主桥跨越运营繁忙的京包铁路,根据工程项目地点的实际情况而设计跨越京包铁路。该桥为双幅一孔跨越京包铁路,主桥上部转体部分跨越铁路为2×69m单T变截面连续箱梁,在铁路两旁搭支架现浇,浇筑完成后转体合拢。单幅转体总重量W=12000t,左右幅同步顺时针转体角度为62.5°,转盘直径15.3m,球铰平面半径为1.95m。转体由转体下转盘、球铰、滑道、撑脚、上转盘、转体牵引系统等组成。
转体桥施工的关键点:每幅各2台200吨连续牵引千斤顶等力连续施加平衡力,依球铰中轴为圆心转动至设计的位置。施工中现场设置的主控台及摄相装置实时反馈信息到指挥室投影屏幕上,指挥人员依据反馈数据,准确指挥转体到设计位置。转动质量在我国连续刚构桥转体中,吨位是较大的,因此配重和施工过程中精度控制的难度还是比较大的。
2.4主梁施工
主梁采用搭支架现浇施工。在搭设支架前,先对支架范围内的地基进行处理。再铺设10cm厚C20混凝土找平,支架搭设好后,预压质量为箱梁恒载的1.2倍。主梁现浇箱梁混凝土等级为C55,浇注混凝土时,严格控制混梁凝土的坍落度,箱梁浇注在保证坍落度的情况下采用混凝土泵车及地泵进行。
2.5转体准备及试转
首先进行梁体称重,再根据称重结果进行配重,使得转体箱梁在转动过程中处于最稳定的状态。本桥根据实测结果算得,左幅大桩号方向配重重量约为12t,其中心置于距离铰中心60m处,右幅小桩号方向配重重量约为30t,其中心置于距离铰中心60m处。对于横向偏心,在纵向配重时有意侧重横向轻的一侧首。
在转体试转之前拆除箱梁现浇支架,随时掌握天气变化情况和施工现场的风压,若风压超过设计施工阶段风荷载设计标准,应采取安全稳固措施,确保梁体稳定。
首先调试牵引系统,清理砂箱、滑道,拆除平转障碍,辅助千斤顶安装到预定位置后,启动牵引千斤顶使转动体系转动,在平转就位处设置限位器,防止出现转体过度。
为检查转体过程中转体体系结构是否稳定,关键受力部位是否发生变形开裂等异形情况,观察牵引设备的性能以及测定上下球铰间的摩擦系数,预紧钢铰线,故而在正式转体之前进行试转体,试转体一切正常方可进行正式转体。
2.6转体
同步张拉牵引千斤顶,能按设计值转动转体体系,直至撑脚水平位移观测确定启动。张拉时控制张拉牵引索匀速平转,主梁端部水平线速度控制在1.24m/min以内,平转过程中测量人员反复观测轴线偏位,梁端部位高程变化。
平转基本到位(距设计位置约lm处)减速,降低平转速度,距设计位置0.5m处,采取点动操作,并与测量人员配合确认点动后梁端弧长在距设计位置0.lm处停转,测量轴线,根据差值,精确点动控制定位,防止超转。
转体就位后,精确调整转体倾斜位置,采用钢抄手进行抄垫8对撑脚固定,并立即用电焊将钢抄手同上支撑顶面钢板、下盘环形滑道预埋钢板进行全面焊接,保证精确就位的结构不致发生轻微偏移。
2.7转体封盘施工
待转体旋转到位时,利用水准仪、全站仪精确校核桥梁的高程及轴线符合规范要求,安装上下盘之间的1m的模板,根据现场情况,在模板周围对称留8对砼入模口,保证砼入模及砼浇筑振捣密实,待砼达到2.5Mpa时压浆填满缝隙。
三、针对转体过程中可能发生的紧急情况制定如下对策
(1)不能在规定的封锁时间内完成转体任务:
当预计到不能在规定的时间内完转体任务时,应提前30分钟通知驻站联员,本次施工任务不能按规定时间完成。
不能在规定的时间内完转体任务时由以下原因
①初次牵引,千斤顶牵引不动。
理论上四氟板的摩擦系数很小(≤0.1一般在0.06~0.09),但由于施工现场环境的差异的各种因素的存在,牵引初期的摩擦系数还是较大的。
用安装准备好的2台200T千斤顶组成力偶助推系统。
助推系统应在试转前安装、调试好,以便随时可以投入使用,以增加施工紧凑性,保证施工进度。
②在转体过程中滑道四氟板发生阻碍。
立即停止转体,用事先准备好切割设备,切割滑道上的撑脚或切割部分四氟滑板。
③在转体过程梁的两端发生不平衡。
立即停止转体,用事先准备好水泵对重的一端,标有刻度水箱进行排水减轻重量,使梁体两端平衡。
④在转体过程中突然停电。
立即停止转体,用事先准备350KV发电机(保证在5分钟内运行正常)立即起动。
⑤在转体过程中突然发生大风、大雨。
立即停止转体,用事先准备好的钢抄抄紧撑脚或用型钢(600×8mm钢管)支撑上下承台。
(2)在转体过程中,桥上的施工机具坠落伤击铁路电网及铁轨:
在转体前,清理桥面所有的施工设备及杂物,同时临边防护杜绝有坠落物。
(3)在转体过程中,由于观看人员多,防止意外伤害:
在转体前,转体施工范围内拉上警戒线及作业区危险提示,同时配备足够的安全防护人员进行值勤,保证观看人员不得进入施工作业区域及铁路线内。
(4)在转体过程中,由于施工连续张拉千斤顶发生故障:
在转体前,转体施工现场备份二套连续张拉千斤顶及易损配件,保证设备及时更换。
四、转体施工监测
4.1平面转体检测技术参数
4.1.1静摩擦力和动摩擦力
其摩擦力计算公式为:
转体总重量W为120000KN
其磨擦力计算公式:F=W×μ
启动时静磨擦系数按μ=0.1,静磨擦力F=W×μ=12000KN
转动过程中的动磨擦系数按μ=0.06
动磨擦力F=W×μ=7200KN
转体牵引力计算:
T=2/3×(R×W×μ)/D
R为球铰平面半径,R=1.95m
D为转台直径,D=15.3m
转体角度:θ=62.5°
μ为球铰磨擦系数,μ静=0.1,μ动=0.06
计算结果:
启动时所需最大牵引力T=2/3×(R×W×μ静)/D=1020.1KN
转动过程中所需牵引力T=2/3×(R×W×μ动)/D=612.1KN
动力储备系数2000KN/1020.1KN=1.96倍
钢绞线的安全系数:
19根/台×26T/根/102.1T≈4.84倍
计算结果表明千斤顶动力储备和钢绞线的安全系数均达到了本类型工程施工的要求。
4.1.2转体时间的计算
千斤顶的牵引理论速度(mm/min)=泵头流量(L/min)/(2×伸缸面积)
理论上由于泵头的实际流量可根据要求从0到40L/min进行选择,所以转体的速度可根据设计的要求而设定在规定的时间范围内实现施工要求。
根据转体角度62.5°及上转盘半径7.65m,计算出钢绞线牵引长度L=8.345m,69米梁端转过弧线长度为75.23m;
现将ZLD.B泵站流量调整为24L/min
计算出千斤顶动作速度V=(24÷0.163992)×60=8.8m/h;
转体所用时间t=L/V=0.94h=57min;
牵引钢绞线速度:0.15m/min;
转体角速度:1.1°/min,即0.019rad/min;
转体悬臂端线速度:75.23÷57=1.32m/min;
根据《公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50-2011)》规定,转体角速度不大于0.01~0.02rad/min,转体悬臂端线速度不大于1.5~2.0m/min。上述计算数据均满足规范要求。
4.1.3同步性的保障
本工程一套转体系统采用可调节流量的柱塞泵头,可根据设计要求实现无级调速,设备在安装调试时,已调到规范要求使两边同步。但由于实际上两幅桥的摩擦系数因施工现场环境的差异而有所不同,在转体过程中根据测量数据,改变泵头流量加快或减慢转体速度,使两幅桥的转体速度达到同步。如4000KN的牵引力转不动时,应当停止本次转体施工,检查清楚转动力非正常增大的异常情况后再进行转体施工。
ZLD200自动连续顶推系统,在每台顶最多可配置19根钢绞线,满载功率时油路系统压强在26Mpa,可正常运行顶推2000KN;千斤顶超载时,压强在50Mpa下,每台顶可达4000KN的顶推力都均在ZLD200千斤顶的正常安全使用范围。
4.1.4两点等力同步牵引的保障
两点因摩擦力等因数影响,对关键的转体安全施工是个难点。牵引两点钢绞线位移同步控制在转体施工中的重要性,应当绝对让位于牵引两点等力同步牵引控制之后。在每个转盘分别独立的液压系统,采用计算机程序控制,实时比对,用电脑程序准确控制至设定的压力差范围内,实时比例控制每个转盘分别独立的液压系统电磁阀平衡工作。这一关键控制技术经此工程施工中得到完善,将极大的保证转体工程的安全施工。
4.1.5转体不平衡力矩现场配重计算
现浇梁施工过程中不可能做到转动球铰两侧完全对称,因此一定存在不平衡力矩,这对转体施工安全是极其不利的,因此在转动之前要进行不平衡力矩测试。
(1)转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩
在转动体重心偏向的另一侧承台实施顶力P1,当顶力P1逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间,有:P1*L1-MG=MZ ①
式中:MG为转动体不平衡力矩;MZ为球铰摩阻力矩。
在转动体重心偏向侧承台实施顶力P2,当顶力P2逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间,有:P2*L2=MG-MZ ②
(2)转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩
不平衡力矩:MG=(P2*L2+P1*L1)/2 ③
摩阻力矩:MZ=(P1*L1-P2*L2)/2 ④
(3)摩阻系数及偏心距
球铰静摩阻系数:μ=MZ/(0.98*R*N) ⑤
转动体偏心距:e=MG/N ⑥
式中:R为球铰中心转盘球面半径;N为转体重量。
根据本桥三号墩的实测结果,本桥P1=1421kN,P2=439kN, L1=L2=7.65m,根据公式⑤和⑥计算得:
球铰静摩阻系数μ=3756.15/(0.98*1.95*120000)=0.016;转动体偏心矩e=7114.5/120000=0.059m。则配重重量P配=7114.5/60=119KN,即配重重量约为12t,其中心置于距离铰中心60m处。