尤爱刚

天津滨海新区投资控股有限公司

摘 要：随着我国基础建设技术的不断创新，桥梁建设更是向着越来越大、越来越重、越来越高的方向发展。当桥梁跨越既有铁路时，通常采用平面转体的施工方法，转体重量从最早的几千吨已发展到现在的几万吨。相对球铰，平铰由于其在加工，精度控制方面的优点，在超大吨位转体中采用较多，但其下平铰底面的密实度一直是施工中的一大技术难题。以保定乐凯大街南延转体桥工程为实例，简要介绍平铰下混凝土浇筑施工、易出现的问题及采取的控制措施，为类似工程施工提供一些参考。

关键词：转体;平铰;施工工艺;

1 工程概况

保定乐凯大街上跨保定南站主桥工程，在保定南站以61.8°左右的交角上跨铁路保定南站，铁路由北向南共跨越铁路线路21股道。为最大限度减少对京广铁路和城市交通的影响，主桥施工采用国际领先的子母塔双转体施工技术，主桥采用(145+240+110) m三跨连续子母塔单索面预应力混凝土斜拉桥，全长495m，双向平面转体、中间合龙施工。母塔转体桥悬臂长(128.6+135) m转体重量46000t，逆时针转体52.4°，子塔转体桥悬臂长2×102m，转体重量35000t，逆时针转体67.4°。这是目前世界上转体桥梁跨度最大、转体吨位最重的转体斜拉桥。

2 转体平铰的构造

2.1 转铰的选择

本工程母塔转体采用5万吨级的平面球铰，平面球铰需承担全部转体结构的重量，其良好的工作性能是转体施工顺利实施的保障。本工程转体吨位超大，从工程安全性、成本控制、结构受力分析等多方面考虑采用平面铰作为转体铰，转体前可进行结构体系称重，转体后可进行姿态调整。

转体桥母塔和子塔均采用平面转体施工法跨越既有铁路，采用以转铰支撑为主，滑道和撑脚支撑为辅的转动体系。母塔与子塔分别采用500000k N和400000k N级的转铰。平面球铰由上下两块厚200mm的定轧钢板采用数控立车而成，上平铰接触面为凸面，通过转台与上转盘连接，上转盘就位于转台上;下平铰接触面为凹面，嵌固于下承台内。上下平铰背部为平面，布置环形肋板加强其整体性，防止加工，运输过程中发生变形，并方便平铰的定位、加强平铰与周围混凝土的连接。

2.2 转体平铰结构设计

为解决大吨位球铰加工运输困难，本工程在现有设计加工经验的基础上，展开专门研究和试验，设计了一种新的可分块拼接的大吨位球面平铰。平铰由上平铰、下平铰、支撑骨架、滑块、定位销轴、剪力钉等组成。上平铰安装在上转盘上，下平铰安装在下转盘上，二者之间为滑块。滑块嵌在下平铰转盘的嵌槽中，滑块表面及滑块间涂满黄油四氟粉。上下平铰均采用200mm厚的钢板分块加工，整体组装。

上平铰:上平铰半径为3.24m，一面为半径为R=33000mm的凸球面，一面为平面。其上焊接纵横肋板及销轴套筒。上平铰平置于滑块之上，浇筑于上转盘中。

下平铰:下平铰半径为3.24m，一面为半径为R=33000mm的凹球面，一面为平面，其上焊接纵横肋板及销轴套筒。整个下平铰通过调平螺栓与支撑骨架连接，浇筑在下转盘中。下平铰嵌槽中安装滑块，滑块储油坑及表面均匀涂满黄油。

支撑骨架:支撑骨架位于下平铰下方，预理在下转盘的预留槽中。下平铰安装好后，后浇预留槽，支撑骨架与下转盘形成一个整体。

3 下平铰混凝土施工的难点

目前常见的转体核心采用球铰结构，其球铰底面形状为球面，球铰中心底面位置和球铰边缘地面位置存在一定的水平相对高差。当球铰下浇筑混凝土时可以依靠混凝土高差产生的侧压力使混凝土充满整个球铰底面，同时能从侧面和振捣孔插入振捣棒，通过振捣棒的震动作用将球铰底面上的气泡从低向高赶出，保证球铰和混凝土之间的密实度。

下平铰底面采用的是水平面且本工程转体重量非常大，平铰直径达6.48m，是目前转体桥平铰最大直径。混凝土浇筑时不能在下平铰底面产生侧向高差，仅通过下平铰上预留的通气孔和振捣孔不能将混凝土与下平铰底面之间气泡全部排出，下平铰底面混凝土密实度无法保证。另外，平铰底部设计有三层环形钢板，且钢板较高，由于环形钢板的存在，振捣棒无法从侧面近距离地插入到下平铰底面进行混凝土振捣。因此下平铰底面的混凝土浇筑是难点。

4 转体平铰结构优化

为了直观的观察下平铰底部混凝土浇筑质量，在施工现场按照1∶1的比例制作了下平铰模型，并进行浇筑试验，发现下平铰模型底面混凝土不密实且气泡较多且集中，进而推断普通浇筑工艺无法保证下平铰底面混凝土浇筑质量和密实度。

通过研究下平铰结构设计图纸，决定增加下平铰预留排气孔的数量，下平铰竖向钢板与水平钢板间布置贯通孔，下平铰水平钢板上增设导流槽来减少气泡的产生。排气孔位置布置如图1所示，并根据下平铰滑块位置进行适当调整;环形钢板、辐射钢板与下平铰底面焊接处布置贯通孔如图3所示，使各个隔舱之间的混凝土能够自由流动减少气泡的产生与聚集，贯通孔每1米设置两个，每个贯通孔长10cm，高2cm，贯通孔位置与焊缝位置冲突可进行调整;导流槽设置在平铰下底面如图2所示，导流槽长度可以随振捣孔位置调整，每个振捣孔环向设置五条导流槽，导流槽宽度为6mm，深度为3mm。

图1 下平铰平面示意图 下载原图

5 试验研究

5.1 浇筑方案比选

为最大程度提高下平铰底部混凝土浇筑质量，减少气泡和坑洞，选用多种混凝土配比，多种混凝土材料、多种混凝土浇筑方法等多次在下平铰1∶1钢结构模型进行浇筑试验。每次试验完成后，检查混凝土浇筑质量，对试验结果进行分析，持续改进浇筑方案(如表1所示)，试验过程混凝土配合比进行调整:

图2 导流槽示意图 下载原图

图3 贯通孔示意图 下载原图

试验1:混凝土采用C50承台普通混凝土，碎石采用5～25mm碎石，粉煤灰等级为II级。C50混凝土配合比为水泥:粉煤灰:矿粉:水:外加剂:细沙:碎石=344:75:106:145:11.6:662:1036。

试验2:根据试验1情况，混凝土调整为细石混凝土，碎石采用5～10mm碎石，因细石混凝土强度保证率相对下降，为保证平铰下混凝土强度不低于C50，将细石混凝土强度等级调整为C60，同时为了增强细石混凝土的抗裂性，配比中增加防水抗裂剂UE***。C60细石混凝土配合比为水泥:粉煤灰:矿粉:水:外加剂:细沙:碎石:防水抗裂剂=386:80:86:165:12.0:708:902:48。

试验3:根据试验2情况，为了减少均匀小气泡的数量，提高混凝土和易性及强度，将粉煤灰等级由II级提高到I级，配合比不变。

试验4:根据试验3情况，为了降低胶凝材料用量，材料中增加硅粉。C60细石混凝土配合比调整为水泥:粉煤灰:水:外加剂:细沙:碎石:硅粉:防水抗裂剂=376:116:153:15.4:800:910:30:48。

试验5:混凝土配合比同试验4，未调整。

试验6:根据试验5情况，为了降低气泡数量，外加剂厂家调整了外加剂配比，将混凝土含气量降至0.5%～1%，同时微调胶凝材料用量，使细石混凝土达到自密实状态。

通过方案比选，最终选用调C60细石自密实混凝土进行平铰下混凝土浇筑，为了减少混凝土收缩后产生的空隙，浇筑完成后3～4d内压注环氧树脂浆液进行填缝。

5.2 环氧树脂浆液

环氧树脂强度高、附着力强、易于调整配比、施工简便等良好的工艺性，可由专业技术人员配制出符合压注、强度、耐久性等条件的环氧树脂浆。混凝土浇筑前在下平铰下方预留环氧树脂注浆孔道，混凝土浇筑完3～4d内压注环氧树脂浆液，环氧树脂浆液28d强度可达90～110MPa，大于混凝土设计强度。

表1 试验情况 下载原图

6 施工措施

6.1 预留注浆孔道

在下平铰盘下方环形钢板预留孔位置，同等间距焊接12根压浆管，压浆管内穿钢绞线，钢绞线端头必须到达下平铰盘中部，待混凝土初凝后抽出钢绞线形成注浆孔道。钢绞线与下平铰盘之间的混凝土在不断抽动钢绞线时会形成大于0.1mm的缝隙，用于环氧树脂注浆，使浆液自下平铰中心向外溢出，填充混凝土与下平铰地面之间的缝隙。

6.2 混凝土浇筑

下平铰混凝土浇筑前与保定气象台联系密切监测预计浇筑日期的环境温度，提前与搅拌站沟通，控制混凝土运输保温，在环境温度和下平铰钢板温度低于30℃时按照第六次浇筑方案浇筑，通过控制浇筑时环境温度和下平铰钢板温度，即保证了混凝土的流动性，也避免了混凝土流动性差及混凝土干缩。浇筑过程中振捣棒穿过振捣孔进行振捣，混凝土与下平铰之间气体由排气孔排出。

同时第三方监测单位在下平铰底面钢板底面和下平铰混凝土处埋12个应力应变片，以监测施工各个阶段混凝土及平铰钢板的应力应变情况。

6.3 环氧树脂浆压注

具有相应资质和业绩的专业工程公司进行环氧树脂浆液的配置和压注，环氧树脂浆通过下平铰预留的注浆孔道及孔道端头上宽度大于0.1mm的缝隙进行压注，严格控制环氧树脂浆凝结时间及固化强度;考虑转体平铰直径非常大，底面积大，本工程控制环氧树脂浆初凝时间不小于6h,3d强度不低于60MPa，压浆压力控制在0.5MPa。根据压注量、压注压力及下平铰周围环氧树脂溢出量，判断浆液压注饱满度。环氧树脂同条件养生试块3d强度达到了65MPa。

7 结语

根据计算结果，母塔和子塔分别选用四台500t级连续千斤顶，四台千斤顶两两一组布置，形成水平旋转力偶。通过拽拉锚固在转台内的31φ17.8钢绞线实现桥梁转体。

经实践证明本工程采用的经调整外加剂后的C60细石自密实混凝土进行下平铰混凝土浇筑，并在混凝土收缩稳定后压注环氧树脂浆液的浇筑工艺，使转体平铰下的混凝土密实度及强度满足了设计要求，保证了下平铰的施工质量，为桥体顺利转体奠定了基础，并为类似工程施工提供了依据。

参考文献

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