转体斜拉桥施工.doc

北京市五环路石景山南站高架桥转体斜拉桥施工马顺昌1 王同民1 严义斌2(1.中铁大桥局集团一公司，郑州 450053；2.交通部科学研究院，北京 100029)摘要：通过对转体斜拉桥全过程施工要点的介绍，指出了其施工过程中的难点，可为同类桥梁施工提供有益的帮助和启示。关键词：转体，斜拉桥，施工1 桥梁概况本桥结构形式为：45m+65m+95m+40m四跨连续独塔单索面预应力砼部分斜拉转体高架桥，双向六车道，塔、梁、墩固结。全桥位于空间曲线上，其平曲线半径为1900m，竖曲线半径为16000m，线形复杂。主梁采用单箱三室大悬臂C50预应力混凝土箱梁结构，箱梁顶板宽28.76m、底板宽17.0m、梁高2.5m，箱梁整体向曲线内侧呈2%坡度倾斜。主梁采用三向预应力体系。在斜拉索下锚固区，采用了三向预应力体系对锚块进行加强，使强大的索力传递给箱梁梁体。本桥主墩采用下部中心距为10.0m的C50砼双薄壁下塔柱，柱高约10 m、宽12 m、厚2.0m。转体完成后与承台固结，形成塔梁墩固结的斜拉桥体系。主墩基础承台厚5m，其中转体施工阶段4m，余下1m在转体施工完成后现浇。承台下为18根1.5m钻孔灌注桩。为了加强顺桥向刚度，改善景观效果，主塔采用了顺桥向的倒“Y”形结构，采用C50砼，主塔顶部高19.0m，其中锚固区高12m，倒“Y”字“V”型下塔柱高20.0m。全桥共设斜拉索六组，每组斜拉索由2根OVMPES（FD）7-451低应力新型索体加双层PE热挤聚乙烯保护层的拉索构成，钢丝为极限抗拉强度为1670Mpa高强低松弛镀锌钢丝。桥面铺装15cm(其中C50钢纤维混凝土厚度为7cm， 沥青混凝土的厚度为8 cm)。桥面外侧采用PL3级、中央带采用PL2级防撞护栏，铁路上方的上侧防撞护栏上增设2.2m高防抛网。道路等级为双向6车道高速公路，设计行车速度为100公里/小时。桥面宽度为28.76米,计算活载为汽-超20,验算活载为挂-120。桥下铁路净空为9.0米,抗地震烈度为8度。2 工程特点本桥是北京五环重点工程之一，也是2008年奥运会配套工程之一。本桥最大的特点是其下跨越7条运营的铁路线，铁路运营繁忙。主跨斜拉桥施工采用转体施工，施工的难点在于在既有线旁施工（结构物外轮廓线离线路中心最近处仅12.38m），承台、箱梁及转体施工时的防护和接触网的改造等给施工带来极大不便。本桥另一特点是工期紧张。必须保证在短短的8个月内完成这么一座技术含量很高的现代桥梁的施工和检验。3 施工方案根据本桥的结构特点，和转体要求，针对基础、球铰、上转盘、主塔、主梁、预应力、斜拉索、转体、桥面系施工及其它辅助结构采用了不同的施工方案，具体如下：3.1 基础施工本桥共5个桥墩，均为挖孔桩承台基础。其中3号主墩承台下共有18根1.5m的挖孔灌注桩，桩中心距4.2m，桩长26.1m。开工之初采用了旋挖钻机、套管钻机进行施工，但由于孔内地质与勘察严重不符，后变更为挖孔施工，施工时边开挖边进行护壁，施工过程中，在孔内发现大量的漂石，其中最大的漂石重达6.4吨。此外，在挖孔至桩底时，发现有一定量的地下水。桩身砼的灌注，采用导管浇注混凝土。一般承台施工为机械开挖，人工清底，并采用砖砌24挡墙护壁，对3号墩承台，由于距现有铁路线距离近，开挖深度达6.6m，所以砖砌48挡墙进行了坑壁支护，保证基坑边坡不坍塌。基坑坑底采用C10垫层混凝土。所有桩头均采用人工处理，采用无破损检测。承台尤其是3号墩承台，由于砼方量大，施工时优化了配合比设计，并采用在砼内布置循环水降低混凝土内部温度的方法，很好的控制了承台砼内外温差，避免了水化热的危害，确保了工程质量。本高架桥主桥共设5个桥墩，其中1#墩、5#墩墩柱为直径2.0 m的双圆柱式墩，墩柱最低高度为8.40m，最高高度为9.80m，墩柱顶设置变高度盖梁；2#墩采用直径为1.65m的双圆柱式墩，最大高度为10.5m，墩顶无盖梁，直接放置板式支座。因工期紧，施工任务重，施工时1#、2#、4#、5#墩墩柱混凝土均采用一次浇注。模板采用精加工的优质钢模板，确保墩柱施工后达到外美内实，线条流畅，棱角分明且颜色一致。盖梁采用碗扣式钢管脚手架作为支架，在其上拼装模板进行施工。3.2 球铰安装转体球铰位于3#主墩，它是整个斜拉桥平转过程中的承重受力构件，为了提高球铰的加工质量，保证加工精度，特将此球铰加工委托给中国船舶重工集团公司下属的七二五研究所加工，该研究所针对设计提出的技术要求，专门制定了该桥的转体球铰技术方案，并对球铰的关键部件摩擦副结构进行了压缩应力应变试验、压缩破坏试验、压缩蠕变试验、压缩疲劳试验、模拟工况的磨擦磨损试验，完全满足了使用要求。转体球铰安装时，先在承台钢筋上固定好用劲性骨架制作的球铰定位底座，然后用吊机吊放下球铰就位并用螺栓固定于劲性骨架上。检查合格施工后再灌注底座混凝土。待混凝土固化后，清理上下球铰球面，并在球面上涂抹配制好的黄油四氟粉。然后在中心销轴套管中放入黄油四氟粉，将中心销轴放到套管中，调整好垂直度与周边间隙。在下球铰凹球面上按照顺序由内到外安装聚四氟乙烯滑板，用黄油四氟粉填满聚四氟乙烯滑板之间的间隙，使黄油面与四氟滑板面相平。最后将上球铰吊装到位，套进中心销轴内。球铰安装完毕对周边进行防护，确保杂质不进入到摩擦面内。3.3 上转盘与下塔柱施工3号墩上转盘是在转体球铰上球铰安装完成后进行的。施工时采用竹胶模板制成球面，与上球铰相接，下用12对砂箱抄垫，然后在模板内安装钢筋与预应力，最后浇注砼。上转盘下预设12组共24个500t钢管砼撑脚，在浇注上转盘砼前单独浇注。上转盘施工时必须预留撑脚与滑道间足够的间距以满足转体时的需要。上转盘砼达到强度后，在其上安装A型体外支撑，以体外支撑作为立模支架，安装模板并设钢筋定位支架，在模板内安装钢筋并采用泵送商品混凝土进行浇注。下塔柱模板采用大型钢模，9m高度一次浇注完成。3.4 主梁施工北京石景南站斜拉桥为45m+65m+95m+40m四跨连续的单箱三室箱梁结构，其平曲线半径为1900m，竖曲线半径为16000m，砼级别为C50。箱梁顶板宽28.76m、底板宽17.0m、梁高2.5m，箱梁整体向曲线内侧呈2%坡度倾斜。主梁采用三向预应力体系。特别是在缆索下锚固区，采用了三向预应力体系对锚块进行加强，使强大的索力传递给梁体。全桥箱梁全部采用碗扣式钢管支架浇筑，其分七段进行浇注，具体如下：位 置5#墩合拢段3#墩合拢段1#墩块 号4#块6#块2#块0#块1#块5#块3#块总长度(m)37.111.272.728663.526.5箱梁施工前，对所有箱梁以下地表进行清表、碾压、浇注C30砼进行硬化。再在硬化过的场地上进行碗扣式钢管支架的拼装，并安装底模、侧模。由于工期紧张，模板无法倒用，故采用竹胶模板。内模则事先按主体结构图进行预制成整体，采用250KN与800KN汽车吊机吊装就位。主梁在下塔柱施工完成并养生达到设计强度后开始，首先施工0号块，其中0号块、1号块、2号块为斜拉桥转体段，在平行于铁路线位置施工，与桥浇注时与桥轴线夹角约49度。3块和4号块为边跨现浇段，在桥位浇注。5号、6号块为合拢段，在转体就位后采用临时钢支撑将合拢口锁定后进行浇注。3.5 主塔施工主塔柱的下部采用型钢焊成A型钢支撑作为体外支撑，施工脚手架采用钢管脚手支架，模板采用大面积覆膜钢模板进行施工。钢管支架采用普通钢管脚手架，由于塔柱高度较高，脚手架达到40m左右，为确保支架的稳定与抗风影响，管支架与墩柱之间设平联，且每个平面内加强了斜撑。主塔内的劲性骨架在钢结构厂按塔柱浇筑节段分六段加工成型，然后运到现场，用塔吊起吊，整吊对位并安装。底节在在箱梁0号块浇注时设钢支撑架预埋劲性骨架首节。其它各节由H3/36B塔吊配合，将加工成整体的劲性骨架吊放就位，再由熟练的电焊工现场对每一个接头采用等强对焊连接。施工中加强了空间尺寸检查，并确保焊接质量。主塔钢筋均按设计图加工成型，主筋预先车丝，并按照浇筑节段高度下料，接头要按设计及规范要求错开。主筋现场采用等强直螺纹接头新工艺连接。在主塔斜拉索锚固区采用环向预应力体系，预应力束全部采用7-75预应力钢铰线，钢铰线固定端采用0VM15-7P锚具，张拉端采用新研制的低回缩量BSM15-7型锚具，预应力管道采用波纹管制孔；顺桥向沿塔柱两侧共布置N3共78根，横桥向沿塔柱两侧共布置N1共 62根，N2共18根，总计环向预应力束共158根；均采用单端张拉，张拉时锚下有效应力控制在1413.6Mpa，张拉端交错布置。预应力束预先套入波纹管内，做成组合件，整根安装。索道管的安装定位是塔柱施工的关键工作，直接影响主塔施工进度，为控制好索道管的位置，施工时特别设计和制造了索道管的定位支架。利用支架上的微调设施，精确地调整位置，保证设计精度。索道管与锚垫板提前加工成组焊件，并预先在锚板和索管上标识控制点和控制中线。索道管安装时根据塔柱预拱度及桥梁线型数值提前设了预偏量，使缆索张拉及成桥后缆索在索道管口处居中。模板采用大面积覆膜钢模板，翻模法施工，由于塔柱节段高度大，模板采用精轧螺纹钢作为对拉筋，以减少对拉筋数量，确保砼外观质量。砼采用C50商品砼，养生采用浇水自然养生。3.6 预应力施工本桥箱梁预应力体系最为复杂，为三向预应力体系。箱梁预应力体系主要分以下几部分，箱梁纵向预应力、箱梁顶板横向预应力、箱梁横隔墙(板)横向预应力、箱梁斜腹板和中腹板竖向预应力、以及箱梁内斜拉索下锚固区预应力筋。所有预应力体系中采用两种不同的材料，一种为75钢铰线，另一种采用32mm精轧螺纹。箱梁纵向设有32束27-75钢铰线、19-75钢铰线18束、5-75钢铰线232束。顶板横向设3-75钢铰线488束。箱梁横梁设横向5-75钢铰线76束。腹板竖向设32精轧螺纹978根。斜拉索下锚固区设BSM5-75钢铰线98束，7-75钢铰线190束。整箱箱梁采用75预应力钢铰线约271.73t，高强精轧螺纹粗钢筋19.29t，各种型号波纹管约3.38万米，锚具共4224套。此外，1号和5号墩盖梁设有横向预应力钢铰线、转盘设有水平纵横向19-75钢铰线和竖向32精轧螺纹钢、主塔锚固区设有纵横向BSM7-75低回缩预应力钢铰线。波纹管现场加工，钢铰线现场采用砂轮机切割下料，并留足工作长度。波纹管安装在钢筋安装过程中穿插进行。波纹管采用间距为0.5m的钢筋定位网定位。精轧螺纹钢安装前将波纹管、螺旋筋、精轧螺纹钢、锚垫板、锚固螺母按设计要求组装成组合件，安装时整体安装。安装过程中预应力施工中位置优先原则是：首先保证纵向，其次是横向，再次是竖向预应力，最后是普通钢筋。预应力钢铰线穿束采用卷扬机牵引，整束穿束。短束采用人工牵引，单根穿束。预应力张拉主要采用YCW650A、YCW400A、YC25A、YDB6000、YG60A、YDC1000、YDCN1500等各种型号的千斤顶张拉，张拉时采用油泵为ZB-400、ZB-500型。主梁预应力总体张拉顺序是纵向横向竖向。预应力钢铰线的张拉程序：010%k103%kk持荷5min锚固。预应力精轧螺纹钢的张拉程序：0初应力k持荷2min锚固。纵向预应力筋的张拉顺序分以下几个阶段张拉：第一阶段：在梁体砼强度达到C40时，采取拆模后只拆不移走模板的方法，立即进行张拉，以防止梁体发生早期裂缝，张拉数量与张拉力初步确定为50%。第二阶段：终张拉。在砼强度达到设计强度C50且砼弹模达到设计要求、砼龄期满足10天后方可终张拉。终张拉时对前一阶段初张拉的预应力要进行补张拉。补张拉完成后将模板移走。张拉完成后及时对夹片外多余钢铰线进行切割，并封锚、灌浆、封端，并对封端砼进行养护。浆机具采用3m3/h活塞灌浆泵、250L搅拌机和1m3储浆罐进行。3.7 斜拉索安装斜拉索进场后，进行检查验收后采用专门的放索小车展开，再用塔吊与汽车吊机配合将斜拉索提升到梁面滑道上，用缆索吊机先挂塔端，再挂梁端。塔端挂设时，在缆索塔端距索头5-8m处安装塔吊主吊点。用塔吊将缆索提升至塔端索道管口。在塔内焊好的塔内牵引吊点上挂设50KN手拉葫芦，与塔吊配合将缆索吊起并将索头喂入索道管，将索头螺母戴上，拧至螺母位于内灌环氧铁砂的实体部位。通过手拉葫芦或小型螺旋顶，将索头调整至索头的轴线与索道管锚板中心重合，并在螺母下部至少三个方向用小型钢卡紧并焊接固定，防止在挂设梁端时塔端索头移位。梁端挂设时，在梁面上安装50KN卷扬机和滑车组，在索头上安装索夹，与卷扬机滑车组相连，在距索头合适位置安装主吊点。牵引索头到距索道管约4m处。在梁端索头上安装软牵引吊点，安装前将已经挤压了挤压锚的钢铰线穿入吊点内，作为软牵引索。在箱梁内安装牵引千斤顶，用千斤顶将牵引钢束收紧，使卷扬机及其钢丝绳不受力，拆除卷扬机钢丝绳及索夹。开启油泵软牵引索头至索头露出索道管锚板，并及时戴上螺母。缆索的张拉时采用HVM120MN千斤顶与ZB630型高压油泵配合张拉。缆索张拉的顺序是先曲线外侧，再曲线内侧，先短索，再长索。初始张拉力为10000KN。3.8 转体施工转体施工是本桥的难点，整个转体的实现是靠牵引上转盘上预埋的钢铰线实现的，起动阶段，在上转盘周边设4组助推千斤顶助推。转体在斜拉索挂设并张拉完，将梁下支架全部拆除，并称重后进行。称重主要是检查斜拉桥体系的自平衡状态，确定转体的稳定力矩，采用箱梁两悬臂端所设临时称重反力架、千斤顶与传感器、位移计共同测量。方法是顶升任意一侧的千斤顶，取转体开始转动时传感器反力值推算梁体对于球铰中心的不平衡力矩。本桥由于结构尺寸控制很好，实测不平衡力矩与设计一致，完全达到了自平衡，在转体过程中箱梁未加配重。本桥平转牵引系统由上转盘施工中预埋的两束钢铰线组成，钢铰线缠绕于上转盘周边，自由端引入千斤顶反力座预留槽口内。采用连续张拉千斤顶牵引。为克服转体起动时的静摩擦力，在助推反力座与钢管砼撑脚间设数组助推分配梁，安装助推千斤顶进行助推。为了保证转体过程中，对可能出现的偏移及时调整，在转体施工前安装微调及限位装置，微调装置主要有纵向微调装置和横向微调装置，均采用千斤顶。限位装置则采用限位分配梁，安装于钢管撑脚与助推反力座之间进行。转体过程中的测量标志主要是轴线测量点、线形监控标志、转体线速度控制点。转体时，向铁路局“要点”，通知铁路部门，对铁路道口实施封闭，再正式转体。收紧平转牵引索，并在索力达到牵引力时持荷不动。开启助推千斤顶，在转盘中心对称位置按1000KN分级加载助推力，直到结构开始启动。牵扯引索同时跟进，连续张拉牵引，使整个转体结构匀速平转，并将主梁端部水平线速度控制在1.2m/min以内，平转角速度不得大于0.02rad/min。上转盘外缘线速度约120mm/min。匀速平转时，监测人员实时监测，测量人员反复观测塔柱轴线偏位，梁端部位高程变化。并将结果汇总报设计院，设计院现场检算并指导转体实施。当匀速平转至梁体边缘接近边墩时，应观测梁底标高与墩顶间支撑结构的高差情况，必要时对梁端标高进行调整。当转体部分梁端中心线与边墩现浇段中轴线端头相距设计位置1m时，降低牵引索千斤顶的供油量，对整个平转体减速。当转体部分梁端中心线与边墩现浇段中轴线端头相距设计位置约距设计位置0.5m时，采用手动点动，至转体部分梁体与边墩现浇段梁体中轴线重合。最后，采用牵引系统及梁端所设临时墩，对转体进行精定位，定位后合拢时中线误差为2mm。精确定位完毕，达到合拢条件后，方可将转体千斤顶等设施全部拆除。3.9 桥面系及其附属工程的施工根据本工程的特点、工期与设计要求，本桥桥面系的总体施工顺序分以下几个阶段进行。第一阶段：转体段转体前，先进行两侧的挂板、桥面以下照明设备等的安装，接着进行桥面两侧的防撞护栏施工，并安装跨铁路线的防抛网。第二阶段：转体后，依次完成全桥桥面外侧防挂板、防撞护栏施工。随后进行中央分隔带施工。第三阶段：桥面施工。在护栏施工完成后，再进行防排水系统安装，主要是桥面泄水孔和灯柱手井孔，安装完成后再成幅进行桥面钢纤维砼施工。桥面