水布垭肖儿河大桥开口薄壁拱箱转体施工（曹振中,柳新根）

摘要: 肖儿河大桥地处湖北省巴东县与长阳县交界的崇山峻岭，河流两岸均为悬崖峭壁，大桥设计为转体施工的净跨84m刚架拱桥。转体施工法其优点是利用桥梁结构本身作为施工设施，无支架分阶段施工，逐渐形成桥梁结构，它与传统的施工方法相比不仅省去了昂贵的施工设施，节约资金，而且施工技术简易，操作安全，质量可靠，尤其变高空作业为岸边陆上作业，不受山洪威胁，特别适合于深山峡谷桥位。

关 键 词: 磨心;磨盖;上、下转盘;开口薄壁拱箱;驱动体系;转体合拢

中图分类号: U448.22+ 3 文献标识码: A

1 概述

肖儿河大桥是榔（坪）水（布垭）位于湾潭河上的一座长99.6m、宽11.5m的钢筋混凝土箱肋刚架拱桥，净跨84m，矢跨比为1∶7，主拱圈为两条抛物线形式的箱型断面拱肋，箱肋高1.8m，宽2.6m，两条箱肋中心距为5.4m，箱肋间以箱型横隔板连接。拱上建筑包括现浇的实腹段、上弦杆、斜腿和桥面上部结构。

肖儿河大桥采用转体施工法，即在河沟的两岸利用地形做成土牛拱胎，在土牛拱胎上搭设简易支架和模板，现浇两条半跨钢筋混凝土开口薄壁箱拱肋，然后转体合拢成拱，再以成拱后的薄壁箱拱肋作为基肋，无支架分阶段浇筑加厚的底板和侧壁混凝土，浇筑顶板混凝土形成设计断面的闭口箱型拱圈，最后在拱圈上搭设支架和立模浇筑斜腿、上弦杆和桥面板。

2 转体施工的主要工作内容

转体施工的主要工作内容包括3部分:①转动体系制作;②转体到位合拢成拱;③无支架施工加载，完成拱上结构和桥面施工。

3 转动体系的制作

转动体系构造主要包括下转盘、磨心、磨盖、上转盘、背墙、半跨上部钢筋混凝土开口薄壁拱箱，以及将它们联成整体的预应力钢绞线等。其目标就是要制作成一个可以在磨心表面平稳旋转的拱片、上盘、背墙和预应力钢绞线组成的转动体系。它的设计思路是通过调整背墙结构尺寸或配重，把转动体系的重心设在磨心上，利用两岸的地形，选择合适的角度制作土牛拱胎，搭设简易支架，在支架上浇筑开口薄壁拱箱和组装桥梁上部结构（图1），主要包括下述5道工序。

3.1 下转盘及磨心和磨盖制作

（1）下转盘。以桥台基础混凝土设计顶面高程分上、下转盘。下转盘顶面设有转体环道，环道两侧预留孔洞（为转体时作反力支撑用）和磨心预留坑。浇筑下转盘时必须控制整个转盘顶面高差不大于4mm，其中环道部分的高差不得大于2mm，环道高差太大，转体时保险支墩就会受阻;环道两侧预留为转体时作反力支撑用的15cm×15cm×25cm（长×宽×深）方形孔洞，间距70cm，方形孔洞必须严格按径向成对埋设，否则下转盘很难找到合适的反力支撑位置。下转盘混凝土达到25%的设计强度后需及时将表面凿毛并清除乳皮，以利封盘混凝土的结合。

（2）磨心。磨心是以转动中心为基点，设在下转盘中部预留的深约70cm、直径为2m的圆形凹槽内，中心预埋有直径100mm的圆形钢棒，其结构是一个距下转盘顶面20cm、直径2cm的C40 钢筋混凝土圆柱球缺面，球缺圆弧面的矢高为10cm，目的是为了便于转体合拢后调整拱顶的高程。制作下盘磨心时，首先必须控制磨心周边模板顶面标高误差小于1mm，用半圆母线样板套在圆心定位钢棒上，磨心混凝土终凝前反复精心刮制成型，禁止混凝土终凝后用砂浆抹制成型，制作完成的磨心表面必须通过测量验收，要求磨心表面同心圆上等高，即磨心做好后在其表面画多个同心圆（间距15～20cm）实测各点标高，点的间距约30cm，要求同心圆上各点高差小于1mm，否则用砂轮打磨至符合要求，方可进行磨盖混凝土浇筑。

（3）磨盖。当磨心混凝土强度达到C20 后，即可在磨心顶面设隔离剂，以磨心表面作底模，同模浇筑高度约70cm的C40 钢筋混凝土圆柱形磨盖。此时磨心周边需先铺垫一圈宽度约10cm的油毛毡，目的是在提起磨盖，撕去油毛毡重新盖上磨盖后，磨心和磨盖的周边不接触，磨心周边不受力，以保证磨心周边混凝土不致因局部承重而破碎。

3.2 磨心、磨盖的磨合

磨盖混凝土强度达C20 以上时，即可进行磨盖和磨心的磨合，开始磨合时不应在磨心表面涂抹润滑剂，宜干磨合或加水磨合。在磨盖顶面设推杆以人工推动磨盖旋转磨合，也可用小拖拉机牵引旋转或以钢丝绳缠绕卷扬机牵引磨盖旋转，开始时可能需30～40人，随着磨心、磨盖接触面磨合光滑，阻力会逐渐减少。磨合过程中应经常提起磨盖观察其接触面，对个别不平整部位应另外用砂轮专门打磨。当磨盖与磨心顶面承压接触面积大于70%时即可停止磨合，提起磨盖，清洗晾干磨心和磨盖的接触面后正式在磨心表面涂抹润滑剂。润滑剂可以用黄油与四氟粉拌和均匀，重量比7∶3，涂抹厚度0.5～1.0cm，也可用黄油、二硫化钼等其它润滑材料。

当磨心顶面涂抹润滑剂盖上磨盖以后，用3m长的推杆，一个中等体力的工人可以推动磨盖平稳旋转，则磨心磨盖制作的工序即可认为验收合格，继续下一工序的施工。

3.3 浇筑上转盘和背墙

这两部分构件重量比较大，模板支架的基础必须坚固、可靠。对预制阶段落在桥台基础下盘以外的上盘和背墙模板支架基础要另浇C20 片石混凝土临时基础，临时基础混凝土要与桥台基础混凝土同时浇筑，而且基底应与桥台基础的基底相同。设置上盘和背墙支架的基础时要考虑倒脱架时放千斤顶的位置，以便于用千斤顶辅助脱架。上盘保险墩下预留的5～8cm间隙，以及模板支架上端都应设置钢楔以便脱架。保险墩的底面应预埋厚1.5cm的钢板，防止保险墩受力太大时混凝土压碎。背墙混凝土的施工缝应埋设质地坚硬的片石作石笋或埋短钢筋，缝面应朝背墙后面倾斜，以有利于承受预应力钢绞线张拉时产生的巨大水平力。

3.4 浇筑钢筋混凝土开口薄壁拱箱

钢筋混凝土开口薄壁箱在土牛拱胎上浇筑同样要求支架基础坚固、稳妥，如有不良地基一定要认真处理，同时要妥善处理好土牛拱胎表层的排水，防止雨水冲刷、浸湿泡软模板支架基础。支架可用钢管、方木或浆砌石墩。为了便于上部构造张拉脱架，应该在拱顶端对应的每片拱肋下方设置一个片石混凝土墩，供安置千斤顶辅助脱架，墩顶与拱肋下缘间距以安放千斤顶满足卸架行程为原则。土牛拱胎岩土顶面标高低于拱肋底弧面标高的数值要满足转体时能顺利转体。因为以磨心为圆心，同半径不同拱肋的底弧标高是不同的，边肋比中肋低，特别是靠起拱线附近相差更大，如果土牛拱胎顶面距拱肋底面间隙太小，就会出现转体受阻，临时开挖土牛面的岩石或土体，影响转体。

钢筋混凝土开口薄壁拱箱浇筑时要用发φ25mm的小振动棒和插钎，先进行竖向浇筑薄壁板的工艺试验，确保浇筑质量。开口薄壁拱箱内部预埋φ8@20cm的锚固钢筋环，表面必须凿毛，以利于二期侧壁加厚混凝土与前期混凝土的结合。现浇方法整体性好，但模板用量较多。

3.5 张拉脱架，形成转动体系

转动体系的上转盘、背墙、拱圈浇筑完成后，它们的重量都还是由各自的模板支架支承，只有通过扣索张拉后把上盘、背墙和拱圈构造联结成一个完整的结构，逐步实现上盘、背墙和拱片脱离支架，把上盘、背墙和开口薄壁拱箱重量都从模板支架上转移到磨心上以后，方可认为形成了一个完整的转动体系。脱架时先脱半跨上部构造拱圈的支架，再脱上盘和背墙的支架。

张拉前应对张拉设备标定，并再次确认钢绞线和锚具的质量合格，用钢绞线作拉杆同时又用夹片锚时，考虑拉杆的安全系数须大于2.5，锚固应力太小，不能达到最佳张拉力，为确保固定端锚固绝对可靠，要求固定端用两个夹片锚，第1个锚固，第2个作为备用。安装第2个锚具应在第1个已经受第1级张拉力后，且锚圈应紧贴第1夹片，另外用1个锚圈穿过钢绞线轻轻打紧，使夹片均匀受力。张拉时应该逐根分3级张拉，从中间到两边对称进行。拉力用应力和伸长量双控。为了便于测定钢绞线的伸长量，一般应以拉力的10%～15%作为初始拉力对拉杆进行预紧。为保证每根钢绞线受力均匀，张拉结束后应在固定端再全面进行一次补偿张拉。当钢绞线的总拉力达到设计拉力后，支架所承受的重力会逐渐减轻，为卸架设置的木楔会有所松动，此时可由拱脚向拱顶逐段加主支架上的木楔，让开口薄壁拱箱逐渐脱空。为了便于开口薄壁拱箱平稳脱架、避免振动，应在拱顶端部以下提前浇筑的混凝土支墩上设千斤顶辅助脱架，因此时开口薄壁拱箱端部的支架受力已经很小，只要千斤顶轻轻顶起开口薄壁拱箱端部，即可拆除最后的模板支架，再徐徐放下千斤顶就完全实现了开口薄壁拱箱的完全脱架。

当开口薄壁拱箱支架全部脱空后，可以测出拱顶的实际下挠值。实际下挠值与理论计算下挠值总会有差别，这是因为桥体上部构造混凝土浇筑的尺寸总是会有误差，因而桥体上部构造的实际重量与计算的理论重量总有差别，一般往往是超重。为了保证脱架后主拱圈受力情况基本符合设计值，要求脱架后再测一次钢绞线实际受力的大小（往往大于设计拉力），然后再在拱顶用千斤顶将开口薄壁拱箱顶起至脱架前标高，再将钢绞线逐根补张拉到脱架后实测的拉力，最后徐徐松去千斤顶，实现上部构造的正式脱架，此时开口薄壁拱箱实际的下挠值会略大于设计值。

为了判断拉杆拉力是否正确，还可以用简易方法实测拉杆钢绞线或钢筋的振动频率或周期，按下式计算拉杆拉力:

P=4L2 W/GT2

式中P为拉杆拉力，kN;L为拉杆两固定点之间的距离，m;W为拉杆的单位长度重量，kN/m;G为重力加速度，m/s2 ;T为拉杆钢索或钢筋的振动周期，s。

这种方法在多座桥梁上进行过拉杆拉力校核，一般误差都在5%左右。

在拆除开口薄壁拱箱支架后即可拆除上转盘和背墙的支架，包括保险墩底下的木楔。先拆除磨心轴线前端的支架，再拆除磨心轴线后端的支架，此时由于磨心前部已经悬空，可在磨心轴线后端部底下安设4～5台50t千斤顶辅助脱去上盘和背墙的支架。由于整个转动体的重心是设计在磨心轴线位置，因此当前端悬空后，后端底部的千斤顶只需稍加施力即可顶起背墙，全部拆除上盘和背墙的支架。至此整个转动体系已经全部脱离支架，转动体系的全部重量支承在磨心上，转动体系全部形成。

张拉脱架的全过程都要有专人观测转动体系张拉拉杆而产生的变化。转动体系形成过程中，即张拉脱架的全过程，必须特别关注转动体系受力较大的部位，它们是全部主拱圈拉杆锚板、背墙台口、背墙背面的底部（上盘顶面与背墙相交处）、上盘顶面磨心处、上盘顶面磨心后部。

开口薄壁拱箱脱架后，主拱圈一般都处于全断面受压，不应有任何细微裂纹。转动体系形成后静置一昼夜仔细检查各部有无异常，一切正常即可准备转体。

4 转体到位合拢成拱

驱动转动体系转体是用普通50～100t螺杆千斤顶平卧在上、下盘之间（不要用油千斤顶），启动千斤顶形成驱动力矩，上盘即可缓缓平稳转动。当千斤顶行程用完后移动下盘孔洞中的短钢轨和槽钢横梁重新安放千斤顶即可继续驱动转体，如此往返重复，直到转体合拢。转体前应在拱顶处每片拱肋上固定水准尺，作为转体过程中监测转动体系平稳的标志。

如果转动体系实际的重心位置与磨心偏离甚小，则四周的保险支墩与下盘的间隙会比较均匀，转体时会阻力小，速度快且比较平稳。这种情况下转体100°一般约需8～10h;如果转动体系实际的重心位置与磨心偏离较大，上盘发生倾斜，保险支墩与下盘环道面的间隙大小不等，此时应尽量采用配平衡重的方法将重心调整到位后再转体，如确有困难，则应根据上盘倾斜的情况用千斤顶抬平上盘后再转体，转的时候应随时观测固定在拱顶的水准尺，要求横向上、下游两条拱肋高差不大于1cm，而且拱顶端部标高在转体全过程与设计标高的高差不大于2cm，以保证安全平稳地实现转体合拢。

用来抬平上盘的垂直支承的千斤顶一般应选用100t的千斤顶，其数量根据重心偏离度而定，支撑点应选在上盘的四周边缘，为了使上盘在垂直支承的千斤顶处可以产生相对位移滑动，应在千斤顶与上转盘底面之间设置两块30cm×40cm×2.0cm的厚钢板，钢板之间再垫两块30cm×40cm×0.6cm的四氟乙烯滑板，滑板之间抹上黄油，当上盘转动时两块四氟乙烯滑板间即可平稳滑移。但由于滑板尺寸小，转体过程中要反复移动滑板和千斤顶，转体工序十分费工费时，因而一定要耐心谨慎，确保安全。

转体到位合拢后，应把中线位置与标高调整到符合设计要求。开口薄壁拱箱合拢成拱的拱顶标高可控制在比预制土牛上的标高低1.5～3.0cm。调整标高可以在起拱线台口上、下盘之间用千斤顶来实现。

合拢成拱的主要工序和过程如下:①仔细调准中线位置和拱顶标高;②立即用钢楔尖紧每个保险墩下的间隙，临时固定上转盘;③用帮条焊接拱顶接头钢筋;④浇筑上、下盘之间的封盘混凝土。此工序操作条件困难，应仔细认真做好，靠磨心四周可用人工填塞片石混凝土，最后部份的封盘混凝土坍落度14～16cm，周边尺寸和高度可超出上盘20～25cm，要切实保证封盘密实，如有不密实应以压浆补实;⑤用15号片石混凝土回填上盘背后基坑超挖的部分，回填高度到上转盘的顶面线，以保证拱的推力能够可靠的传给基岩;⑥选择气温在15～20℃时浇筑拱肋顶部接头混凝土。上述6道工序的施工先后顺序不可颠倒，而且应抓紧时间一气呵成，尽早成拱。拆除钢绞线的时间应该在开口薄壁拱箱之间的横向联系足以保证拱上加载横向稳定后方可拆除。

5 拱上无支架施工加载和拱上结构桥面施工

当上部构造为刚架拱时，开口薄壁拱箱合拢成拱后，即可进行拱上无支架施工加载。其施工要点如下:先将开口薄壁拱箱的侧壁和底板加厚至设计厚度，再按设计厚度浇筑顶板混凝土，并同时浇筑肋间横系梁，形成两条设计断面的闭口箱肋拱圈，最后浇筑上弦杆和行车道板。上述工序必须严格遵守左、右半拱对称加载的原则。

作者简介: 曹振中，男，葛洲坝集团第二工程有限公司，工程师。