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摘要：本文结合洋县汉江特大桥（40+64+40）m单线预应力混凝土连续梁采用活性粉末混凝土球铰转体工程实例，介绍了新型RPC（活性粉末混凝土）球铰设计情况，转体施工应用中的工艺流程，对球铰的安装、称重、试转、转体控制等关键施工技术和质量控制要点进行了总结，为同类工程提供参考和借鉴。
关键词：新型RPC球铰；关键施工技术；连续梁桥
引言
近年来，随着我国交通事业的迅猛发展，跨越既有公路的桥梁越来越多。阳安二线铁路洋县汉江特大桥采用（40+64+40）m连续梁跨越京昆高速，施工中采用了RPC（活性粉末混凝土）球铰施工转体部分，该项目为全国首个RPC球铰科研立项项目，首个精确安装的RPC球铰。施工中由施工单位、球铰研发单位、球铰加工单位、设计院共同合作，顺利实现了球铰的精确安装、精确转体合拢。
一、工程概况
新建阳（平关）安（康）铁路增建二线线路起自宝成铁路阳平关站，终至襄渝铁路安康站，全长329.1km。洋县汉江特大桥在铁路里程DYK156+305～DYK156+340范围内跨越京昆高速公路，上部结构采用（40+64+40）m单线预应力混凝土连续梁，下部结构采用圆端形桥墩、钻孔桩基础。该连续梁采用C40混凝土，与京昆高速夹角约为71°，为减少桥梁施工对京昆高速的影响，决定采用RPC（活性粉末混凝土）球铰转体施工法。球铰选用新型25000KN级别RPC球铰，设计转体结构长62m，连续梁两个中墩30#墩、31#墩转体重量为1900t，转体前后梁体平面示意图见图1。
图1转体前后梁体平面示意图
二、RPC球铰设计情况
1、球铰结构
（1）下转盘
下转盘是转体重要的支撑结构，（40+64+40）m预应力混凝土连续梁的下转盘为连续梁桥墩的承台。下转盘布置有转动系统的下球铰、撑脚的RPC环形滑道、转动牵引系统的反力座、助推系统、轴线微调系统、顶梁系统等，下转盘尺寸为7.6m×10.6m×2.5m，布置有承压钢筋网。在浇筑下转盘的过程中，在桥墩纵横向对称轴线距上转盘边缘10cm处预埋直径32mm的精轧螺纹钢，预埋深度上转盘不小于100cm，下转盘不小于200cm。施工墩梁时精轧螺纹钢筋与砂箱共同起临时固结上下转盘的作用。
下转盘安装
（2）球铰主体
RPC球铰是本桥转动体系的核心，它是转体施工的关键结构，加工制作精度要求高，工艺较复杂。本桥RPC球铰由具有专利和专业生产设备的厂家定制，加工制作精度0.3mm，满足规范及施工要求。
球铰主体主要结构有：球铰上盘、球铰下盘、上座板、下座板、中心转轴、连接板和转轴堵头板。球铰主体结构采用钢壳填充RPC混凝土技术方案，具有体积小、节约钢材、施工便捷的特点。球铰结构图如下：
图2RPC球铰组成图示
（3）转体上转盘撑脚与下盘滑道
上转盘撑脚为转体时保持转体结构平稳的保险腿。从保持转体结构的稳定性和方便施工出发，在上转盘对称布置6个撑脚。在撑脚的下方（即下转盘顶面）设有0.7m宽的滑道，滑道中心半径2.4m，转动时保险撑脚可在滑道内滑动，以保持转体结构的平稳。为保证转体的顺利实施，要求整个滑道面在一个水平面上，其相对高差不大于0.5mm。
上转盘设有6个撑脚，每组采用两根Φ325钢管，壁厚8mm，钢管内填充C120级RPC。下设有20mm厚钢走板。撑脚在工厂整体制造后运进工地，在下转盘混凝土灌注完成上球铰安装就位时即安装撑脚，并在撑脚走板下支垫10mm钢板（作为转体结构与滑道的间隙）。上转盘施工完成后抽取垫板并采用楔形钢板临时支撑固结。转动前在接触下滑道的撑脚下面铺装8mm四氟板，并在转动过程中及时添加四氟粉，以减小转动时的摩擦力。
（4）转体上转盘
上转盘支承转体结构，直接与连续梁桥墩相连，在整个转动过程中以受压为主，布置有多层钢筋网，施工时应绑扎好各钢筋、钢材。
上转盘是球铰、撑脚与连续梁桥墩相连接的部分，又是转体牵引力直接施加的部分。施工中布设牵引索时应注意：（1）同一对索的锚固端在同一直径线并对称于圆心，每根索的预埋高度和牵引方向一致。（2）每根索的出口点对称于转盘中心，牵引索外露部分圆顺的缠绕在转盘周围，互不干扰地搁置于索道槽钢内。（3）做好保护措施，防止施工过程中钢绞线损坏或生锈。
待上转盘混凝土达到设计强度后，进行整个转动系统支撑体系的转换。抽取垫板使转台支承于球铰上，测试不平衡力矩并调整。施加转动力矩，使转台沿球铰中心轴转动。检查球铰运转是否正常，测定其摩擦系数，为转体施工提供依据。
外力计算时，设计采用静摩擦系数为0.1，动摩擦系数为0.06。具体实施前应进行预牵引试验，测出实际的摩擦系数，并对牵引力进行相应的调整。
2、RPC球铰特点
（1）体积小，和同吨位传统钢球铰相比，直径减少40%。同重量情况下施工便捷，安装人员劳动力需求少。
（2）节省钢材，和同吨位传统钢球铰相比用钢量减少30%左右，钢材消耗的减少降低了环境污染，节能环保。经核算每个25000KN级RPC球铰节能相当于3.3吨标准煤。
（3）降低了设备要求。一方面较小的尺寸队吊装设备需求降低，提高了施工能力和效率，另一方面该球铰摩擦系数小，大吨位RPC球铰对张拉设备要求降低。
3、设计牵引力
该方案的转体重量约为W=19000KN，牵引系统的牵引反力支座设置在下承台上部。球铰转动摩擦力矩为M=2*μ*R*W/3，其中R为球铰平面半径，R=0.7m，μ为球铰摩擦系数，启动时为静摩擦系数，取μ=0.1，转动过程中为动摩擦系数，取μ=0.06。可以看出，转动启动时，球铰摩擦力矩最大M=886.7kN•m，对应的最大牵引力为T=M/D=886.7/5.5=161.2kN，其中D为转台直径。
三、关键施工技术
1、转体施工工艺流程
安装牵引系统---拆除沙箱---不平衡称重及配重---试转---正式转体---轴线微调---封固球铰---合拢段施工。
2、球铰的精确安装
球铰安装工艺流程：安装RPC下座板---安装球铰下盘---将下座板和球铰下盘由连接板焊接为一体---安装球铰上盘---安装RPC上座板---将上座板和球铰上盘由连接板焊接为一体---上承台施工。
RPC球铰的精确安装是成功转体的基础，该球铰关键部位安装精度为0.5mm级别。
（1）滑道和球铰骨架须定位牢固，要求骨架角钢顶面平整、水平，相对高差小于5mm；滑道顶面高程控制在±0.5mm范围内；骨架中线和球铰中线重合，与理论中线偏差不大于1mm。
（2）吊入球铰下座板和滑道板并定位牢固，顶面应平整、水平，相对高差小于2mm，顶面高程应控制在±0.5mm范围内。
（3）吊装球铰下盘使其放在已安装就位的球铰下座板上，对其进行对中和调平，对中要求下球铰中心纵横向误差不大于2mm，施工采用十字线对中法，水平调整先使用普通水平仪调平，然后使用精密水准仪调平，使球铰周围顶面处各点相对误差不大于1mm，将球铰下盘和下座板用连接钢板焊接固定。
（4）球铰安装要点：保持球铰面不变形，保证球铰面光洁度；球铰范围内混凝土振捣务必密实；防止混凝土浆或其它杂物进入球铰摩擦面。
（5）板下混凝土的密实性是一个关键的施工环节：
①在加工球铰下座板和滑道板时就充分考虑到混凝土施工时的密实性问题，在下座板和滑道板上留有振捣孔和排气孔。
②安装过程中采用高精度水准仪进行全过程测量控制，并在下承台混凝土二次浇注前后对下座板和滑道板进行监测。
③下承台面用多层塑料布进行封闭，在形成对承台面保护的同时，更有利于浇筑完毕后对台面的清理。
④混凝土浇注采用输送车运输，泵车布料，混凝土浇筑从一侧赶往另一侧，保证球铰下座板和滑道板下能排出空气，混凝土密实。
2、称重试验
M左一M右=M配
式中：M左——左侧悬臂段的自重对铰心的力矩；
M右——右侧悬臂段的自重对铰心的力矩；
M配——配重对铰心的力矩。
根据实测偏心结果，对于纵向偏心，采用在结构顶面的偏心反向位置，距离墩身中心线一定距离的悬臂段，堆码加沙袋作为配载纠偏处理法。
要使球铰克服静摩阻力发生微小转动，需要的转动力矩应大于等于静摩阻力矩。静摩阻力矩可由下式计算：
式中，N-为转体重量，R-为球铰球面半径，μ0-为静摩擦系数。
根据设计，N=19000kN，R=2.1m，μ0=0.1；
得到设计静摩阻力矩为：0.98×0.1×19000×2.1=3910kN.m
本试验拟于上承台底面施加顶力。在距转体中心线3m处设置一台3000kN的千斤顶，分别对转体梁进行顶放，在每台千斤顶上设置压力传感器，用以测试反力值，同时在上转盘底四周布置4个位移传感器，用以测试球铰的微小转动。
千斤顶需要的顶力：3910/3=1303kN
测点布置见图3～图6。
3、球铰试转
为了检验转体方案的可靠性、实际转体牵引力，检验转体施工设备性能，于2017年12月21日进行了（40+64+40）m连续梁试转体试验，试验试转角度4°，并对转盘线速度、启动力、转动力、摩擦系数进行测试，30#墩、31#墩主要试验成果见表1。
表130#墩、31#墩试转体试验结果表
从表中可以看出，30#墩实测静摩擦系数为0.055，31#墩实测静摩擦系数为0.058，均小于3.1节中牵引力计算采用的静摩擦系数0.1；30#墩实测动摩擦系数为0.052，动摩擦系数为0.047，均小于3.1节中牵引力计算采用的动摩擦系数0.06，表明转体结构牵引力计算结果能够满足工程需要。实测30#墩实测启动力约为设计启动力的54.8%，31#墩实测启动力约为设计启动力的57.5%，表明牵引设备具有较大的安全储备。
试转体试验期间，转体设备性能稳定，梁体转动平稳，考虑天窗点实际情况，正式转体时，转盘线速度采用4m/h，以保证在60分钟内完成4°～70°转体角度；转体精调时，转盘线速度采用2m/h，以保证在20分钟内完成转体结构的精调。
4、转体施工
转体施工工艺流程：安装牵引系统---拆除沙箱---不平衡称重及配重---试转---正式转体---轴线微调---封固球铰---合拢段施工。
施工组织情况：
施工准备：交底、牵引力确定、张拉设备检验、球铰标尺、测风力、对讲机调试、高速公路交通管制、测量组到位
人员分组：核心组为：球铰观测、测量观测、指挥
转体预留：20cm，用于精调。
转体控制要点：
（1）转体使用的对称千斤顶的作用力始终保持大小相等、方向相反，以保证上转盘仅承受与摩擦力矩相平衡的动力偶，无倾覆力矩产生。
（2）设备运行过程中，各岗位人员的注意力必须高度集中，时刻注意观察和监控动力系统设备和转体各部位的运行情况。如果出现异常情况，必须立即停机处理，待彻底排除隐患后，方可重新启动设备继续运行。
（3）转体过程中测量站全程监控30#、31#墩断面高程、轴线偏位情况、水平位置、倾覆等情况，现场配备400T千斤顶4个，楔形钢板若干。
（4）设备运行过程中，各岗位人员的注意力必须高度集中，时刻注意观察和监控动力系统设备的运行情况及桥面转体情况，刻度盘每转动10°向总指挥汇报一次，转至65°后根据现场情况随时向总指挥汇报情况。本次转体共分三个阶段，第一阶段转至35°，第二阶段转至65°，第三阶段点动至71°。旋转65度时放慢转速，采用点动控制梁体就位，防止超转。历时90分钟成功转体。
5、合拢精调
（1）手动控制千斤顶至梁体精确就位。现场400T千斤顶4个，楔形钢板若干，采用手动控制千斤顶至梁体精确就位。
（2）主梁线形高程测量
图7转体监控控制点平面图
由于施工过程中主梁可能受施工偏差、温度荷载、混凝土收缩徐变等因素影响，梁体可能发生扭转变形造成偏离中线，为保证主梁边跨和中跨位置准确合拢，需要对主梁的中线位置进行严格控制，为此，对该桥转体施工前后主梁的关键部位进行了高程量测。主要监控的控制点平面图如图4所示。转体施工前后，主要控制点高程测量结果如表2所示。
表2转体施工前后主要控制点高程表
从表中可以看出，转体施工前后，主梁控制点高程差最大值为3mm，同一截面转体施工前后边、中控制点极差值变化最大值为6mm，表明转体前后主梁没有发生过大的扭转变形，主梁线形整体稳定。
四、结语
转体施工法跨越既有交通线路对既有铁路、公路交通影响小，安全性高，具有广泛的应用前景。RPC球铰是一种新型材料球铰，具有尺寸小、重量轻、强度高、成本低，施工便捷的特点。洋县汉江特大桥（40+64+40）m连续梁采用转体施工的应用，大幅减少了影响京昆高速公路运营的施工时间，降低了上跨施工时产生的高空坠物风险，将对高速车辆通行的影响降到最低，有效的保证了高速公路的正常运营，提高了工作效率。该桥应用了新型RPC球铰，通过现场实施总结了球铰安装、转体等成套施工技术和工艺，对同类型球铰转体施工具有参考价值和借鉴意义。
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