西北地区超宽超重高架桥转体施工工法.pdf

1、西北地区超宽超重高架桥转体施工工法西北地区超宽超重高架桥转体施工工法 1前言前言随着我国国民经济的发展，西部各个城市间资源共用和快速发展，市政快速干线、公路、铁路的高速运行发展，市政、公路、铁路网形成，许多市政桥的建设都将跨既有公路或铁路，在跨既有线施工的要么是悬臂挂篮施工或者转体梁施工，在跨既有线中设计施工得到了广泛的应用。本转体桥主要跨越咸铜、西安枢纽北环线铁路繁忙干线，该转体桥梁桥面宽 36.5m，重 20000t，该桥建设时属于国内第一座单幅桥面最宽、西北最重的转体桥，因此如何保证对线路短时间封闭，工艺简单，速度快，转体平稳性是目前急需解决的问题，因此中铁二十一局集团路桥公司和兰州交通

2、大学共同开展了科技攻关，通过采用整体式球铰施工方法，安装方便，有利于施工质量控制，免了施工时因接触上摆而导致的上承台倾斜，有效较少误差及摩擦力。提高了设计和施工水平，保证转体时 T 构的平稳性。总结了一套有效的施工工艺，研究成果创新点突出。“跨繁忙干线铁路超宽超重转体桥施工工法”于二零一九年三月中国铁建股份有限公司组织鉴定，鉴定结果认为其关键技术达到国内领先水平。为更好的推广应用此项科技成果，更好的服务现场施工，在总结施工经验的基础上形成本工法。2工法特点工法特点 2.1采用整体式球铰系统，避免了施工时因接触上摆而导致的上承台倾斜，有效较少误差及摩擦力。提高了设计和施工水平，保证转体时 T 构

3、的平稳性。2.2.采用整体式球铰系统，可避免运输及安装过程中球铰的变形，有利于施工质量控制，能满足桥梁转体施工要求。2.3利用转体工艺，在较大转速的情况下最大限度地较少了对铁路运营的干扰。3适用范围适用范围 本工法是在实践的基础上总结编制而成，可靠实用。适用于跨既有铁路、既有公路、既有河流、建筑物等构造物，尤其是对修建处于交通运输繁忙的城市立交桥和铁路跨线桥，其优势更加明显。4工艺原理工艺原理 通过精确的测量手段确定球铰的实际空间位置，应用空间几何理论将梁体上的节段控制点转换到实际施工测量点上，利用空间力系绕 Z 轴旋转已定的角度，通过测量点和上转盘刻度控制梁体旋转后至设计位置。本工法工艺原理

4、是在桥梁施工的基础上，在上下承台间设置一套转体系统，来实现桥梁的转动。将整体式球铰吊装至设计位置，将需跨越既有构造物的桥梁平行于既有构造物施工，转体梁段施工完毕后采用液压牵引系统通过球铰系统将转体梁精确转动至设计位置，然后对上下承台封盘，浇筑两侧现浇合龙段梁体。采用整体式球铰为转动和承载转体部分的核心，撑脚和滑道系统做为防倾覆保险体系，牵引索、连续张拉千斤顶和反力座为转体的施力系统。5施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程 转体梁施工工艺流程图如下图 5.1 所示。图 5.1 施工工艺流程图 下承台施工 滑道施工 上承台施工 球铰安装 上转盘及撑脚施工 转体垫石及反力

5、座施称重并配重 转体准备 解除临时约束 试转 正式转体 封盘施工 5.2 操作要点操作要点 5.2.1 下承台施工 承台分为下承台共分两次浇筑，第一次浇筑至环形滑道定位骨架标高，第二次浇筑剩余部分。1.下承台第一次浇筑 承台基坑开挖至设计标高后依次进行破桩头、浇筑砼垫层、钢筋制作安装、模板安装等工序的施工。下承台第一次混凝土浇筑到环形滑道定位架底部高程。浇筑承台第一次混凝土的关键在于混凝土的密实度、浇筑过程中滑道骨架应不受扰动、混凝土的收缩不至于对骨架产生影响。待混凝土浇筑结束后初凝前，重新检测钢骨架和定位螺栓的预埋位置并进行微调正位。第一次混凝土浇筑及定位架布置见下图 5.2 和 5.3。图

6、 5.2 第一次混凝土浇筑及定位架布置 图 5.3 下承台钢筋安装 2.下承台第二次砼浇筑 在下承台第二次浇筑前提前预埋环形滑道定位骨架，环形滑道采用先拼装后整体吊装工垫 石球绞支座中心 桥梁结构中心外千斤顶反力座内千斤顶反力座内千斤顶反力座牵引反力座A牵引反力座B滑道定位支架滑道及球绞安装预留槽顺桥向艺，并调整平面位置和高程至设计位置，提前预埋其余各部件预埋件，检查完成后，浇筑混凝土。5.2.2 滑道施工 在地面上拼装环形滑道下的角钢支架，其顶面相对标高高差小于 5mm，滑道半径 R 为4.75m，采用镀铬钢板，背面焊接加工而成。拼装完成后经检查合格后，采用大吨位吊车吊装到位，环形滑道钢板由

7、螺母调整校平，顶面局部平面度 0.5mm。任意 5m 弧长内环形滑道高差不大于 1mm，滑道对角高差不大于 2mm。安装牵引反力座、助推反力座模板，浇筑混凝土。5.2.3 转体垫石及反力座施工 绑扎转体垫石及反力座钢筋，安装模板，提前定位预埋整体式球铰支座下锚固螺栓孔，及时浇筑混凝土。5.2.4 球铰安装 1.ZTQZ-Z 型支座采用锚固螺栓和套筒与上承台及下承台连接。为确保支座准确就位安装，减少对下承台顶面受力钢筋的干扰，建议下承台预留锚栓孔，预留孔的尺寸直径为套筒直径加 70100mm，深度为套筒长度加 70100mm，预留孔中心及对角线位置偏差不得大于10mm。3.凿毛支座就位部位的支承

8、垫石表面，清除预留孔中的杂物和积水，并用水将支承垫石表面浸湿。4.用楔块楔入支座四角，安放并找平支座，将支座底面调整到设计标高，在支座底面与支承垫石之间应留有 2030mm 空隙，安装灌浆用模板。按照环氧树脂砂浆的计算用量将各组分进行配比搅匀，注意垫石上的环氧树腊砂浆不能进入套筒预留孔中，在砂浆凝固前检查支座上支座板顶面高差不超过 1mm。按照无收缩高强度灌浆料的计算用量进行配比搅匀，将灌浆料填入垫石预留孔中并振捣密实，直至从支座边缘间隙观察到灌浆料全部灌满为止。灌浆前，应初步计算所需的浆体体积，灌注实用浆体数量不应与计算值产生过大误差，应防止中间缺浆，环氧树脂砂浆抗压强度要求不低于 C50。

9、支座下方浆料凝固后，拆除横板和四角楔块，检查是否有漏浆处，必要时对漏浆处进行补浆，并用砂浆填堵楔块抽出后的空隙，拧紧下摆锚栓，支座上承台施工前，需在支座上、下球摆之间间隙处采取防护措施，防止桥梁转动前有杂物进入支座内，保护支座滑动面，待灌注上承台后，在支座转体前，及时拆除上、下球摆连接螺栓，完成支座安装。图 5.4 球铰吊装 图 5.5 球铰就位 图 5.6 球铰粗调 图 5.7 球铰精调 5.2.5 上转盘及撑脚施工 撑脚是防止转动过程中转体结构倾覆的保险腿，它对称分布于纵轴线的两侧，过两撑脚对称中心的竖向轴线与转体结构的纵向中心线重合，每个上盘下设有 8 个三圆柱形80.4cm钢管混凝土撑

10、脚，钢管内灌注 C50 微膨胀混凝土，为了减小撑脚和滑道之间的摩擦，撑脚走板下临时支垫 20mm 厚的钢楔（作为转体结构与滑道的间隙）。撑脚中心线的半径为 4.75m。撑脚在工厂整体制造后运进现场，在下转盘混凝土浇注完成，上球铰安装就位时即安装撑脚，安装撑脚时确保撑脚与下滑道的间隙为 20mm。转体前用砂箱作为临时支撑。设置临时约束，在浇筑上下转盘的过程中,在桥墩对称轴线附近沿半径周埋设 8 组 16工字钢，具体根据图纸要求进行设置,施工墩梁时,36 工字钢主要起临时固结上下转盘的作用。墩梁施工时，为了进一步固结上下转盘，在上转盘的撑脚和下转盘的滑道之间采用钢楔块或石英砂顶紧。5.2.6 上承

11、台施工 转体上盘在转体施工过程中受力较为复杂，处于一个多向受力的状态，它是转体结构的重要组成部分。上盘转台也即转体结构的牛腿部分，因为牵引系统直接作用在牛腿上，其内部布有横、纵、竖三向预应力钢筋以保证其整体性和强度。在上盘的两侧预埋牵引索(牵引索一般采用钢绞线)，牵引索关于转动圆心对称布置，一对牵引索的出口对称于转体中心。外露的牵引索圆顺的缠绕转盘一周，两侧的钢索交错布置互不干扰，牵引索布置完后，要对其进行设置防锈蚀措施，以保证转体施工时牵引索强度。上转盘直径为 10.5m，高为 0.8m,牵引索 A 和 B 分别分散预埋在上转盘中，预埋端采用P 型锚。牵引索采用强度等级为 fpk=1860M

12、pa 的 19-s15.2 钢绞线，顺地缠绕在转盘上。绑扎钢筋、预埋墩身钢筋，安装模板，浇筑混凝土。见图 5.8 上转盘混凝土分次浇筑示意图8。图 5.8 上转盘混凝土分次浇筑示意图 5.2.7 转体准备 1.完成桥面护栏(含防抛网)安装，保证转体后不在既有铁路上方临边作业。2.安装转体牵引系统，每个牵引反力座各设 1 台 ZLD-400 型连续千斤顶、自动液压泵站。并对钢绞线进行预紧。5.2.8 解除临时约束 割除上下承台间临时固结的工字钢，砂箱放砂，拆除砂箱，滑道上涂抹黄油，滑道上满布一层四氟乙烯滑板。5.2.9 称重并配重 转体前进行转体称重试验，测试转动体的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩

13、及静摩察系数等各项技术性参数，并按转体的要求进行平衡配重。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，然后根据位移计的变化及撑脚和滑道的空隙判断是否需要配重。转体桥梁在沿梁轴线的竖平面内，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，在转体前进行称重试验，测试转动体部分的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及摩擦系数。通过测试转动体部分的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及摩擦系数等参数，实现桥梁转体的配重要求。根据该状态的测试方法，在两幅梁的承台底面

14、布置如下图的千斤顶和位移传感器，实施两幅梁的不平衡力矩测试。见图 5.9。图 5.9 称重试验 测试中所用设备及性能：千斤顶两台,用于施加顶力；百分表：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50mm，精度 1/1000，见图 5.10，图 5.11。图5.11说明：1-百分表；2-千斤顶；3-压力传感器；4-上底垫钢板（150mm150mm20mm）若干；5-千斤顶底座。根据称重试验在梁部用混凝土块、整卷钢绞线或钢材等大密度增加配重，确保两端重量平衡。千 斤 顶 施 力 点图 5.10 千斤顶布置平面示1 垫石撑脚撑脚牵引反力座A牵引反力座B混凝土上转盘后浇筑混凝土混凝土上

15、转盘后浇筑混凝土15压浆孔15压浆孔转体支座3900mm下承台桥墩 4 3 2 5 图 5.11 千斤顶布置立面示意图 5.2.11 试转 正式转动之前，进行试转。按照正式转体要求安装动力设备，监测设备等等其他准备工作并预紧钢绞线。打开主控台及泵站电源，启动泵站,用主控台控制两台 200 型连续千斤顶同时施力转体。若不能转动，则施以事先准备的助推千斤顶同时出力，以克服超静摩擦力来启动桥梁转动，若还不能转动，则停止试转，检查结构，是否出现问题，解决后再试转，不能强行转体，防止发生倾覆。转体时，记录试转时间和速度，根据实测结果和计算结果比对进行调整转速，即应做好两项重要数据的测试工作。试转过程中，

16、检查转体结构是否平衡稳定，有无故障，关键受力部位是否发生变形开裂等异常情况，如有异常情况发生，则应停止试转，查明原因并采取相应措施整改处理后方可继续试转。转体前进行转体称重试验，测试转动体的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及静摩察系数等各项技术性参数 5.2.11 正式转体 1.转体检测：转体前在转盘上按每段长 2cm 均匀布置刻度，然后按顺序进行编号，转体过程中随时观测每个转盘的转过刻度，观察转体的钢绞线是否等速。转体就位采用 2 台全站仪观测中线及高程，时刻注意观察桥面转体情况，T 构梁端每转过 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；结束千斤顶连续

17、工作状态，采取“点动”方式就位，转体就位后中线及高程控制在设计要求范围内。2.安装防超转限位装置：a、转体前在转体就位位置安装 I36a 工字钢横梁，使工字钢横梁与转盘撑脚接触位置即为转体就位位置。b、每座转体在上、下盘的滑道之间均设置有 8对保险撑脚，撑脚走板底面距离滑道顶面预留有 20mm 的缝隙，转体结构精确就位后，采用钢楔子楔紧，并用电焊将钢楔子同撑脚走板钢板、连同上盘滑道预埋钢板立即进行全面焊接联接。3.精确就位 轴线偏差主要采用连续千斤顶点动控制来调整，点动时间为 0.2 秒一次，每次点动千斤顶行程为 1mm，换算梁端行程。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

18、，直至转体轴线精确就位。若转体到位后发现有轻微横向倾斜或高程偏差，则采用千斤顶在上下盘之间适当顶起拱，进行调整。5.2.11 封固转盘 经过转体和精确定位阶段并检测平面位置、标高均符合设计位置后，立即在 8 对撑脚两侧下转盘承台上焊接型钢反力架(事先精确确定预埋钢板位置)，打入钢楔块并将其临时锁定，保证转体单元不再产生位移。清洗底盘上表面,焊接预留钢筋，立模浇筑封固混凝土,使上转盘和下装盘连成一体，为保证密实在提前预留好压浆孔注浆使上下一体更密实。6材料与设备材料与设备 6.1 主要材料见表 6-1 表 6-1 主要材料表 序号 材料名称及规格 单位 数量 用途 1 四氟滑板 块 8 撑脚 2

19、 不锈钢板 块 12 滑道 3 液压油 套 1 油泵 6.2 机具设备见表 6-2 表 6-2 主要设备表 序号 设备名称 单位 数量 用途 1 全站仪 台 2 测量 2 电子水准仪 台 1 测量 3 主控台 套 1 牵引系统 4 连续千斤顶 台 1 牵引系统 5 500T 千斤顶 台 4 称重 6 100 螺旋千斤顶 台 4 助推转体 7 油泵 台 6 配套千斤顶 7质量质量措施措施 7.17.1 工程质量控制标准工程质量控制标准 7.1.1 在施工中贯彻执行公路工程质量检验评定标准等规范及设计文件要求 7.27.2 质量控制措施质量控制措施 7.2.1 建立以项目总工程师为核心的技术负责制

20、的技术管理体系，实行各级技术人员岗位责任制。7.2.2 推广应用新技术、新设备、新材料、新工艺，对重点关键性工艺组织开展 QC 小组活动，进行专项技术攻关，以先进的技术确保高质量产品。7.2.3 做好方案优化，对施工难度大、技术含量高的工程，由技术负责人提出两个以上施工技术方案，经总工程师组织有关人员进行分析、优化后。7.2.4 各工序严格按最佳工艺参数施工，对难度大、技术性较强的工艺，在施工前组织示范和专门讲解。7.2.5 在支座安装前，应检査支座连接状况是否正常；支座高程是否符合设计要求；支座锚栓是否紧密固定；支座上、下摆贴近混凝土或水泥砂浆的面，保证无灰尘和油渍。在现场将锚固螺栓和套筒安

21、装在支座上，并在无灌浆料时试安装，确认预留孔位置无误。7.2.6 进一步做好人员分工，根据各个关键部位、施工环节，对现场人员做好周密部署，各司其职，分工协作，由现场总指挥统一安排；7.2.7 先使千斤顶达到预定吨位，启动动力系统设备，并使其在“自动”状态下运行；7.2.8 单个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，避免不平衡力偶产生；7.2.9 设备运行过程中，各岗位人员坚守岗位，时刻注意观察，监控动力设备和转体各部位的运行情况，并作好记录；7.2.10 在转体就位处设置限位装置，并安排技术人员在两个转盘附近负责读转盘上标识的刻度，随时与总指挥联系。为防止超转现象，在转体接

22、近设计位置时，停止自动牵引操作，采用点动控制精确定位。8安全措施安全措施 8.18.1 安全管理措施安全管理措施 中华人民共和国安全生产法、建设工程安全生产管理条例 8.1.1 建立完善的施工安全保证体系，加强施工过程中的安全检查，实现作业标准化、规范化。8.1.2 制定高空作业安全防范措施和注意事项，在施工中认真执行。8.1.3 转体前检查千斤顶的油路、油表确保在无故障的条件下使用。8.1.4 液压系统的操作应按规范进行，操作人员要服从统一指挥。8.1.5 施工期间，对铁路有影响的地段，请铁路配合单位派人住工地看守，以防止安全事故的发生。8.1.6 跨越铁路上空时，需封锁线路施工。铁路局局及

23、相关部门要派员到现场指导施工，并组织人员作好应付突发意外事故的紧急抢修措施准备。8.28.2 安全技术措施安全技术措施 8.2.1 保护铁路的既有排水设施，如边沟、侧沟、涵洞的正常排水功能，不得将废弃土石随地堆放，雨季流水冲至铁路，使铁路排水设施失效，从而造成灾害和安全事故，造成损失。8.2.2 主桥 T 型刚构桥采用转体施工工艺，施工期间，转体过程需要铁路部门配合，在天窗点内施工。主桥跨越既有运营铁路，外侧防护撞栏与防护网施工完成后整幅转体，跨线处一次转体就位，其它部分为支架现浇施工，然后合拢转体部分和现浇段。9环保措施环保措施 为了确保工程所在地区的环境得到有效的保护，施工中严格执行国家和

24、工程所在政府的环保政策、法律和法规。9.1 临时用地的使用 施工期间划定施工范围，在保证施工顺利进行的前提下，严格限制施工人员和施工机械的活动范围，尽可能缩小作业带的宽度；施工时避开农作物生长期，以减少农业生产；施工结束后，及时清理现场，使之尽快恢复原状，将施工对生态环境的影响降低到最低程度。9.2 施工中的污染物的处置 妥善处理施工期间产生的各类污染物，对施工产生的固体废物和生活垃圾要集中处理，不能随便遗弃在野外。由于施工周期较长，设置专门的废物堆放场地，固体废物要挖坑堆积，施工结束后进行妥善处理。防止其对重点地段的生态环境造成污染。9.3 施工场地的保洁 施工期间保持工地清洁，保持经常洒水

25、以控制扬尘；严禁在施工现场焚烧有毒、有害物质，避免有毒、有害气体污染大气；凡是违反环保规章，不论偶然与否，如造成环境损害，要立即报告监理工程师。9.4 生活区周边环境的保护 9.4.1 开工前对全体干部职工进行环境保护学习，增强环保意识，形成良好的环保习惯，使施工工作中对生态环境的受损采取有效措施，让其降至最低程度。9.4.2 合理布置施工场地，生产、生活设施尽量布置在征地线以内，少占或不占耕地，尽量不破坏原有植被，保护自然环境。9.4.3 施工期间生产场地和生活区应修建必要的临时排水渠道，并与永久性排水设施相接，不致引起淤积冲刷。10效益分析效益分析 10.1经济效益：该成果在正阳大道跨北环

26、线（繁忙干线）、咸铜铁路立交桥转体施工中推广应用，转体法施工采用支架现浇法相对于挂篮施工则较少了节段数量，该桥为65+65米5米，宽36.5米，按此桥的规模，采用支架法施工需要4个月，相对挂篮施工整体工期缩短2.5个月，直接节约管理费及工人费80万。梁体施工期间将既有线施工变成了临近既有线施工，大大降低了对既有线行车的干扰，节约了和铁路局相关单位的配合费用75万。采用整体球铰施工，节约了安装分体球铰的工序及材料费用，节约费用42万。采用一种快速调平转体球铰的调节装置，安装便利，快速，配合操作人员少，降低施工成本，直接节约费用35万。采用梁端预埋测量观察点，能精确计算测量，使得转体施工节约了40

27、分钟，满足了施工封锁天窗的时间。10.2 社会效益：西咸新区秦汉新城段正阳大道上跨北环线、咸铜铁路连续梁是全国单幅平转最宽、西北最重转体桥，采用整体式球铰转体法施工，避免了传统施工方式需要对铁路实施封闭及限行措施的弊端，保证了施工质量，降低成本，提高功效。施工期间不干扰既有铁路正常运营，只在梁体进行试转、正式转体，对既有铁路线暂时限行 110 分钟，降低了跨既有铁路施工的风险，确保安全。本项目研究为整体式球铰技术进行梁体超宽超重转体设计、施工提供了范例，既具有创新性又具有实用性，为今后我国类似桥梁转体施工积累了一定的经验，社会效益非常显著，正阳大桥已经通车运营，工程质量良好。10.3 环境效益

28、：严格执行了国家环保法和铁道部及工程所在地政府对环保的有关规定，把工程施工对环境的不利影响减至了最低限度，地下水水质不受污染，植被有效保护；坚持做到了“少破坏、多保护，少扰动、多防护，少污染、多防治”，使环境保护监控项目与监控结果达到设计文件及有关规定。施工过程制定完善的环保、水保措施，废水、弃碴以及工程垃圾等应按规定排放、处理。11应用实例应用实例 11.1 工程概况：中铁二十一局集团路桥工程有限公司承担西咸新区秦汉新城正阳大道跨北环线、咸铜铁路立交桥在 K1+060.5 及 K1+071.5 处以(65+65)m 连续梁（转体）斜交跨越北环线、咸铜铁路(铁路里程 K30+057.3 及 K

29、20+297.5)。其中 32#墩为连续梁主墩，31#墩和 33#墩为边墩，所有基础均采用桩基础。下承台边线距铁路坡脚 11.2m；32#主墩采用板式变宽实体墩，墩梁固结。主梁结构形式采用计算跨度为（65+65）m 的变高度变截面单箱五室斜腹板形箱形截面梁。梁体按转体施工顺序共划分 6 个浇筑梁段，重量超过 20000t，宽度达 36.5m。该桥于 2017 年 4 月 18 日始施工桩基，2017 年 12 月 14 日转体完成，历时约 8 个月时间,2018年 5 月顺利通车。比同期同跨度的连续梁时间提前约一个半月。11.2 施工情况：经过施工证明了施工的有效组织，施工工法精细，充分解决跨既有高速、铁路的施工对原有高速、铁路运行干扰小也解决工期短的施工难题，为以后类似施工提供了参考和借鉴。通过整体式球铰支座转体梁施工，节约成本、缩短了施工周期。利用转体桥施工，对风险因素进行转移，将不可控的安全因素化为可控，不中断既有铁路运营，增加施工安全系数，施工速度快，缩短了工期，质量有所保证，工程效果好，具有良好的技术经济效益和社会效益。