系统及牵引系统的工作状态;测试启动、正常转动、停转重新启动及点动状态的牵引力、转速等施工控制数据,完成后用钢楔对转体结构进行临时固定。
  第六步:
  (1)解除上下转盘之间的临时固定,利用千斤顶反力支座启动转体结构;
  (2)两主墩同时进行转体,精确调整梁体两端高程和中线位置后,对转体结构进行焊接锁定。
  第七步:
  梁体就位后,封固上下转盘,采用帮条焊焊接上下转盘预留钢筋,焊接完成后支立模板,将上下转盘采用C50微膨胀混凝土进行封闭。
  第八步:
  (1)用支架法现浇边跨合龙段,待合龙段混凝土达到设计强度的95%,弹性模量达到设计值的100%且龄期不小于5天后,张拉本阶段预应力束;
  (2)拆除边跨支架,安装中跨合龙段处刚性连接构造,拆除墩顶临时固结,浇筑中跨合龙段,养生、张拉压浆;
  (3)进行桥面附属结构施工.
  3、转体结构施工技术要点
  (1)滑道支架现场拼装完成后,采用整体吊装,测量放出转体结构中心点,拉出十字线,标记出滑道支架标高完成支架安装。安装滑道钢板,全程测量高程数据,钢板整体相对高差不超过2mm。
  (2)球铰安装时,测量班全程观测球铰中心及标高,中心误差不超过2mm,平面标高控制在2mm内,相对高差不超过1mm。定位完成后可以先对锚栓孔进行灌浆,待凝固后,可拆除下部锚栓,然后对支座下部铺环氧树脂砂浆,及时恢复球铰支座,靠球铰自重压平砂浆。
  (3)转台及上承台施工时,建议预留几处预留孔,方便后期混凝土浇筑及压浆。
  (4)转体前需要对T构连续梁进行配重,转台处砂箱及撑脚处聚四氟乙烯板需要清理出来,同时把球铰及下承台清理干净,滑道部分需要进行打磨,确保不锈钢板干净无杂物及小颗粒。称重及配重完成后,在每个撑脚下打紧钢楔块。
  (5)正式转体前,需要对粱体进行一定角度的试转,试转的目的,检查、测试泵站电源、液压系统及牵引系统的工作状态;测试启动、正常转动、停转重新启动及点动状态的牵引力、转速等施工控制数据;以求在正式转体前发现、处理设备的问题和可能出现的不利情况,保证转体的顺利进行。
  (6)当转体结构在合适的位置上后,就需要对其固定。在对精准定位后的转体结构进行标高、平面位置的检测之后,就可以将钢楔块打入撑脚,必须打紧,辅助千斤顶泄压后,需要再一次测量粱体中心线位置及标高,确定在允许误差范围内,加焊钢楔块和不锈钢板,同时把四个位置的临时固结钢筋与上下承台钢筋焊接,防止转体结构发生位移。
  (7)转体后球铰封盘。等T形刚构转体达到设计位置后,先对底盘进行清洁,再把预留钢筋进行焊接、安装工作,为了让上转盘和下转盘形成一个整体结构,立模浇注封固混凝土,此处的混凝土用到的是无收缩型或微膨胀混凝土。
  4、监理控制要点
  4.1 组织和技术准备
  项目总监接到任务后,组建专业转体桥驻地组,组长为总监理工程师,副组长为副总监理工程师,驻地组监理工程师选择具有较高专业技术水平、实践经验丰富的监理工程师担任,驻地组工作由总监办管理。组织相应的监理人员学习相关的转体桥资料,并且进入到周边转体桥工地参观学习。在送审施工图时,组织专家进行论证和分析,明确设计标准,做好方案审批的工作。   4.2 球铰安装质量控制
  4.2.1 下球铰安装
  安装前先进行检查,主要对下转盘球铰表面椭圆度及结构检查是否满足设计加工要求,下球铰安装在定位钢骨架上。安装定位骨架骨架由工厂内焊接运到施工现场安装,安装采用吊车吊装,放在承台中心,然后利用预先放出的十字线控制其位置,采用水准仪进行高程控制,保证其相对高差不大于3mm;骨架高程调整好以后与承台预埋钢筋焊接牢固。安装下球铰用吊车将下球铰吊装落在定位骨架上,利用调整螺栓上下转动调整标高。安装精度要求:顺桥向±1mm,横桥向±1.5mm,球铰正面相对高差不大于1mm。精确定位及调整完成后,对下转盘球铰的中心、标高、平整度进行复查;中心位置利用全站仪检查,标高采用精度0.01mm的精密水平仪及钢钢尺多点复测,经检查合格后对其进行固定;竖向利用调整螺栓与横梁之间拧紧固定,横向采用在承台上预埋型钢利用型钢固定。浇注下球铰底混凝土:混凝土的浇注关键在于混凝土的密实度、浇注过程中下球铰应不受扰动、混凝土的收缩不至于对转盘产生影响。
  4.2.2 上球铰安装
  清理上下球铰球面,确保球铰表面干净整洁无杂质;安装转轴,在下球铰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;安装四氟滑片,在下球铰凹球面上按照顺序由内到外安装聚四氟乙烯滑片,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;安装上球铰,将上球铰吊装到位,套进中心销轴内。用倒链微调上球铰位置,使之水平并与下球铰外圈间隙一直;上下球铰周边防护,上下球铰之间用胶带缠绕包裹严密,确保杂质不进入到摩擦面内。
  4.2.3 上下球铰安装的精度控制要点
  (1)精确测量
  挑选性能和精度优良的全站仪使中心点的定位精度达到±2mm以内;普通水准仪的读数不能达到要求,购置了拓普康AT-G2型精密自动安平水准仪,每公里往返测中误差为0.4mm,读数可达到0.01 mm;组织有经验的测量工程师进行测量。根据技术人员的现场定位测量,安放在其准确的平面位置上,待其吊装就位以后,首先对其初平。采取“边测边调,先松后紧,对角抄平,步步紧跟”的原则和方法来操作,直至达到设计要求的安装精度。
  (2)下球铰底混凝土浇筑的质量控制
  下球铰底混凝土的密实度影响到到下球铰在受力后是否变形,以及转体的摩察力大小。当下球铰底混凝土存在空洞时,下球铰受力后会发生变形,从而增大转盘摩擦力,导致转体困难或者转体失败。因此控制好下球铰下混凝土的质量非常关键,在混凝土浇筑时从下球铰盘下中心向四周浇筑混凝土,盘四周的混凝土高于下球铰表面,利用盘底和盘四周混凝士的重力差,保证盘底混凝土的密实,同时利用下球铰表面的通气孔和振捣孔,振捣混凝土。当所有振捣孔和通气孔不再冒气泡而是全部冒砂漿时,确认下球铰底混凝土已经振捣密实。
  4.3 上转盘预应力质量控制
  上转盘为转体的关键性部分,内部存在纵、横、竖三个方面的预应力,有上转盘自身存在的,也有转体时所产生的,预应力材料包含钢绞线与精轧螺纹两种。因此,上转盘预应力施工质量要求较高。上转盘预应力施工环节,工作人员积极做好全程的跟踪和管理,做好旁站监督管控。从预应力设备、材料生产开始,到检验、存放于使用,再到现场的定位、绑扎与浇筑作业,都要做好全面的控制,加强验收与管理。各项需要试验的项目,施工人员和检验人员同时做好控制,确保经过100%监理。驻地监理组在上转盘施工环节,组织专人进行24小时值班,做好巡视与管理,随时了解动态信息,以旁站监督为基础,加强巡视与管理,随时了解施工的情况,促进工程总体质量的提升。
  4.4 箱梁支架质量控制
  箱梁转体前,需要和原有铁路部分保持平行预制,然后进行支架现浇作业。因为场地内部表层分布着较多的杂填土,支架在冬季完成,所以箱梁支架基础与支架搭设都是监理管控的核心环节。首先需要施工单位制定出切实可行的施工方案,做好支架基础结构处理与应力计算,冬季搭设支架采取专业措施控制。其次在施工环节做好支架基础施工管控,保证地表清理合格,并且使用级配碎石填充施工,到混凝土层都要处于合理的范围内。支架搭设与预压环节,进行支架组合方式、杆件间距、扣件松紧性方面的控制,避免在气温较低的情况下施工人员难以保证施工质量。
  4.5 转体过程质量控制
  4.5.1 转体称重
  桥梁的转体过程比较复杂、技术难度较大、精度要求高,称重桥梁转体施工的关键步骤。由于球铰体系的制作安装误差和梁体质量分布差异以及预应力张拉的程度差异,可能导致桥墩两侧悬臂梁段质量分布不同以及刚度不同,从而产生不平衡力矩。为了保证桥梁转体的顺利进行,为大桥转体阶段的指挥和决策提供依据,有必要在转体前进行转动体称重试验,测试转动体部分的不平衡力矩、摩阻力矩、偏心距及摩擦系数。并据此进行平衡配重。在上转盘下用千斤顶施加力,分别用位移计测出球铰由静摩擦状态到动摩擦状态的临界值,上转盘两侧的力差即为不平衡重量。称重测试中所用设备及性能:千斤顶四台,用于施加顶力;应变式位移传感器:用于测试球铰微小转动产生的撑脚竖向位移;主要技术指标:量程±5mm,精度1/1000,线性度大于0.2%.通过称重,确定出转体桥的不平衡重,进行配重。
  4.5.2 试转
  正式转动之前,进行试转,试转时应做好两项重要数据的测试工作:
  (1)每分钟转速,即每分钟转动主桥的角度及悬臂端所转动的水平弦线距离,应将转体速度控制在设计要求内。
  (2)控制采取点方式操作,测量组应测量每点动一次悬臂端所转动水平弦线距离的数据,以供转体初步到位后进行精确定位提供操作依据。
  试转过程中,应检查转体结构是否平街稳定,有无故障,关键受力部位是否产生裂纹。如有异常情况,则应停止试转,查明原因并采取相应措施整改后方可继续试转。
  4.5.3 正式转体
  转体前检查穿钢绞线时注意不能交叉、打搅和扭转,所用的钢绞线尽量左、右旋均布,千斤项的安装应注意和钢绞线的方向一致,在转盘上布置刻度并编号,在转盘钢绞线上做好标记;转体过程中观察同一转盘的两根牵引索通过千斤顶是否等速,转体就位后采用2台全站仪观测中线时刻注意观察桥面转体情况,左右幅梁端每转过1m,向指挥长汇报一次,在距终点30cm以内,每转过2cm向指挥长汇报一次,结束千斤项连续工作状态采取“点动”方式就位。转体就位后中线控制在设计要求范围内。转体梁施工的关键在于转盘安装的精度和转体过程中的监控,保证了转体梁的顺利转体。
  5、结语
  综上所述,转体施工具有多方面的优点,尤其是对跨既有线路的新建铁路或者新建公路等,而且该施工技术会随着我国铁路建设的发展得到更为广泛的运用,为现场施工带来更多的便利。本工程在施工之前,业主、监理、施工单位进行了桥墩施工的方案论证及技术交底;在施工过程中,严格把关、精细施工;本次转体施工经验可为后续同类工程施工提供一定的参考借鉴。
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