桥梁转体球铰施工方法.docx
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桥梁转体球铰施工方法
2.5.5.6.桥梁转体球铰施工方法及工艺
2.5.5.6.1.工程概况
跨地方XX铁路特大桥右线桥在47、48号桥墩跨越呼和南绕线以及甲兰营联络线，其上部结构采用（48+80+48）m单线预应力混凝土连续梁。
由于桥墩距离该线路较近，为保证既有地方XX铁路运营安全，减少施工过程中对既有线运营干扰，主桥采用平面转体结构施工，转体结构由下转盘、球铰、上转盘、转体牵引系统组成。
转体前在连续梁两主墩处平行于既有地方XX铁路挂篮浇筑悬灌段施工，并在承台与墩身结合处设置转体系统，待连续梁施工至合拢段状态后，结合既有铁路运营、施工天气等因素，择机实施转体施工，将连续梁梁体小里程侧转角29度，大里程侧转角34度，转体到位后再进行合拢段施工。
转体球铰施工界限关系见图2.5.5-23。
图2.5.5-23转体球铰施工界限关系图
2.5.5.6.2.转体施工顺序
转体施工顺序见表2.5.5-3。
2.5.5.6.3.施工方法
钻孔桩、承台、墩身、连续梁施工见前节，本施工方法不在详述。
表2.5.5-3转体施工顺序表
序号
施工顺序示意图
说明
1
第一步：
1、改移或改造与连续梁桥墩基础和支架相干扰的光缆、电缆等管线。
2、施工铁路路基防护桩。
3、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。
4、施工边墩的桩基承台和不等跨顶帽外墩身。
2
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，施工主墩身。
3
第三步：
1、施工0号块，桥墩和主梁临时固结。
2、顺铁路两侧悬臂施工连续梁梁体。
3、浇注边跨满堂支架现浇段，搭设支架时注意避免支架与梁部转体产生干扰。
3、浇筑竖墙、防护墙、安装角钢栏杆。
4
第四步：
1、拆除挂篮。
2、解除上下转盘之间的临时固结，利用千斤顶反力支座启动转体结构。
3、两主墩同时转体施工，速度不大于0.01rad/min,小里程侧转角29度，大里程侧转角34度。
5
第五步：
1、梁体就位后，封固上下转盘。
6
第六步：
1、安装边跨合拢段临时刚性连接构造，在支架上现浇边跨合拢段，养生。
2拆除边跨支架及边跨合拢段临时刚性连接构造。
3、拆除墩顶临时固结，并临时约束48号墩支座纵向位移。
4、安装中跨合拢段处刚性连接构造，先合拢中跨钢壳，再现浇中跨合拢段混凝土，养生。
5、拆除中支点支墩。
6、进行桥面铺设等工作。
本施工采用墩底转体方案，转体球铰设于承台与连续梁桥墩之间，钢绞球设在承台中心位置。
球铰下转盘锚固于承台顶面，上转盘锚固于墩身底面。
球铰上下盘可以绕中心钢轴相对转动，并通过设置四氟滑片、加硅脂等措施降低转动摩阻力。
转体施工通过两台以球铰为中心、对称布置的连续千斤顶产生的力偶克服球铰摩阻力产生的力偶，从而实现墩身和箱梁形成的整体相对于承台、桩基匀速转动至设计位置。
箱梁浇筑前按设计位置预埋Ф32精轧螺纹钢临时固结上下转盘，另外采用上下楔形钢板稳固撑脚并焊接，使撑脚与承台临时固结，以增加梁体施工的横向抗颠覆性。
从而避免箱梁浇筑过程中承台与墩身之间的相对变位。
平行于既有线路，采用挂篮悬灌现浇的方式分次对称浇筑完成连续梁。
连续梁达到最大悬臂状态后，准备进行转体施工。
转体前锯开上下转盘间的Ф32精轧螺纹钢，同时拆除撑脚底的楔形钢板，然后进行转体施工。
⑺箱梁转体到设计位置后，再次采用上下楔形钢板稳固撑脚将其锁定，保证转体单元不再发生位移。
清洗底盘表面，焊接预留钢筋并浇筑C50微膨胀混土，使上下转盘连成一体。
在浇筑合拢段，解除墩梁临时固结，实现桥梁贯通。
2.5.5.6.4.施工工艺
转体球铰施工工艺见图2.5.5-24转体施工工艺流程图。
图2.5.5-24转体球铰施工工艺流程图
⑴转体施工准备
①上下转盘之间临时支垫的清理，有可能影响转体的障碍物清理。
滑道范围内杂物：
抽出撑脚下方的垫板，施工前将槽口内的杂物清除并清洗干净，确保滑道的平整。
②边跨支架：
转体前将边跨现浇支架上干千扰连续梁转体的构件及时清理。
③承台周边区域的坡体：
为满足连续千斤顶有充足的操作空间，对影响牵引施工的承台周边坡体有针对性地开挖，保证反力座后至少有3m的操作距离。
④悬臂端钢筋及埋件：
中跨悬臂端钢筋伸出量必须控制在30cm以内，超出部分弯折处理，埋件有干扰时可局部割除。
边跨悬臂端钢筋伸出量根据边跨支架构件悬出尺寸确定，干扰时弯折。
⑤上下转盘之间预留钢筋弯折：
为方便牵引过程中钢束不被干扰，人员便于检查、测量，以及保证人员的安全，上下转盘之间预留钢筋必须要做弯折处理。
⑵转体结构
转体结构由下转盘、球铰、上转盘、转体牵引系统组成。
见图2.5.5-25转体结构系统示意图。
图2.5.5-25转体结构系统示意图
①下转盘
下转盘为支撑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。
下转盘采用C50混凝土。
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。
首先浇筑下转盘混凝土，浇筑顶高程为下球铰定位骨架底高程。
绑扎承台底和侧面四周钢筋，埋设冷却管，进行第一层混凝土浇筑，并在混凝土顶面预埋滑道和下球铰骨架安装定位埋件。
球铰为钢球铰，分上下两片。
待下层混凝土强度达到25％后，利用预埋件安装下滑道骨架和下球铰骨架。
复查无误后，绑扎预留槽两侧钢筋，安装预留槽模板，浇筑第二次混凝土。
②球铰制造与安装
上转盘球铰直径φ4200mm，下转盘球铰直径φ3000mm，厚度均为40mm。
球铰是平均法施工的转体系统，而转动体系的核心是转动球铰，它是转体施工的关键结构，制作及安装精度要求很高，必须精心制作，精心安装。
其制造精度控制如下：
A、球面光洁度不小于；
B、球面各处的曲率应相等，其曲率半径只差±0.5mm；
C、边缘各点的高程差≯1mm；
D、各镶嵌四氟板顶面应位于同一球面上，其误差≯0.2mm；
E、椭圆度≯1.5mm
F、球铰上、下锅形心轴、球铰转动轴中心轴务必重合。
钢球铰面在工厂制造加工，在下球铰面上按设计位置铣转四氟板镶嵌孔，同时在下球铰面上设置适量的混凝土振动捣孔，以方便球铰面下混凝土的施工。
施工中要精确安装下球铰精密对位后进行锁定。
在混凝土灌注前将球铰中心轴的预埋套筒精确定位并固定，以便中心轴的转动。
下球铰混凝土灌注完成，将转动中心轴φ270mm定位钢销轴放入下转盘预埋套筒中。
然后进行下球铰聚四氟乙烯滑动片和上球铰的安装。
聚四氟乙烯滑动片安装前，先将下球铰顶面清洗干净，球铰表面及安装滑动片的孔内不得有任何杂物，并将球面吹干。
根据聚四氟乙烯片的编号将球铰滑动片安装在相应的镶嵌孔内。
滑动片安装完成后，各滑动片顶面应位于同一球面上，其误差≯0.2mm。
检查合格后，在球面上滑动片间涂抹黄油聚四氟乙烯粉，使黄油聚四氟乙烯粉均匀充满滑动片之间的空间，并略高于滑动片顶面，保证滑动片顶面有一层黄油聚四氟乙烯粉。
涂抹完黄油聚四氟乙烯粉后，严禁杂物掉入球铰，并尽快安装上球铰。
上球铰精确定位并临时锁定限位，下球铰吻合面外周围用胶带缠绕密封，严禁泥沙和杂物进入球铰摩擦部。
其下转盘结构见图2.5.5-26。
③球铰安装要点：
A、保持球铰面不变形，保证球铰面光洁及椭圆度。
B、球铰范围内混凝土振捣务必密实。
C、防止混凝土浆及其他杂物进入球铰摩擦部。
④球铰安装精度质量控制如下：
A、球铰安装顶口务水平，其顶面任意两点误差≯1mm。
B、球铰转动中心务必位于设计位置，其误差：
顺桥向±1,mm；横桥向±1.5mm。
⑶转体上转盘撑脚与滑道
上转盘撑脚即为转体时支撑结构转体结构平稳的保险腿，从转体时保险腿的受力情况考虑，转台对称的两个保险腿之间的中心线重合，使6个保险腿对称分布于纵横轴线的两侧。
在撑脚的下方（即下盘顶面）保障撑脚可在滑道内滑动，以保持转体结构平稳。
设有1.1m宽的滑道，滑道中心线半径3.3m，转体时要求整个滑道面在一个水平面上，其相对高差不大于2mm。
图2.5.5-26下转盘结构示意图
每个上转盘下设有6组撑脚，每组撑脚为双圆柱形，下设30mm厚钢板。
双圆柱为两个Φ800mm×Φ24mm的钢管，撑脚钢管内灌注C50无收缩混凝土。
撑脚在工厂整体制造后运进工地，在下转盘混凝土灌注完成上球铰安装就位时即安装撑脚，并在撑脚走板下支垫20mm钢、四氟组合板（16mm钢板+表层4mm四氟板）（作为转体结构与滑道的间隙）。
转体前抽掉垫板并在滑道面内铺装3mm不锈钢板。
⑷转体上转盘
上转盘是转体的重要结构，在整个转体过程中形成多向、立体的受力状态，上盘布有纵、横、竖三向预应力钢筋。
上转盘为八边形，高2.0m；转台直径Φ7.6m，高度为0.8m。
转台是球铰、撑脚与上转盘相连接的部分，又是转体牵引力直接施加的部分。
转体内预埋转体牵引索，牵引索的预埋端采用P型锚具，同一对索的锚固端在同一直线上并对称与圆心，注意每根索的预埋高度和牵引方向应一致。
每根索埋入转盘长度大于3.0m，每根索的出口点对称于转盘中心。
牵引索外露部分圆顺地缠绕在转盘周围，互不干扰地搁置于预埋钢筋上，并做好保护措施，防止施工过程中钢绞线损坏或生锈。
上转盘采用C50混凝土，待上盘混凝土达到设计强度后，进行整个转体系统支撑体系转换。
抽去垫板使转台支承于球铰上。
施加转动力矩，使转台沿球铰中心轴转动。
检查球铰运转是否正常，测定其摩擦系数，为转体施工提供依据。
其上转盘结构见图2.5.5-27。
图2.5.5-27上转盘结构示意图
摩擦系数按下式测算：
U=M/1.13G
U-摩擦系数
M-转体力矩（tm）
G-转台总重量（t）
设计静摩擦系数为0.1，动摩擦系数为0.06，若实测实际摩擦系数较设计出入较大，应分析找出原因，并作出相应处理。
⑸转体上转盘预应力施工
上转盘纵向预应力筋采用10根15-7Φ5高强度低松弛预应力钢铰线，横向采用15根15-7Φ5高强度低松弛预应力钢绞线，标准强度为R=1860Mpa，弹性模量E=1.95×10Mpa。
采用单端交错张拉，张拉端采用M15-15锚具，锚具应满足《铁路工程预应力筋用夹片式锚具，夹具和连接器技术条件》（TB/T3193-2008）规定的I类锚具的要求。
横向张拉控制应力1302Mpa，纵向张拉控制应力1302Mpa.张拉顺序为对称、交错张拉，不可一次性张拉所有应力。
预应力道均用波纹管制孔，波纹管用钢筋定位，张拉后应及时压降封锚。
竖向预应力筋采用Φ32冷拉Ⅳ级精轧螺纹钢筋，轧丝锚。
采用无粘结套管体系，在上盘顶面单端张拉，张拉控制力590Mpa，锚固端埋在上盘底混凝土里，锚板距底模板8cm。
⑹钢材
转体系统结构用钢其质量必须符合现行国家标准《碳素结构钢》（GB/T700）的有关规定。
⑺转体结构牵引力计算
转体总重量W=40000KN
其摩擦力计算公式为F=W×u
启动时静摩擦系数按u=0.1，静摩擦力F=W×u=4000kN；
转动过程中动摩擦系数u=0.06；
转动过程中动摩擦力F=W×u=2400KN。
转动拽拉力计算：
T=2/3×（T·W·u）/D
R-球铰平面半径，R=1.50m；
W-转体总重量，W=40000KN；
D-转台直径，D=7.6m；
U-球铰摩擦系数，u静=0.1，u动=0.06；
计算结果：
启动时所需要最大牵引力T=2/3×（R·W·u静）/D=526.3KN
转动时所需要最大牵引力T=2/3×（R·W·u动）/D=315.8KN
注：
以上启动时所需要最大牵引力和转动时所需最大牵引力按单组撑脚与球铰共同受力时的工况考虑，且须两端同步牵引。
⑻转体施工
①试转
试转的目的主要是检测理论牵引力的准确性；测定摩擦系数和最大启动力；将密封几个月的球铰初步转动，消除部分静摩阻；检验牵引及助推系统，为正式转体提供保障；检验转体整体平衡情况。
A、试转步骤
准备一设备安装就位设备空载试运行一安装牵引索一拆除上、下盘之间的固定装置以及支垫，清理环道，并涂润滑油以减小摩阻力一全面检查转体结构各关键受力部位是否有裂纹及异常情况一转体试运行。
B、试转时要做如下重要数据的测试工作
每分钟转速；量测每点动一次悬臂端所转动水平弧线距离的数据，以供转体初步到位后，为进行精确定位提供操作依据。
C、牵引系统应注意的几个问题
联动试验，因电气与液压配合比较复杂，经多次联动试验以保证可靠性；牵引索中的每根钢绞线受力宜均匀，以免受力不均出现断丝从而各个击破；牵引速度与设计基本相符，避免太快造成转体到位时制动困难。
②正式转体
A、转体前准备
在下承台上画出上承台转体终点线，并作明显标志。
同时，在中跨梁顶端部距离桥轴线100cm处沿转体方向的位置作好标记，当该点和桥轴线标记点重合时，即标志转体将要完成，要控制转体速度。
在上转盘外圆画出刻度，刻度值采用试转中测定的每分钟转速值，以便在转体过程中，观察2个转体是否同步。
在转体悬臂端安装速度传感器，随时反应2个转体的速度是否相同。
根据试转体的数据对牵引系统的额定油压进行设置，控制多台连续顶的油表读数与设置相符。
B、正式转体
试转结束，各项数据采集完成并能指导正式转体，并对试转过程中出现的异常情况全部处理完毕后，进行正式转体。
准备工作全部就绪，气象条件符合要求，各岗位人员到位，先让辅助千斤顶达到预定吨位，转体人员接到正式实施转体命令后，启动动力系统设备，并使其在“自动”状态下运行。
每座转体使用的两对称千斤顶的作用力始终保持大小相等、方向相反，以保证上转盘仅承受与摩擦力矩相平衡的动力偶，无倾覆力矩产生。
转体结构到达设定位置时，系统“暂停”。
为防止结构超转，先借助惯性运行结束后，动力系统改由“手动”状态点动操作，每点动操作一次，测量人员测报轴线走行现状数据一次，反复循环，直至结构轴线精确就位，转体过程结束。
③封铰
转体结构精确就位后，测量平面及高程，复核均满足要求后，采用钢楔块进行抄垫固定，并用电焊将钢楔块与滑道钢板，连同上盘预埋钢板进行全面焊接联结，使转体系统临时固结。
系统临时锁定后，迅速进行预埋钢筋及预埋件的焊接，进行封铰混凝土浇筑施工，以最短的时间完成转盘结构固结。
⑼合拢
待封铰混凝土强度达到设计要求后开始合拢段施工。
合拢段施工采用先边跨后中跨施工顺序，边跨合拢段及中跨合拢段长度按设计长度进行，采用吊架现浇法施工。
2.5.5.6.5.结构纠偏与精度控制
转体施工精度的控制主要包括箱梁的纵轴线及标高、横坡，分三个施工阶段予以控制。
⑴连续梁支架现浇阶段
该阶段按设计标高并考虑支架沉降、设计提供的预拱度设置支架标高，并严格控制梁顶标高。
纵横轴线则参照墩身轴线严格放样控制。
⑵连续梁转体精度初控
该阶段重点控制纵轴线，转体前在下转盘上标识出上转盘转体到位后的理论纵横轴线，转体前箱梁纵轴线即上承台纵轴线位置悬吊5kg垂球。
转体过程中
通过垂球和承台上的油漆标识之间的距离初步控制转体精度，当垂球距离油漆标识3mm时，关闭牵引千斤顶油泵阀门。
⑶精确调整阶段
连续梁停止转动并稳定后，进行精确调整：
先利用YCDl00t螺旋式千斤顶手动打顶进行纵轴线调整；其次在上下转盘之间横轴线设YDC250t型千斤顶1台，采用低侧顶起的方法对横断面标高进行调整；同法再进行纵向标高调整；最后再次校核纵轴线。
各精度指标满足规范要求后，迅速利用限位型钢固定平面位置，在滑道与撑脚之间加设钢楔子保持调整后的标高。
2.5.5.6.6.转体施工措施
⑴选择平面转体法施工拱桥可以减少对所跨线路的影响。
⑵转盘部分是转体桥的关键部位，转轴的定位精度直接影响上部结构位置的准确性，下转盘表面的平整度是影响转动过程中摩擦力大小的关键因素，下盘底混凝土的密实与否，决定着转动系统能否正常转动。
⑶试转是为正式转体作准备，所以应及时调整试转中出现的问题，保证正式转体的正常进行。
⑷转体过程中应严格控制转体速度及转体结构的变形，并选择合适的合龙时间。
⑸设备运行过程中，各岗位人员的注意力必须高度集中，时刻注意监控动力系统设备的运行情况及转体各部位的运行情况。
如果出现异常情况，必须立即停机处理，待彻底排除隐患后，方可重新启动设备继续运行。
2.5.5.6.7.施工注意事项
⑴施工前，施工单位应对线路平纵断面、桩基坐标、系统高程、立交净高等基础数据进行全面复核。
如有问题，应尽快与设计单位联系。
⑵转体过程中应随时观测作业现场的风压，若风压超过当地基本风压荷载标准，施工单位应采取措施，确保梁体稳定。
⑶梁体悬臂浇筑施工时，应保持对称浇筑，确保梁体稳定及固结墩底不平衡弯矩最小。
⑷严格控制启动和制动，必须利用千斤顶反力座启动，发现有偏转应及时纠偏，启动牵引应注意缓慢加载，并实时观测转体结构状态，确保启动结构安全。
⑸上转盘施工时，注意预埋墩身钢筋。
⑹梁体施工时，必须采取有效措施使上转盘与下转盘之间满足固结条件，以保证梁体施工的稳定安全。
⑺桥梁正式转体前，应进行试转，试转严格控制在铁路限界边以外。
试转前，需进行称重平衡试验，测试转体部分的不平衡力矩、偏心距、摩阻距及摩擦系数等参数，实现桥梁转体的配重要求。
⑻转体施工应优先选用有类似施工经验的队伍进行施工，否则必须进行相关培训转体过程中必须进行转体关键部位（含梁、墩和转体结构等）的应力、应变监测。
确保转体就位后，成桥线型满足设计要求。
⑼施工时需采取一定措施，确保转体阶段梁部与桥墩的临时固结。
⑽施工时应注意对既有线的防护，按铁路有关规定做好防电棚和防落物棚等防护措施，确保施工过程不影响既有线的运营安全。
⑾转体时，结构上外露钢构件应做临时接地处理，转体时桥下铁路宜做断电处理。
⑿转体时，转动角速度应控制在0.01rad/min以内。
⒀转体施工前，施工单位应编制详细的施工组织方案并报请路局审定后方可实施，确保施工安全。
⒁施工时，转体系统应根据转动位置设置超限限位装置。
⒂转体前应拆除挂篮及桥上临时设施。
⒃为提高结构的耐久性，封锚前对锚具进行防水处理，并设置封端钢筋网。
利用锚垫板上安装螺孔，拧入带弯钩螺栓，封端钢筋应与之绑扎形成钢筋骨架。
封端混凝土浇筑后，在混凝土表面涂刷聚氨酯防水涂料，防水涂料厚为1.5mm。
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