大跨度小半径曲线钢箱梁双向转体施工技术.pdf

中国新技术新产品2024 NO.2（上）-98-工 程 技 术随着城市建设的快速发展，在传统桥梁施工方法的基础上对转体法施工技术进行拓展，对周边环境来说，这项技术适应性强且结构造型选择更多元，因此，这项新工艺逐步应用于建筑施工行业。目前转体法施工多应用于直线段桥梁施工，因此缺乏曲线形桥梁转体法施工的应用研究，特别是在大跨度小半径曲线形桥梁中，采用转体法的项目较少，本文以某高速桥梁工程为例，从施工方案制订和主要操作要点等方面解读此施工转体技术的实施过程。1 工程概况某环城生态修复综合项目二期成南高速桥梁工程，全桥总长为 1204.91m。墩号分布为 0#39#，桥台 2 个，桥墩 38个。平面呈曲线布置，其中主桥段全长为 162m，跨径布置为 47m+68m+47m，桥梁全宽 7.0m，上部结构采用等截面钢箱梁，下部采用矩形刚柱墩、下接转体系统、承台以及钻孔灌注桩基础，在中跨处（成南高速主线范围）设置防抛网。桥梁横断面布置为 0.5m（栏杆）+6.0m（自行车道）+0.5m（栏杆），桥面铺装设置双向 1.5%横坡。为减少施工对成南高速的干扰，主桥钢箱梁（转体段）采用沿成南高速搭设临时支撑胎架对称拼装，双向转体施工，转体就位后施工中跨和边跨合龙段的施工方法。2 施工方案综合考虑大跨度小半径曲线桥梁转体的横向受力和纵向受力情况，根据转体段在墩柱处对称布置的特点，将此桥梁梁体分为 2 个转体段+3 个合拢段进行施工。每个桥梁转体段设有承台，并在承台上设置转动轴心。桥梁转体段以转动轴心为界分为上、下 2 个部分。考虑施工场地限制、交通运输以及高速公路上的作业时间等问题，将每个转体段分为3 节，当桥梁转体段施工时在传统的定位骨架上增设可调节螺杆，用一种桥梁牵引球结构实现双向旋转。成型后通过转动体系将两个桥梁转体段同步旋转到位，并在跨中合拢。3 施工工艺流程和操作要点3.1 施工工艺流程施工准备转体体系施工转体柱墩施工钢箱梁吊装转体临时锚固拆除钢箱梁转体平衡控制桥梁平转施工封盘施工边跨、合拢段施工。3.2 操作要点3.2.1 施工准备3.2.1.1 定位骨架优化不同规格的桥梁转体需要制作不同规格的转体系统，须根据不同的施工尺寸定做，不仅浪费时间，定位骨架的安装精度还对转体施工影响较大。因此针对以上问题研制一种可调节定位骨架。在传统的定位骨架上设置卡槽和调节螺杆，提高骨架水平方向的安装精度，骨架四脚加工成锥形定位凸起的尖端，提高施工定位精度。3.2.1.2 牵引球结构优化为保证两个桥梁转体段同步转体，避免因球铰滑片间摩擦力过大和平衡度低而影响转体实施，设计一种牵引球铰结构，通过设置锥齿轮和转杆，使滑片绕销轴旋转，将黄油涂抹更均匀，减少后期球铰的摩擦力，滑片上交错孔内的黄油也可以为转铰过程中的滑片补充黄油，当球铰向下运动至下球铰下表面，接触到滑片时，销轴达到限位，此时第一锥齿轮内嵌销轴上的环形沟槽上，销轴下端的圆锥体与旋转座上开的球状结构配合，当后期转铰时，对第一固定座的平衡度进行检测后，可知上球铰上的梁体平衡。3.2.2 转体系统施工转体系统由球铰、滑道和牵引系统组成。球铰由上下球铰、四氟乙烯板、定位骨架固定上下球铰钢销以及下球铰定位骨架等组成，如图 1 所示。3.2.2.1 球铰系统施工首先，安装定位骨架。将定位骨架四角按定位点摆放就位，并通过调节螺杆调整水平，再用角钢对骨架与预埋的定位钢筋进行牢固焊接，避免浇筑混凝土时发生偏移，从而影响球铰安装质量。其次，安装下球铰。专用定位骨架安装施工结束后，吊装下球铰，调平对中，采用全站仪检查控制平面位置，电子水平仪检查控制水平，使其安装精度控制在 0.20.3mm。调节骨架上的螺母使下球铰及下滑道钢板保持水平。检查大跨度小半径曲线钢箱梁双向转体施工技术刘彦生（中铁城建集团南昌建设有限公司，江西 南昌 330002）摘 要：本文重点研究如何解决大跨度小半径曲线钢箱梁在施工时自由端扰度大、墩柱处横向受力不平衡等问题。通过优化球铰系统中定位骨架结构形式，提升转体系统的安装精度；通过优化牵引球结构，减少了上、下球铰间的摩擦力，提高了球铰的使用性能，降低了转体的施工难度；对大跨度梁体优化成2个转体段+3个合拢段，避免了梁体跨度大导致的扰度大问题，并缩小了偏心矩，解决了场地受限问题，使研究顺利完成。关键词：转向装置；定位骨架；双向转体；曲线钢箱梁中图分类号：TU71文献标志码：A中国新技术新产品2024 NO.2（上）-99-工 程 技 术球铰精度合格后，固定调整螺栓，浇筑下承台二次混凝土。最后，安装上球铰。在下转盘上表面、定位钢销上以及套管内均匀涂满黄油，将转动钢销轴放入套管内，涂完后立即安装上球铰，球铰内不能有杂物。将黄油均匀涂抹在上球铰面，待上球铰精准就位后，锁定临时限位，并用定位销轴确保上下球铰的中心重合。3.2.2.2 安装滑道系统下承台第一次浇筑完成后，立刻安装滑道骨架，滑道骨架下端必须与预埋钢筋焊接牢固，环形滑道骨架的中心点和球铰中心点重合1，通过汽车吊吊装滑道板，采用调节螺栓将其固定在骨架上，调整滑道板使其中心点与下球铰中心点重合，通过螺栓螺母来调整滑道顶面高程使其符合要求。3.2.3 转体临时锚固在转体前，采用 25 工字钢安全拆除临时锚固系统。25 工字钢布置靠近滑道内侧，埋入上转盘和承台深度均为30cm，并与上转盘和承台焊接，在试转前将其割除，解除球铰约束。避免浇筑混凝土时球铰发生偏转，在滑道顶面撑脚处，铺垫 20mm 厚细沙和钢楔形块，待撑脚顶与上转盘焊接牢固后，浇筑上转盘混凝土。3.2.4 钢墩柱施工用钢结构加工完成钢墩柱后，运输至现场，并用 50t吊车吊装，采用十字控点控制墩柱吊装平面位置，用千斤顶配合全站仪控制精调墩柱安装的垂直度，电子水准仪控制墩柱标高。3.2.5 钢箱梁加工综合考虑大跨度小半径曲线桥梁转体的横向受力和纵向受力情况，根据桥梁转体段在墩柱处对称布置的特点，将此桥梁梁体分为 2 个转体段+3 个合拢段进行施工。考虑施工场地限制、交通运输以及高速公路上的作业时间等问题，将每个桥梁转体段分成 3 节进行加工，将钢箱梁分成 9 节段在场外工厂对其进行加工。3.2.6 临时支撑立杆采用4根350mm、壁厚为10mm的钢管，采用16a槽钢作为连接2。分配梁由双拼 I32a 工字钢。将 180mm、壁厚为 10mm 的钢管，设置在分配梁上面，将其作为钢箱梁节段安装调整用的支撑点。在每个加工节段下面的隔板处布设 4 个支撑点。为防止钢梁变形，在每根配梁上设 2个等边 75 角钢作为限位挡板，便于初步定位安装钢箱梁。基础为 5m4m0.4m 的 C25 混凝土基础，如图 2 所示。地基承载力特征值 200kPa，混凝土顶部设置预埋锚筋和锚图 2 钢箱梁安装临时支架结构图（单位：mm）支撑架预埋件支撑架预埋件400015001000 40050007000临时支架 40cm厚C25混凝土 换填1m厚连砂石 素土夯实道路中心线图 1 转体系统平面示意图（a）转体系统平面设计图（b）转体系统平面效果图牵引油缸牵引油缸109.5（108.65）牵引索1牵引索1转体角度中国新技术新产品2024 NO.2（上）-100-工 程 技 术板结构，锚板为 0.6m0.6m0.14m 的钢板，锚筋为 20mm的钢筋，锚固深度不小于直径的 35 倍。3.2.7 钢箱梁吊装当吊装时，须通过调节承重盘和限位盘，使梁体处于最佳起吊位置，以此提高吊装精度，降低吊装风险，为后续桥梁准确拼装和桥梁转体合拢提供了保障，降低了安全风险3。吊装就位后，采用千斤顶配合全站仪对姿态进行精调。精调完成后，与临时焊接加固。3.2.8 拆除转体临时锚固在桥梁转体平衡控制前、试转前和正式平转前，均须对临时锚固进行拆除。为防止拆除临时固接时，桥梁转体结构失稳导致结构变形等问题。因此拆除时必须采用对称施工方式。拆除顺序为曲线外侧曲线内侧桥梁转体纵轴线两侧。割除流程为在上转盘下等高处割除 25 工字钢1020cm 清除撑脚底楔形块和细沙。在拆除过程中要观测桥梁转体结构的整体稳定性。3.2.9 小半径钢箱梁转体平衡控制由于钢箱梁结构与球铰中心存在偏心距，因此当桥梁转体施工时，除了对纵向不平衡力矩进行测试并配重外，还须考虑横向的不平衡力矩，对其进行测试并配重4。称重试验需要假设梁体绕球铰发生刚体转动，通过对梁体施加转动力矩，并测试球铰的切向转动位移，得到二者关系的曲线。当位移发生突变时，所对应的状态为静摩擦与动摩擦的临界状态；转动力矩与竖向顶力，切向转动位移与竖向位移间存在固定的比例关系，绘制顶力位移曲线，找出临界点，以此可计算球铰的摩阻力矩、静摩擦系数、转动体的不平衡力矩和偏心矩等。小半径曲线型转体段的重力中心线不与墩柱中心线重合，在横向受力平衡，为避免转体与墩柱刚体在球铰处发生横向倾斜，因此球铰中心线与转体重心线需重合5。3.2.9.1 拆除转体临时锚固在桥梁转体平衡控制前，在试转前须拆除临时锚固。为防止拆除临时固接时转体结构失稳导致结构变形等问题，拆除时须采用对称拆除的方式。顺序为曲线外侧曲线内侧转体纵轴线两侧。割除流程为在上转盘下等高处割除 25 工字钢 1020cm 清除撑脚底楔形块和细沙。拆除过程要观测桥梁转体结构的整体稳定性。3.2.9.2 称重配重试验为保证桥梁双转体一次性成功，在桥梁转体结构称重、配重完成后进行二次称重。以此确认称重、配重的正确性。判断转体平衡状态。在撑脚处布置位移传感器，清除撑脚下的钢楔形块和细沙。逐步对称拆除上下转盘的临时锚固工字钢，并观察撑脚百分表读数，25 工字钢割除处读数变大，由此判断桥梁转体体系的平衡状态。称重。安装完梁体后，在卸载上、下盘间工字钢前，在每个撑脚和滑道间安设 1 个百分表，共 8 个均匀分部，记录各百分表初读数。卸载上、下盘临时固结后，观测百分表读数变化，根据读数变化和球铰直径等相关参数来计算球铰偏心矩和整体下沉量，判断梁体是否平衡。3.2.9.3 配重通过精准设置偏心矩，严格控制施工误差，原则上此转体段处于受力平衡状态，因为球铰安装、上转盘施工、墩柱及梁体吊装成型可能产生较大误差，导致桥梁转体段出现横、纵向不平衡现象，所以须做好桥梁转体段的平衡配重准备工作。配重计算：根据称重在较重一侧上、下转盘间设置竖向千斤顶施加顶力 P，使对称的两个撑脚处于同一水平，如图 3 所示，克服梁体偏心弯矩 MG，根据测量结果计算梁体整体偏心弯矩，如公式（1）所示。Mp=L1P （1）式中：L1为转盘中心至千斤顶施加顶力中心间的距离。当对称撑脚处于同一水平高度时，桥梁转体自身不平衡产生的弯矩 MG与千斤顶提供的弯矩 Mp相等，如公式（2）所示。Mp=MG （2）为使对称撑脚处于同一水平高度时，G配重与千斤顶提供的弯矩 Mp相等，得出公式（3）。G配重L3=L1P （3）式中：L3为转盘中心线至配重中心的距离。由此计算得出G配重=L1P/L3根据计算结果，在梁体横向和纵向，采用装有细沙吨袋和装有细沙沙袋进行组合配重，最终对梁上施加平衡荷载，并根据百分表读数变化不断循环精调，使桥梁转体结构在纵横向达到最佳平衡状态。以此循环施工 4 组对称撑脚，使 8 个撑脚底在同一平面上。平衡称重试验完成后，转体桥梁应静置 12h。每间隔 12h 对梁体结构应力、悬臂端变位等关键参数进行监测，如果有异常情况，就应及时查找原因并分析处理。3.2.10 桥梁双向平转施工在正式平转前，应对桥梁进行试转。试转前检查转体结构的平衡稳定性，并测量转动体系的静、动摩擦系数，检查动力设备和监控设备是否有故障，或是否有其他异常图 3 配重计算受力分析图转盘中心线位移计L3L2L2PMpMpG配置中国新技术新产品2024 NO.2（上）-101-工 程 技 术顶管施工技术在我国发展较为迅速，在工程实践中涌现了很多新设备，很好地解决了地下工程非开挖施工工艺技术设备落后问题，但目前国内市政工程顶管施工管道仍存在技术设备陈旧，地域运用范围不均匀，在复杂地层中，尤其针对上软下硬地质条件下的地层变形控制研究主要以经验设计为主等问题1-4，处理在地应力作用下，土体内部应力状态因顶管施工造成土体损失与地层变形是以Peck 公式5解析为主，部分学者虽然根据弹塑性力学与随机介质理论进行研究，但是对等效土体的参数处理以经验设计为主，与施工工艺的契合度有待提升，没有很好的呈现特定地层沉降变形规律。本研究以湖州南太湖新区输水互通高铁站西侧输水管连接工程项目为背景，结合现场沉降数据监测、Peck 公式理论解析和数值模拟对顶管施工地表沉降变形规律进行研究，并相互验证地层变形机理的合理性，以期为同类施工项目提供参考，进一步为城市地下空间工程顶管施工理论奠定基础。1 顶管施工地层沉降1.1 沉降变形公式在顶管施工中，土体扰动是地层产生变形的根本原因，由于土体开挖卸荷改变了原有应力平衡状态，因此掌子面复杂地质条件下多孔顶管施工地层沉降变形规律研究李斌1谈敏1祁永亮1苏英强2，3刘颖2，3（1.浙江大东吴集团建设有限公司，浙江 湖州 313000；2.湖州职业技术学院建筑工程学院，浙江 湖州 313000；3.湖州市绿色建筑技术重点实验室，浙江 湖州 313000）摘 要：顶管施工技术发展迅速，在市政管道工程领域应用广泛。当前在复杂地质尤其是针对上软下硬的地层变形控制中，对等效土体的参数处理仍以经验设计为主，没有很好地呈现特定参数下地层沉降变形规律。运用 Peck 解析公式并结合实测数据拟合分析地层沉降曲线，利用 abaqus 软件对数值进行模拟，并验证多孔圆形、矩形顶管施工地层沉降机理，以期为市政工程同类型顶管设计与安全施工提供参考。关键词：顶管；变形规律；Peck；沉降；数值模拟中图分类号：TU74文献标志码：A情况，确定没问题后方可进行正式平转。根据转盘上的测度和梁体的轴线进行双控制，同时启动千斤顶至启动油压值，使两个桥梁转体段同步转体，并按 10kN 逐级分级加载，确定启动撑脚水平位移观测，记录静摩阻力6。当平转施工时，必须安排专人对墩身轴线、梁端位置的高程、转体速度、空间位置、牵引力和剩余弧长等关键参数进行多次观测。平转位置基本到位后（剩余弧长约 1m 处），要及时降低平转速度，采用“行程点动”。当达到距设计位置 0.1m时必须停转，同时测量轴线偏差。根据差值，进行点动控制保证定位精确，严禁超转。待两段桥梁转体就位后，再对转体的倾斜位置进行精确调整，并利用型钢将上下转盘锁死。临时墩顶与梁底必须锁死，防止梁体在外力作用下摆动。利用临时墩顶上设置的千斤顶，精确地调整梁体端部标高，并采用钢楔锁死。3.2.11 封盘施工转体段就位结束后，对上下转盘进行封固施工。对上下转盘的预留钢筋进行焊接施工，对支模进行外侧混凝土浇筑，在上转盘接口处进行压浆管预埋，待封固凝固好后，可用压浆法填补混凝土收缩留下的空隙。3.2.12 边跨、合拢段施工桥梁转体完成后，吊装合拢段钢箱梁焊接成型，并补刷防锈漆，拆除临时支架。解除封锁开通线路，恢复正常运用。4 结论通过本项目实践可知，此项施工技术减少了对地面交通的影响，节约施工工期 14d，减少了钢材的使用量，在施工过程中实现了部分钢结构工厂化加工，保证了工程质量，提高了施工效率、节约了施工场地并降低了施工成本，圆满地完成了施工任务，推广应用前景广阔。参考文献1 任永平，郑久亮.大跨度小半径变截面钢箱梁连续曲线安装施工技术 J.森林工程，2003，19（5）：2.2 张庆虎，路镇武，夏中强.小半径曲线钢箱梁支架稳定性 J.建筑技术开发，2022（2）：49.3 张英.小半径双曲线钢箱梁安装施工技术 J.铁道建筑技术，2013（9）：4.4 孙新锋.大跨度钢箱梁转体桥施工技术 J.建材与装饰，2022（5）：18.5 王海军.小曲线半径不对称钢箱梁桥偏心转体施工技术D.西安：西安建筑科技大学，2023.6 李汉愿.大跨度钢箱梁桥双幅同步转体施工技术 J.铁道建筑技术，2020（2）：5.