某大道跨陇海铁路转体桥施工技术探讨

张选锋

(广东铁路建设监理有限公司，广东 广州 511400)

1 工程概况

某大道跨陇海铁路立交桥工程中心里程DK3+某×m，其所对应陇海铁路下行线里程为K××+某×m，其与铁路交角80°，转体桥基础采用φ1.5 m的钻孔桩基础。承台为上下两层，上层厚2.5 m，总厚6.0 m；主墩为矩形实体墩，h=6.5 m～8.0 m；孔跨布置为2-56 m T形刚构、左右错孔布置，上部结构采用左右分幅箱梁，梁体截面为变截面预应力单箱四室混凝土箱梁，底面宽24.0 m，顶面宽31.0 m。转体吨位12 000 t，依次跨越陇海铁路、西宝公路、渭惠渠，离陇海铁路围网最近距离为2.4 m[1]。

2 施工方案概述

首先进行孔桩施工，钻孔桩完成后，破除桩头进行承台施工，水平转盘设置在上、下承台之间，下转盘预埋在下承台，上转盘安装在上承台下部；在施作两侧远端边墩的同时，于铁路平行方向搭设支架现浇主墩和2×44 m部分梁体，利用主墩下部球铰和环形滑道、千斤顶将主墩及转体部分梁体平面同步顺时针旋转到设计位置，采用φ300 mm的钢管桩临时支墩对转体两端支护，确保转体桥就位后合拢前的平衡稳定。浇筑边墩5 m以上部分，完成后在支架上现浇最后一个6 m节段与现浇段梁体，合拢形成全桥。施工工艺流程见图1。

3 承台施工

承台混凝土设计强度等级C40，方量1 070 m3,下承台尺寸为20.6 m×14.6 m×3.5 m，上承台厚2.5 m；球铰区混凝土设计强度等级C50，方量为90.5 m3。承台边线距离既有铁路防护栏约7.5 m，采用钢板桩支护的基坑方案以保证既有线施工安全。

3.1 基坑防护、开挖

清理整平场地后，插打拉森Ⅳ型钢板桩，插打顺序由靠近陇海铁路的一侧向外进行，整个插打过程应减少对陇海铁路的影响[2]。

基坑首次开挖0.8 m，为内撑的施工预留一定的作业空间，初次开挖到位后立即进行内支撑的安装工作，内撑系统分为围囹和双拼立面Ⅰ32工字钢内撑。底层围囹采用双拼Ⅰ40a工字钢，顶层围囹采用双拼Ⅰ32工字钢，倒角处采用双拼Ⅰ28a工字钢进行局部加强，采用千斤顶施加主动力，将支撑与围囹型钢顶紧。

基坑开挖采取分层分块开挖，分块施工混凝土垫层。在开挖到距离设计基底1 m时，采用分块开挖，分块施工垫层，垫层混凝土等强24 h后施工下一区域。

3.2 下承台施工

3.2.1 下转盘浇筑及安装循环水冷管

下转盘分三次浇筑完成,首次浇筑下转盘2.7 m高，如图2所示。

绑扎承台底、侧面钢筋，同时安装循环水冷管，首层混凝土浇筑时在其顶面预埋滑道、下球铰框架等预埋件；滑道及下球铰预留区域模板采用5 mm厚钢板卷制，并按规范预留接槎钢筋。

3.2.2 安装滑道及下球铰

安装滑道框架与下球铰框架，框架顶面的相对高差要控制在不大于5 mm范围内。球铰要务必和框架中心重合，其偏差控制在不大于1 mm范围内；框架与埋件焊接牢固后，方可进入下道工序。

用千斤顶和框架调整螺栓配合将球铰精调就位后，临时固定。静置一段时间后，对球铰位置再次复核，确认无误后，对下球铰安装固定；球铰是转动系统的核心部位，精度要求高。

3.2.3 二次混凝土浇筑

安装预留槽两侧钢筋，进行二次混凝土浇筑，浇筑中要随时复核骨架位置，严格控制预留槽高度(见图3)。

3.2.4 安装滑道钢板

滑道板是由δ24钢板经加工镀铬抛光而成，工厂预制好后运至现场分节段拼装，安装在钢撑脚的下方，要确保撑脚在转体时能在滑道内滑移。环道角钢顶面相对高程高差小于5 mm，环道钢板由螺母调整校平，顶面局部平面度不大于0.5 mm。

3.2.5 浇筑预留槽混凝土

待环形滑道钢板、下球铰安装完成后，利用具有良好流动性C50补充收缩混凝土浇筑下球铰，浇筑完毕后封堵振捣孔。混凝土灌筑完毕及时清理下球铰处污染物并封闭保护,等混凝土强度达到其设计强度50%后安装上球铰，与此同时浇筑完成牵引反力座、千斤顶反力座。

3.3 上承台施工

3.3.1 安装上球铰

将黄油四氟粉注入中心销轴套管，将中心销轴放到套管中，调整其垂直度与周边间隙；由内向外在下球铰凹球面上按顺序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。清理上下球铰球面，将上球铰吊装套进中心销轴内。球铰安装完毕后对上下球铰之间包裹紧密。

3.3.2 安装撑脚、砂筒及浇筑上承台

撑脚内部填充微膨胀混凝土，在上转盘安装12组；安装时在下滑道与撑脚之间留下2 cm空隙，与上承台转盘部分一体浇筑；钢楔撑脚与环道之间空隙楔紧以确保转盘、球铰结构在上部施工时不滑移，转体前在滑道装铺δ5 mm不锈钢钢板和σ5 mm聚四氟乙烯板。

2.2.2 基质用量范围的筛选 将乳化剂与助乳化剂按不同质量比（1∶2、2∶3、1∶1、3∶2、2∶1）振荡混匀后，与油相按不同质量比（1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1）振荡混匀，滴入水相中。以乳化剂与助乳化剂、油相和水相分别为一条边，绘制伪三元相图，通过外观（是否澄清、透明）和体外乳化试验（加入水相中是否澄清、透明或是否微泛淡蓝色乳光），确定可形成的自微乳区界限，绘制穿心莲内酯自微乳区域，详见图1（图中，Km为乳化剂与助乳化剂质量比，A为自微乳区域）。

为了后期拆除钢撑脚与滑道间的钢楔块方便，在相邻2个永久撑脚之间安装1个临时砂筒,砂筒与撑脚同时安装；砂筒材质φ682 mm，δ16 mm无缝钢管，内填洁净干砂采用压力机预压持荷5 min。

3.3.3 牵引索的安装和保护

牵引索由φ15.24 mm 12根钢绞线组成，一头P锚预埋锚固在上转盘上，出口位置务必平顺光滑，不打死结；钢绞线按两排安装，钢绞线预留4 m以上工作长度，其中心保持与牵引座中心同心，高度齐平，各有专用索道，两不影响(见图4)。牵引索安装好后应加强保护。

上转盘为厚度0.5 m，直径10.5 m的圆形结构，绑扎钢筋，安装后牵引索，浇筑混凝土。

上承台尺寸11.5 m×11.5 m×2.0 m，转体中心和上承台中心重合，严格按照图纸设置钢筋、预埋件、预应力；上承台混凝土浇筑完成拆模后，为了避免在后续上部结构施工中，不平衡重量差引起的上下球铰的水平向错位，应立即在上下承台间应设置型钢锚固结构。

3.3.4 预应力施工

采取两端张拉，张拉力与伸长量双指标控制的工艺；梁体混凝土按已经批准方案养护不少于5 d，且达到设计强度的90%以上时方可批次张拉对应的节段预应力钢绞线束；张拉完成后要采用砂轮切割机对钢绞线多余的长度切割，并及时进行孔道压浆。

3.4 球铰加工

上球铰平面直径φ4 600 mm，球面半径R7 992 mm，t=40 mm；下球铰平面直径φ3 700 mm、球面半径R8 000 mm，t=40 mm；设计承载能力为12 000 t。球铰由具有资质、经验的厂家按设计尺寸制作；将聚四氟乙烯复合夹层滑板镶嵌填充在下球面板,并均匀涂抹黄油四氟粉润滑上下球面板。为确保球铰运输过程中的安全和不变形，上下球铰工厂制造验收完毕后要采用定型支架运输至现场，并按照相关规定严格对上下球铰现场验收(见图5)。

4 转体牵引、辅助系统及称重、配重、试转

4.1 牵引系统特点及组成

牵引力系统具备同步、牵引力平衡、并且在转体施工过程中平衡、匀速、无冲击、无颤动等特点；转体施工设备采用数控、自动、全液压、连续运动系统，其由牵引力设备设施、牵引索、反力架、锚固构件配套组成。

1)转体牵引的动力系统。

通过高压油管、线缆将主控台、液压泵站、连续牵引系统连接组成,且同时具备电动、手动控制的特点，实现多台千斤顶同步、不间断、匀速顶进牵引结构旋转到位[3]。

2)牵引索有2束，12根1 860 MPa钢绞线捻绕而成，安装在牵引索转盘。预埋的牵引索要做到逐根顺次沿着既定轨道排列缠绕后，穿过ZLD200型千斤顶。通过对钢绞线预紧、顶紧，使其每一根钢绞线持力相同；牵引索的另一端P锚预埋在上转盘混凝土体内，并且预留不小于4 m的工作长度。

钢筋混凝土牵引反力座其预埋钢筋深入下部承台内，与下转盘混凝土同时浇筑，浇筑时核查槽口位置、高度符合设计要求。

4.2 辅助系统

4.2.1 助推、微调系统

考虑到重量达12 000 t的转体在平转过程中通过球铰一点来支承受力，加之转体结构高达21 m，易失衡，故须设置微调系统借以实现横向、轴向微调。

4.2.2 防过转限位、防撞装置

箱梁转体到位后两个翼缘板之间间距仅有50 cm，故在箱梁端部侧向设防撞装置，采用厚橡胶板做防撞装置。

防过转限位装置由限位梁、助推反力座、厚橡胶板等组成；在转体即将到位前对钢撑脚进行限制并在反力座上设置限位梁和厚橡胶板。

4.2.3 外环辅助防倾保险钢构墩

为了预防转体过程中梁体发生倾斜，在下球铰承台顶面设置4处外环辅助防倾保险钢构墩，一旦发生倾斜用防倾千斤顶和导链纠偏后可继续转体(见图8)。

4.2.4 监测测量

在转体上布置若干监测点，通过对转体实施过程中进行监测，采集转体过程数据，通过计算分析，确保转体就位精度。

4.3 称重试验

为了确保桥梁转体的配重准确，达到平稳、安全转体的目的，转体前用千斤顶对转体部分的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩、摩阻系数等参数进行测试。

4.4 施力设备及测点布置

通过上转盘承台施加顶力，在距转体中心线525 cm处对称安装4台千斤顶，分别对转体梁进行顶放。在每台千斤顶上带有压力传感器,用以测试反力值；通过在上转盘底四周布置4个位移传感器来测定球铰的微小转动。

4.5 配重

配重目的是在转体过程确保球铰及靠后侧的2个撑脚形成可控的稳定体系，避免出现倾斜或垮塌。拆除支架后利用称重千斤顶测出桥梁配重参数，给予配重。

4.6 试转

通过对结构转体进行试运转，以此来检测各体系、牵引系统是否能够协调完成预设动作和整个系统的安全可靠性，同时取得各项初始数据，为正式实施转体提供技术参数。

5 转体、合拢

5.1 转体

转体开始平转位移后调整动力系数到预计的牵引力并使其在“自动”状态下运行。平转位移过程中要确保左右两幅梁体位移速度匀速一致。

周密核查实际平转速度与预设速度的差值，分析研判“自动”状态下的运行时间。在桥面中心轴线合拢前1.0 m，梁面监控员开始每隔10 cm给控制台通告一次监测数据；相距20 cm以内时，每隔1 cm报一次监测数据；转体到位时对梁体中轴线用全转仪贯通测量保证精准到位。

转体到达位置后，迅速进行转体结构调整工作；先调整纵向扭转就位后，利用防倾覆系统的支墩将纵向限位；再将横向扭转调整就位后，并限位；最后将轴线位置调整到位。

满足纵横向扭转限位后，轴线可调整，在防倾覆支墩顶和上承台底，安装2块四氟乙烯滑块，使转体依然可以转动。

精调到位后，立即进行临时锚固，临时锚固利用钢楔块将撑脚和滑道钢板塞紧，再用型钢对称焊接牢固。

临时锚固完成后，迅速清理上下承台间杂物，清理混凝土面，焊接连接钢筋，安装模板后浇筑封铰混凝土，完成转体结构整体锚固。混凝土拌制时掺入微量膨胀剂，以方便振捣和增强封固效果。

T构试转示意图见图9。

5.2 合拢段施工

上、下转盘间用混凝土封固后，进行两端边墩墩身5 m以上混凝土浇筑。

在边墩主桥侧安装加密φ300的钢管桩支架，在支架上浇筑最后一个6 m节段和后浇梁段，强度达到设计要求张拉节段预应力钢束。在转体梁端设精轧螺纹钢吊架，将合拢段转体端模板与转体箱梁底板翼缘板拉紧，腹板采用拉条以防止变形，完成后浇筑合拢段，张拉合拢段预应力钢束，及时进行孔道压浆。

6 结语

该平面转体桥作为西北地区第一座变截面双幅、同步、同向市政公路转体桥，桥梁部分全长112 m，单幅桥梁宽度达30.95 m，尤其是左幅梁宽为不等宽T构两端存在不平衡重约43 t。在施工过程中，克服了跨越公路、铁路，且紧邻营业线施工，施工技术难度大，临近营业线施工安全防护难度大，环保、水保、文明施工要求高等种种困难。历经487 d的攻坚克难，重达12 000 t、转体角度81°的跨陇海铁路立交转体桥(天窗点90 min)顺利于2014年11月18日16时20分成功转体。该桥的建成，成功的把城市重要功能区连接成为一个整体，成为了纵贯某区南北的城市中央大道。对推进城市基础设施总体规划实施、构建城市道路网、完善城市基本功能、实现城乡一体化建设的战略目标具有重要的意义。