张文格
(中铁七局集团郑州工程有限公司,河南郑州450052)
摘 要：钢制球铰转动体系在施工跨越既有线的斜拉桥、连续梁等转体桥梁中已经得到越来越广泛的应用，采用此种施工方法可以大幅度降低施工难度，减小施工风险，但是在具体施工过程中，却经常出现因为钢制球铰安装出现缺陷导致转动体系工作异常的情况，使施工计划推进困难。从影响钢制球铰安装的若干因素入手进行分析，对球铰设计、制造、安装、现场施工管理多方面进行了一定的讨论，最后提出对砂筒进行充分的预压、预设充足的钢撑脚与下滑道支架之间的间隙是保证转体顺利进行的重要工作细节之一。希望桥梁工程技术人员关注转体桥梁上转盘施工前的各项准备工作，积极防范因为转体系统钢撑脚与下滑道顶紧导致无法正常施工可能带来的风险。
关键词：桥梁转体施工；转动体系；球铰；砂筒；钢撑脚
收稿日期：2014-12-04
作者简介：张文格(1977—)，男，高级工程师，主要从事路桥工程施工与技术管理方面的工作 112653439@qq.com
DOI：10.13219/j.gjgyat.2015.02.006
中图分类号：U455.465
文献标识码：B
文章编号：1672-3953(2015)02-0020-04
Abstract: The steel ball hinge rotary system finds wider and wider applications in swivel bridges,such as cable-stayed bridges and continuous beam bridges.The adoption of this construction method may greatly lessen the difficulty of construction and reduce the construction risks to a great extent,but in the process of the concrete construction, the abnormal work of the rotary system often happens because the steel ball hinges are improperly fixed, in which case it is difficult to carry out the construction scheme as planned.This paper starts with the analysis of certain influential factors in fixing steel ball hinges, and then discusses problems related to the design, manufacture and installation of the spherical hinge, the management of the site construction and many other aspects,with some important details finally put forward, such as fully pre-pressurizing the sand tube and providing enough steel braces and sufficient gap for the lower slide way,to ensure the smooth operation of the rotary system.It is highly desirable that all the bridge engineering and technical personnel concerned on the turntable should pay great attention to and do a good job of the various preparatory work before the rotary system begins to work,and actively prevent construction risks resulting from the steel braces and the lower slide way butting each other, in which case the construction will be stopped.
在转体桥梁施工历史上，曾经出现平铰和球铰两种转体体系并存的局面，近年来，钢制球铰越来越得到广泛的应用。钢制球铰转动体系在施工跨越既有线的斜拉桥、连续梁等可以大幅度降低施工难度、减小施工风险 [1]，特别是在不得不跨越高铁既有线施工工况下，转体桥梁已经成为最大程度降低对高铁既有线影响的最佳方案；但是在具体施工中，很多施工单位却因为接触转体施工桥梁较少，经验缺乏，经常出现钢制球铰安装缺陷导致转动体系中钢制撑脚和下滑道转盘异常顶紧 [2]、无法正常转动的情况，导致原先申报的铁路施工要点计划搁浅，不得已重新要点，严重耽误工期。图1和图2是某单位转体桥钢制撑脚与下滑道异常顶紧无法转动，不得已截断、重新焊接充填干硬性混凝土的图片；图3和图4是某单位因为钢制球铰转动体系安装与施工出现异常，出现转动体系无法正常工作不得不重新进行处理的现场。
(1)转动体系安装与施工关键环节卡控不严，可能造成钢制撑脚和下滑道异常顶紧，整治此类病害需要耗费时间，将直接影响施工计划的按时实施，给施工要点等工作造成非常大的被动。
图1 钢撑脚与下滑道异常顶紧后不得不截断钢撑脚进行处理
图2 钢撑脚与下滑道异常顶紧后重新处理“缩短”钢撑脚
图3 钢撑脚与下滑道顶紧后采用带锯切割拟“截腿”处理搁浅
(2)转动体系安装与施工关键环节精度不高，即便勉强能够转动，也可能会造成转体到位后，梁体水平和竖向轴线无法准确调整到位，影响梁体最终成桥线形。
图4 采用薄锯片艰难清理钢撑脚和下滑道之间的杂物
(3)转动体系安装与施工质量较差，即便个别撑脚和下滑道之间可能出现1～2 mm的空间，但是也有可能导致梁体转体前的称重无法进行，也就无法确定转体梁段的重心位置，进而也就无法确定准确的配重数量和位置，给后续施工带来风险。
(4)转动体系安装与施工各组件出现较大误差且数值离散，实测每对撑脚与下滑道之间的距离不一，如果强行转体，可能因为滑道局部超高和撑脚局部偏低重叠出现的情况、导致摩阻力增大，超出预设值甚至带来中途停转的风险，导致现场施工生产的被动局面。
为了保证转体功能，在转动体系的设计上，一般按照图5所示进行设计布置；钢制转体球铰结构见图6。
图5 转动体系平面布置
图6 一个典型钢制转体球铰构造图
3.1.1 支撑砂筒
支撑砂筒的作用是支撑上转盘以上结构。一般为了保证钢撑脚与下滑道之间有一定的间隙，保证将来转体时的自由转动，必须在钢撑脚与下滑道之间预留足够的施工间隙，钢制撑脚理论上不承担后期上部转体结构重量，于是增设了支撑砂筒辅助球铰本身来支撑转体前的上转盘以上混凝土的重量，特别是在上转盘及转体梁段混凝土浇筑完毕、所有其他类似碗扣式脚手架拆除之后，转体前，整个转体结构的重量将阶段性的由砂筒和球铰承担，维持整个待转体结构的稳定。
3.1.2 钢撑脚
钢撑脚是在拆除钢砂筒之后，在转体过程中维持梁段纵向及横向稳定性的重要支撑保障措施。如果没有钢撑脚，梁段将会倾覆，因球铰自身不具备抵抗转体梁段纵横向倾覆的能力。
3.1.3 支撑反力座
支撑反力座是为了防止在转体结构较重或者因转动体系安装误差、球铰摩擦系数异常增大等因素导致的单纯靠牵引反力座上面的自动连续顶推千斤顶无法克服球铰球形摩擦面、撑脚与下滑道之间滑动面的静摩擦力，体系无法转动的情况下而采取的一项辅助措施。通过在支撑反力座的合适位置安设扁担梁，增设水平顶推千斤顶，在转体开始时，施加一定量的助推力，助推转动体系启动，转体结构一旦启动，需要及时将助推千斤顶和扁担梁拆除以便不妨碍转动体系正常转动。助推千斤顶同样需要对称布置，提供助推力矩。
3.1.4 牵引反力座
牵引反力座是为了提供上转盘转动力矩所设置的生根装置，成对出现是为了在球铰中产生单纯力矩，不附加产生水平次内力。
3.1.5 上转盘
上转盘连接墩身及转体梁段，在上转盘上安装牵引索，带动转体梁段转动，使转体梁段到达设计指定位置。上转盘亦可承担纵横向称重，称重千斤顶需要安装在下转盘下方进行对顶，同时收集对顶参数，计算重心位置，进而确定配重位置和配重大小 [3]。
3.1.6 下滑道
下滑道是为了给转动中的钢撑脚提供一个光滑的滑动面，降低摩擦阻力，同时保证在拆除砂筒、完成体系转换之后、转体完成之前这段时间区间内提供给钢撑脚维持转体梁段纵横向稳定性的支撑基点 [3]。
对于常见的在非墩顶转体的桥梁，钢制球铰转动体系安装施工流程一般为：浇筑下承台混凝土→安装球铰下球缺及劲性骨架、下滑道及劲性骨架→后浇下球缺及下滑道混凝土→清理球铰滑动面、安装四氟滑片、涂抹黄油四氟粉→安装上球铰→撑脚及砂筒安设就位→上转盘及上承台底模、侧模安设、钢筋绑扎、设置墩身预埋筋并浇筑上转盘及上承台混凝土→浇筑墩身及转体梁段→拆除转体梁段架体、上转盘支撑钢管及支撑砂筒→下滑道敷设四氟板、涂抹黄油→试转→正式转体→封铰。
钢制球铰安装精度如果控制的好，集中表现在转体时能够正常启动，不会出现转动时摩阻力较预设值增加较大、需要动用助推顶(设备能力限制除外)的情况；此外，钢撑脚和滑道间有1～2 cm的间隙，能够保证自由转动，间隙能够满足称重及轴线调整等需要 [4]。
3.3.1 钢制球铰的制造精度及运输保护
因为钢制球铰已经形成了一个定型产品，委托专业厂家制作，制作精度一般都较高，为便于运输、安装固定及微调，一般球铰均在背面设计了劲性骨架，所以在运输过程中，只要注意对球铰进行合理的分解，小心运输，保证运输限界和净空，抵达现场的球铰精度一般问题不大 [4]。
在个别情况下，如果出现球铰变形，将会导致转体不能顺利进行，如果强行转动还可能大幅度影响转体过程中转体梁段的整体姿态，给施工带来更大的风险，所以保证球铰的制造、运输和加强球铰安装完成后的施工质量检查非常重要。
3.3.2 钢撑脚与下滑道之间预设间隙的大小和支垫方式
为了保证砂筒拆除，上转盘支撑体系转换后钢撑脚和下滑道之间有充分的间隙可以满足正常施工需要，一般在预设间隙时要预留充分的正公差，以备体系转换时转体球铰系统“侵吞”部分预设量。
3.3.3 防止异物进入预设的钢撑脚与下滑道之间的间隙
部分桥梁在设计时因为考虑到上转盘的受力复杂，专门配置了部分上转盘后张横向预应力钢束，某项目在对这样横向束张拉完毕压浆时，现场未注意成品保护，部分水泥浆随意流淌排放，洒落至下滑道附近流进钢撑脚与下滑道间隙，这些水泥浆凝固后很难清理，给转动体系正常运转带来风险；亦有可能因为部分球铰系统位于深基坑中，如果没有很好的处理防排水系统，在前期施工过程中如遇洪涝自然灾害，淤泥沉积至下滑道与钢撑脚之间，又因每对钢撑脚下表面较大，很难清理，给施工带来风险。
3.3.4 砂筒未预压或者预压不充分
如果在浇筑上转盘混凝土完成后，随着后续墩身及转体梁段施工过程中上部荷载的施加，部分荷载将会主要由砂筒承担(从刚度分配来讲，砂筒与滑道接触面积较大)，但是如果砂筒未经过预压或者预压重量不足，导致砂筒内预装干砂密实度不足，就会出现较大的压缩弹性变形，导致砂筒高度减小，致使上转盘发生微量下沉，而刚性上转盘同步带动钢撑脚下沉，侵吞预设的间隙。
相反，如果根据计算荷载，对砂筒进行充分的预压，随着上转盘上部墩身及转体梁段的自重荷载增加，砂筒的压缩量非常有限，在一定程度上就能够保证体系转换完成后钢撑脚与下滑道之间具有满足施工要求的充分间隙。
通过以上对影响钢制球铰安装精度的因素辨识和分析，为保证转体顺利进行，在球铰转动体系安装精度方面，必须注意如下几点：
(1)加强钢制球铰的设计、制造、运输及现场安装的精度检验。
(2)必须对砂筒进行预压，尽可能加大预压荷载，如果现场条件限制无法实现，要充分预估砂筒可能的压缩量，并预估因为砂筒后期压缩可能带来的钢撑脚与下滑道之间的间隙损失，为钢撑脚与下滑道之间的间隙预设提供数据支撑。
(3)在安装钢撑脚时，预设间隙要充分考虑砂筒压缩和钢撑脚安装水平不平顺的误差、下滑道安装不平顺的误差等参数，保证充足的间隙预设值。
(4)在现场文明施工方面，要做好基坑防护，防止雨水倒灌等情况发生；同时严防各种水泥浆等建筑垃圾流进下滑道与钢撑脚之间，保证钢撑脚与下滑道间隙。
本文简要分析了与转体桥梁钢制球铰转动体系安装与施工相关的因素及其影响方式，从球铰设计、制造、安装、现场施工管理多方面进行了一定的讨论，最后提出对砂筒进行充分的预压以便预设充足的钢撑脚与下滑道支架的间隙是保证转体顺利进行的重要工作细节之一，希望能够提醒广大桥梁工程技术人员关注转体桥梁上转盘施工前的各项准备工作，积极防范因为转体系统钢撑脚与下滑道顶紧导致无法正常施工可能带来的风险。
参考文献
[1]徐升桥，尹浩辉.丫髻沙大桥的设计与施工[J].铁道标准设计，2000(5)：9-16
[2]钟启宾，马景含．大里营刚性索斜拉桥转体施工设计新技术[J]．铁道标准设计，1997(2)：26-28
[3]宝成德．桥梁转体施工工艺的研究与应用[J]．辽宁交通科技，2003(6)：15-16
[4]郭 恒．北盘江大桥12 000 t转体球铰的研制与应用[J]．材料开发与应用，2001，16(5)：36-39
Discussion on Problems Related to the Construction
of the Rotary System for Swivel Bridges
ZhangWenge
(The Zhengzhou Engineering Co. Ltd. of the 7th Bureau Group of China Railway,Zhengzhou450052,China)
Key words: construction of the rotary system for bridges;rotary system;ball hinge;sand tube;steel brace
联系客服
