北盤江大橋轉(zhuǎn)體施工中的預(yù)應(yīng)力控制系統(tǒng)

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簡介： 由中鐵二院設(shè)計、水柏鐵路公司承建、中鐵大橋局三公司施工的水柏鐵路北盤江大橋，于2001年12月順利轉(zhuǎn)體合攏，開創(chuàng)了轉(zhuǎn)體施工的新紀元，是世界建橋史的又一里程碑。此橋橋面與谷地相對高差達300米，河床呈“U”型深谷，其谷寬約200米，軌底至谷底280米，是國內(nèi)最高的鐵路橋。大橋橋長468米，主跨為236米上承式鋼管砼單線鐵路拱橋，為鐵路建橋史上首次采用，居世界首位。該橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高、施工難度大，單轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力控制一項就很值得一提。
關(guān)鍵字：盤江大橋 轉(zhuǎn)體預(yù)應(yīng)力 控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)體預(yù)應(yīng)力控制系統(tǒng)包括扣索、背索、上轉(zhuǎn)盤縱向預(yù)應(yīng)力筋。轉(zhuǎn)體前通過交替張拉扣索、背索、上盤縱向預(yù)應(yīng)力筋，使轉(zhuǎn)體系統(tǒng)自身平衡，通過拽拉牽引系統(tǒng)實現(xiàn)兩半拱同時轉(zhuǎn)動，在江中心合攏。單鉸轉(zhuǎn)動總重量達一萬二千噸，為世界同類橋梁之最。

　　一、轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)組成及施工方案

　　1、 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)組成

　　轉(zhuǎn)體系統(tǒng)包括：半跨鋼管拱；交界墩索塔；扣索背索系統(tǒng)；上盤及平衡重；轉(zhuǎn)臺、撐腳和基礎(chǔ)；拽拉牽引系統(tǒng)。

　　轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)各部分構(gòu)造：

　　半跨鋼管拱拱腳以臨時鉸鑄鋼支座支承于轉(zhuǎn)體上盤兩翼，拱上端以扣索拉錨于交界墩頂部，交界墩頂部又以背索拉錨于轉(zhuǎn)體上盤后端，交界墩底部與上盤固結(jié)；轉(zhuǎn)體上盤座于轉(zhuǎn)臺上，以1.2萬鋼聚四氟乙烯盆式球鉸支座支承于基礎(chǔ)上，并以六組均布的撐腳輔助支撐于下盤頂面環(huán)道上，確保水平轉(zhuǎn)動時三點支承和轉(zhuǎn)體穩(wěn)定；水平轉(zhuǎn)動牽引索錨固端則預(yù)埋于轉(zhuǎn)臺側(cè)面圓周上，張拉端以千斤頂傳到預(yù)埋于下盤砼基礎(chǔ)頂面的鋼支撐上。合攏段長度2.6米，滿足轉(zhuǎn)體空間的需要。

　　2、轉(zhuǎn)體施工方案

　　北盤江大橋鋼管拱采用南北兩個轉(zhuǎn)體，分別水平轉(zhuǎn)動到位，豎向微調(diào)轉(zhuǎn)動至設(shè)計位置，這種轉(zhuǎn)體合攏的方法，是橋梁安裝架設(shè)的新方法。它具有結(jié)構(gòu)合理、受力明確、工藝簡便、施工設(shè)備少、節(jié)約施工用料、安全可靠、合攏速度快等優(yōu)點。

　　兩半拱在兩岸預(yù)拼成型，然后分別分束對稱安裝上盤縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線束、背索和扣索。使用YCW400、YDC240Q、YCW250穿心式千斤頂，按設(shè)計張拉程序通過分級、交替、對稱張拉上盤縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線束、背索、扣索。拆除鋼管支架上的支承座并形成拱架脫空狀態(tài)，在交界墩后側(cè)的上盤頂面布置平衡重，拆除上轉(zhuǎn)盤盤尾硬支撐。此時轉(zhuǎn)動體系自身平衡，它以1.2萬噸鋼球鉸和內(nèi)保險腿支承于下盤基礎(chǔ)上，其余各點均脫空成轉(zhuǎn)體狀態(tài)。

　　南北轉(zhuǎn)體以4臺QDCL200-200級連續(xù)、自動、同步、液壓牽引張拉千斤頂拽拉，通過牽引纏繞并預(yù)埋于轉(zhuǎn)臺圓周上的12Φ15.24鋼絞線束，形成轉(zhuǎn)動體系的水平轉(zhuǎn)動純力偶，同步勻速連續(xù)地將南北岸半跨鋼管拱按逆時針方向分別水平轉(zhuǎn)動180°和135°。

　　兩半跨拱肋轉(zhuǎn)體到位后，需要精確測量拱肋線形和位置，若偏差超出規(guī)范要求，需要以相應(yīng)的千斤頂進行橫向傾斜、軸線橫向偏位和豎向偏差微調(diào)。拱肋線型調(diào)整滿足設(shè)計要求后即將上盤豎向、橫向、縱向鎖定固結(jié)，實施跨中合攏。                 

　　二、鋼管拱脫拱拉索張拉

　　鋼管拱桁架在支架上拼裝焊接成型，經(jīng)測量線型和檢驗焊縫并滿足設(shè)計要求后，安裝前扣點上下錨梁及鞍座，進行扣索、背索的穿束和張拉。

　　張拉的千斤頂、油泵、油管路及油表應(yīng)認真檢修，按規(guī)定必須進行千斤頂、油泵、油表配套精密標定。

　　1、 縱向預(yù)應(yīng)力筋、背索、扣索張拉

　　1.1、縱向預(yù)應(yīng)力筋

　　上盤縱向預(yù)應(yīng)力筋由1860Mpa級48束19Φ15.24和16束4Φ15.24鋼絞線組成，其錨下控制應(yīng)力σ_k=0.75σy＝1395Mpa。19Φ15.24鋼絞線束張拉力3700KN，總張拉力達177600KN。

　　4Φ15.24鋼絞線束前端為P錨，后端為張拉端，用STM15-4錨具。19Φ15.24鋼絞線束兩端均用STM15-19錨具；19Φ15.24鋼絞線束前端為自錨固端，工作長度30cm，以套筒將夾片打塞，套筒為2kg，打塞沖程20cm，每束19副夾片后端應(yīng)平齊，防止夾片松動滑絲。所有縱向預(yù)應(yīng)力筋束均在上盤尾部采用單端張拉，以YCW150和YCW400千斤頂按20％100％的張拉力對稱張拉并頂塞錨固，頂塞壓力30 Mpa。

　　1.2、背索

　　背索采用1860Mpa級42束19Φ15.24鋼絞線束，背索每束長度為66.5m。下端為錨固端，用STM15-19錨具錨固于上盤尾部底面；上端為張拉端，用STM15-19錨具錨固于交界墩墩帽頂面兩側(cè)。張拉控制應(yīng)力σ=860Mpa，應(yīng)力系數(shù)K_σ=860/1860=0.46，每束拉力2285.7KN，總拉力96000KN，向下壓力95632KN，向后水平力8402KN。

　　背索采用單束19Φ15.24整體制束、穿束和張拉。制束時鋼絞線應(yīng)梳理整齊，用扎絲捆扎；穿束前，其上端應(yīng)用錨環(huán)夾片臨時固定，用吊機吊住鋼絞線束自上端向下端穿束。

　　背索上下兩端均采用STM15-19錨具和普通夾片；下端為錨固端，工作長度30cm，以套筒將夾片打塞，套筒為2kg，打塞沖程20cm，每束19副夾片，后端應(yīng)平齊，并用限位板錨固于啦叭錨墊板上，防止夾片松動滑絲。上端為張拉端，工作長度70cm，整束編制和穿索；以YCW400千斤頂整束張拉并頂塞錨固；上下游兩束背索應(yīng)同時交替張拉，按30％60％100％三級交替進行，以確保交界墩不扭轉(zhuǎn)。張拉伸長量（30％100％）327 mm，頂塞壓力30 Mpa。

　　1.3、扣索

　　扣索采用1860Mpa級8束12Φ15.24鋼絞線束，扣索前后錨板端距離 122 m，垂度增加 0.112 m；扣索下料長度123.5 m。鋼管拱前端為錨固端，墩帽后端為張拉端。扣索張拉控制應(yīng)力σ=707Mpa，應(yīng)力系數(shù)K_σ=707/1860=0.38，每束拉力1187.5KN，總拉力9501KN，張拉伸長量為458 mm。

　　扣索布置：前端用P錨錨于拱肋下弦E₃節(jié)點處的扣點錨梁底，經(jīng)過拱肋上弦A₄ 節(jié)點轉(zhuǎn)向支承結(jié)構(gòu)，到交界墩墩帽，再以STM15-12錨具錨固于交界墩墩帽上。鋼絞線在前上錨梁的鞍座槽面應(yīng)墊以聚四氟乙烯板滑塊，以減少其在轉(zhuǎn)向鞍座內(nèi)的摩擦力，確保傳力均勻。

　　扣索前端的P錨，應(yīng)按規(guī)定擠壓成型，成型P錨應(yīng)逐根檢查，確保錨固質(zhì)量；后端為張拉端，采用STM錨具，以YDC240Q、YCW250千斤頂張拉，并采用工具夾片錨固。

　　扣索鋼絞線應(yīng)逐根安裝，逐根調(diào)整其初張力和撓度，確保各束12根鋼絞線受力均勻。穿束時應(yīng)先穿前端轉(zhuǎn)向梁、下錨梁和擠壓P錨，再穿入后端交界墩，鋼絞線應(yīng)對號逐根安裝，確保平行不得打絞。

　　單束張拉程序為：初始張拉力為本次張拉力的30％，采用逐根單線穿索，YDC240Q單臺千斤頂張拉，應(yīng)力控制為20Mpa，后換成YCW250千斤頂張拉到本次張拉力。

　　扣索張拉時，在上前扣點A4前后應(yīng)用木錘搞擊鋼絞線，確保索鞍前后傳力均勻。

　　扣索在墩帽處布置情形如圖：

　　扣索安裝、張拉及調(diào)整次序為：

　　（M1、M1^，）（M3、M3^，）（M2、M2^，）（M4、M4^，）。

　　扣索只能張拉，不能放松。

　　2、縱向預(yù)應(yīng)力筋、背索、扣索張拉施工步驟：

　　各類索橫向應(yīng)對稱同時張拉，并以分級、交替到達對稱異步的目的，確保交界墩不扭轉(zhuǎn)。

　　縱向預(yù)應(yīng)力筋和背索應(yīng)整束穿束，整束張拉，采用張拉力和伸長量雙控。

　　扣索安裝：鋼絞線前端經(jīng)拱肋上弦A₄節(jié)點處轉(zhuǎn)向鞍座逐根拉到下弦E₃節(jié)點處下錨梁底，擠壓P錨；后端以5t牽引器拽拉引入交界墩孔道并引出錨環(huán)。鋼絞線應(yīng)對號逐根安裝，確保平行不得打絞。

　?。?）、上盤砼施工完畢達到強度后，即張拉上盤第一批（首批共16束）縱向預(yù)應(yīng)力筋（N1a、N1c、N1e、N1g、N1i、N1k）并壓漿封錨；拆模后上盤支承體系轉(zhuǎn)換成：縱向簡支，橫向雙懸臂狀態(tài)。

　?。?）、交界墩砼施工完畢，張拉上盤第二批（后批）縱向預(yù)應(yīng)力筋（N1d、N1h、N3共20束）。

　?。?）、于上盤盤尾頂面配置平衡重，對稱安裝和分級交替同時張拉第一批背索N_1d（共2束）達到設(shè)計噸位。

　?。?）、安裝M1、M1^，扣索，用YDC240Q千斤頂將扣索逐根調(diào)至其垂度 f=2.1m，此時單根索力為7.35KN，以工具夾片將扣索逐根錨于交界墩墩帽上。再利用YCW150或YCW250千斤頂整束張拉，M1、M1^，號扣索至本次張拉噸位（294KN），觀測交界墩墩頂位移，待一切正常后，頂塞錨固，頂塞力20 Mpa。

　　（5）、對稱安裝和分級交替同時張拉第二批背索N_2d（共2束）至設(shè)計噸位。

　?。?）、安裝M3、M3^，號扣索，用YDC240Q千斤頂將扣索逐根調(diào)至其垂度 f=2.1m，此時單根索力為7.35KN，用工具夾片將扣索逐根錨于交界墩墩帽上。再利用YCW150或YCW250千斤頂整束張拉，M3、M3^，號扣索至本次張拉噸位（294KN），觀測交界墩墩頂位移和交界墩墩身應(yīng)力測控，待一切正常后，頂塞錨固，頂塞力20 Mpa。測試上盤砼應(yīng)力。

　?。?）、用YCW400千斤頂張拉上盤第三批縱向預(yù)應(yīng)力筋（N_1f共2束）至設(shè)計噸位。

　　（8）、對稱安裝和分級交替同時張拉第三批背索N_1c 、N_1e（共4束）至設(shè)計噸位，并測控交界墩墩身應(yīng)力。

　?。?）、安裝M2、M2^，扣索，用YDC240Q千斤頂將扣索逐根調(diào)至其垂度 f=1.27m，此時單根索力為11.88KN，用工具夾片將扣索逐根錨于交界墩墩帽上。再利用YCW250或YCW150千斤頂整束張拉M2、M2^，號扣索至本次張拉噸位（475KN），觀測交界墩墩頂位移和交界墩墩身應(yīng)力測控，待一切正常后，頂塞錨固，頂塞力20 Mpa。測試上盤砼應(yīng)力。

　?。?0）、用YCW400千斤頂張拉上盤第四批縱向預(yù)應(yīng)力筋（N_2d共2束）至設(shè)計噸位。

　?。?1）、對稱安裝和分級交替同時張拉第四批背索N_1b 、N_1f 、N_3d（共6束）至設(shè)計噸位，并測控交界墩墩身應(yīng)力。

　　（12）、安裝M4、M4^，扣索，用YDC240Q千斤頂將扣索逐根調(diào)至其垂度 f=1.02m，此時單根索力為14.69KN，用工具夾片將扣索逐根錨于交界墩墩帽上。再利用YCW250或YCW150千斤頂整束張拉M4、M4^，號扣索至本次張拉噸位（587.5KN），觀測交界墩墩頂位移和交界墩墩身應(yīng)力測控，待一切正常后，頂塞錨固，頂塞力20 Mpa。測試上盤砼應(yīng)力。

　?。?3）、用YCW400千斤頂張拉上盤第五批縱向預(yù)應(yīng)力筋（N_1b、N_1j共4束）至設(shè)計噸位。

　?。?4）、對稱安裝和分級交替同時張拉第五批背索N_1a 、N_1j 、N_2e（共6束）至設(shè)計噸位，并測控交界墩墩身應(yīng)力。

　　（15）、用YCW250或YCW150千斤頂按：
M1、M^，M3、M3^，M2、M2^，M4、M4^，次序整束、對稱將扣索索力張拉調(diào)至603KN；觀測交界墩墩頂位移和交界墩墩身應(yīng)力測控，符合設(shè)計要求后，將扣索錨固端頂塞錨固。測試上盤砼應(yīng)力。

　　（16）、用YCW400千斤頂張拉上盤第六批縱向預(yù)應(yīng)力筋（N_2b、N_2f、N_2i共6束）至設(shè)計噸位。

　?。?7）、對稱安裝和分級交替同時張拉第六批背索N_2c 、N_2f 、N_2b 、N_3e（共8束）至設(shè)計噸位，并測控交界墩墩身應(yīng)力。

　　(18)、用YCW250或YCW150千斤頂按步驟（15）所述的扣索張拉調(diào)整的次序整束、對稱將扣索索力張拉調(diào)至839KN；觀測交界墩墩頂位移和交界墩墩身應(yīng)力，符合設(shè)計要求后，將扣索打頂錨固。測試上盤砼應(yīng)力。

　?。?9）、用YCW400千斤頂張拉上盤第七批縱向預(yù)應(yīng)力筋（N_2a、N_2g共8束）至設(shè)計噸位。

　　（20）、對稱安裝和分級交替同時張拉第七批背索N_3c 、N_2a 、N_2j 、N_3b 、N_3f（共10束）至設(shè)計噸位，并測控交界墩墩身應(yīng)力。

　　（21）、用YCW250或YCW150千斤頂按步驟（15）所述的扣索張拉調(diào)整的次序整束、對稱將扣索索力張拉調(diào)至1104KN；觀測交界墩墩頂位移和交界墩墩身應(yīng)力測控，并符合設(shè)計要求后，將扣索頂錨固。測試上盤砼應(yīng)力。

　　（22）、用YCW400千斤頂張拉上盤第八批縱向預(yù)應(yīng)力筋（N_2e、N_2h 、N_2j共6束）至設(shè)計噸位。

　?。?3）、對稱安裝和分級交替同時張拉第八批背索N_3a 、N_3j （共10束）至設(shè)計噸位，并測控交界墩墩身應(yīng)力。

　?。?4）、用YCW250或YCW150千斤頂按步驟（15）所述的扣索張拉調(diào)整的次序整束、對稱將扣索索力張拉調(diào)至1188KN；觀測交界墩墩頂位移和交界墩墩身應(yīng)力測控，并符合設(shè)計要求后，將扣索頂塞錨固，頂塞力30Mpa。此時，拱肋重量全部傳遞給上盤，轉(zhuǎn)體系統(tǒng)處于自身平衡狀態(tài)。

　　3、鋼管拱脫拱、轉(zhuǎn)體

　　完成上盤縱向預(yù)應(yīng)力筋、背索、扣索張拉以后，即可進行鋼管拱的脫拱、轉(zhuǎn)體工作。按照設(shè)計院提供的鋼管拱前扣點高程，扣索只能張拉，不能放松，張拉后扣點高程不能變。因此支架脫拱必須根據(jù)張拉步驟和鋼管拱變形特征，逐步拆除鋼管拱下弦支承座板，拆除步驟按圖進行。拱肋張拉脫拱后，應(yīng)靜置24小時；對交界墩、上轉(zhuǎn)盤及拱肋應(yīng)力進行檢測；另外于支架上設(shè)保險垛觀測其變化。通過張拉牽引設(shè)在上轉(zhuǎn)盤的4束12Φ15.24鋼絞線，實現(xiàn)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)體到位后，通過用5000KN千斤頂起頂上轉(zhuǎn)盤或張拉扣索，按橫向傾斜拱端軸線偏差縱向傾斜的調(diào)整次序，將拱肋合攏端的橫向傾斜的兩外管高程之差，軸線偏差及豎向高程調(diào)整到符合設(shè)計要求后，即可安裝合攏段臨時連接結(jié)構(gòu)。在10℃~20℃時，將拱肋臨時鎖定；同時將上下盤抄墊和臨時連接固定，并將上盤盤尾側(cè)面與基坑壁間以YCW400千斤頂頂緊及立模灌注此范圍C15片石砼。鋼管拱合攏后，封填上下盤間C28砼，按上盤縱向預(yù)應(yīng)力筋、背索、扣索的張拉相反次序交替拆除背索、扣索和上盤縱向后批預(yù)應(yīng)力及釋放交界墩墩帽橫向預(yù)應(yīng)力。

　　至此，轉(zhuǎn)體預(yù)應(yīng)力控制系統(tǒng)勝利完成使命。由于它的存在，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)才能夠?qū)崿F(xiàn)自身平衡，順利轉(zhuǎn)體合攏。