《一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法》是中鐵十二局集團第二工程有限公司、中鐵十二局集團有限公司於2010年3月22日申請的發明專利，該專利申請號為2010101324550，公布號為CN101818482A，專利公布日為2010年9月1日，發明人是雷軍、武峰、王克勤、郝文廣、李曉超、周高峰、熊偉強、欒遠亮、梁安軍、李帥、郭強、岳志華。
《一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法》涉及一種橋樑施工方法，解決截至2010年3月轉體橋樑施工存在工藝複雜、施工不便以及對施工場地要求高等問題，具體步驟包括：轉盤球鉸加工、下承台施工及下球鉸、環道安裝等步驟。該發明節約了部分大型施工機械和人力，從而節約了施工成本。
2017年12月11日，《一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法
- 公布號：CN101818482A
- 公布日：2010年9月1日
- 申請號：2010101324550
- 申請日：2010年3月22日
- 申請人：中鐵十二局集團第二工程有限公司、中鐵十二局集團有限公司
- 地址：山西省太原市小店區人民南路19號
- 發明人：雷軍、武峰、王克勤、郝文廣、李曉超、周高峰、熊偉強、欒遠亮、梁安軍、李帥、郭強、岳志華
- 代理機構：山西太原科衛專利事務所
- 代理人：朱源、王瑞玲
- Int.Cl.：E01D21/08(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2010年3月，公路、鐵路轉體橋樑大多採用傳統施工方法，比如一般直接線上路方向進行滿堂支架法、掛籃法施工等，在實際施工中存在以下問題：
（1）施工所需的機具設備多、工藝複雜、操作危險；
（2）施工不便，干擾大；
（3）一般不能克服在高山峽谷、水深流急或經常通航的河道上架設大跨度構造物的困難，對修建處於交通運輸繁忙的城市立交橋和鐵路跨線橋，劣勢明顯，因為其需要寬闊、平整的施工現場；
（4）施工速度慢、造價高。
隨著該領域技術的不斷發展，人們利用轉盤球鉸進行轉體橋樑施工，球鉸既是轉動中心，又承受結構的全部重力，但是截至2010年3月的已有施工方法對於直線橋轉體施工，精度要求不高，當用於曲線橋轉體施工時，由於偏心距的存在，使得整個結構不穩定，強度較差，而且在結構合攏和體系轉換時，存在偏差，影響了施工質量。
發明內容
專利目的
《一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法》是為了解決截至2010年3月已有轉體橋樑施工存在工藝複雜、施工不便以及對施工場地要求高等問題，提供的一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法。
技術方案
《一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法》的技術方案包括以下步驟：
一、轉盤球鉸加工；
二、下承台施工及下球鉸、環道安裝，下承台砼分三個階段澆注，具體施工過程為：
A、第一次承台砼澆注及定位件預埋：首次澆注下承台砼並預留下球鉸下方的鉸下砼及環道滑板下方的環道下砼；利用下承台鋼筋安裝環道定位鋼支架、下球鉸定位鋼支架，定位鋼支架安裝到位，焊接固定於下承台鋼筋；支立環道、下球鉸下方鉸下砼的隔離模板；B、下球鉸安裝及鉸下砼澆註：利用已埋置並固定於已澆注承台砼內的下球鉸定位鋼支架，安裝固定下球鉸；下球鉸安裝並檢測無誤後，澆注鉸下砼；C、環道滑板安裝及環道下砼澆註：環道滑板由20毫米厚鋼板、5毫米厚不鏽鋼板和5毫米厚四氟板貼面組成；利用已澆注於承台砼中的環道定位鋼支架精確定位環道滑板，並利用調節螺栓調整頂面標高、平整度，其安裝平整度要求不超過1毫米/2米，標高偏差不超過±1毫米；環道滑板安裝好後，澆注環道下砼；D、在鉸下砼及環道下砼施工的同時，澆注牽引支座砼、保險腳砼；
三、上承台施工及上球鉸、撐腳鋼筒安裝，具體施工過程為：
A、上球鉸安裝：將黃油與四氟粉按重量比120:1的比例配製好後，在中心銷軸套管中放入上述黃油四氟粉，然後將中心銷軸輕放到套管中；在下球鉸凹球面上按照順序由內到外安裝聚四氟乙烯滑板；聚四氟乙烯滑板安裝完畢後，用黃油四氟粉填滿聚四氟乙烯滑板之間的間隙，使黃油四氟粉面與聚四氟乙烯滑板面相平；將上球鉸的兩段銷軸套管接好，用螺栓固定牢固；在上球鉸凸球面上抹塗一層黃油四氟粉，然後將上球鉸對準中心銷軸輕落至下球鉸上，微調上球鉸位置，使之水平並與下球鉸外圈間隙一致；B、上承台模板支設及鋼筋安裝：採用砂胎結合磚模+竹膠板作為底模，底模鋪設好後，安裝上承台鋼筋；C、撐腳鋼筒安裝：上承台鋼筋安裝前，在下承台的環道滑板上間隔安裝撐腳鋼筒，撐腳鋼筒鋼筒內填充微膨脹砼；D、牽引索鋼絞線預埋：上承台底層鋼筋安裝完成後，定位安裝牽引索鋼絞線，鋼絞線在上承台砼內採用P型錨具錨固，錨固長度不小於3.3米；E、上承台砼澆註：上承台澆注前，準確預埋墩身鋼筋；承台砼採用纖維砼，澆注順序由周邊向中心，平面分層澆注高度30厘米到50厘米；
四、當上承台與下承台在轉盤球鉸的作用下轉體到位後，澆註上、下承台之間的後封砼。
上述轉盤球鉸的具體結構是該領域普通技術人員所熟知的。
改善效果
與截至2010年3月的已有技術相比，《一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法》所述的橋樑轉體施工方法，可以將在障礙上空的作業轉化為岸上或近地面的作業，既可適用於直線橋，也可適用於曲線橋，施工安全可靠、操作簡便、實施快速、降低造價，與傳統施工方法相比，縮短了施工工期，節約了部分大型施工機械和人力，從而節約了施工成本，在橋樑建設中將發揮越來越大的作用，產生越來越好的社會和經濟效益，對山區橋樑建設具有指導作用，對提高中國橋樑建造技術具有重要意義。
附圖說明
圖1為第一次承台砼澆注及定位件預埋後的結構示意圖；
圖2為環道滑板與環道定位鋼支架的連線結構示意圖；
圖3為圖2的局部放大圖；
圖4為上承台砼澆注輪廓示意圖；
圖5為牽引索鋼鉸線錨固布置示意圖；
圖6為上承台與下承台之間的臨時約束示意圖；
圖7為採用《一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法》所述施工方法施工後的轉體處斷面圖。
 圖1 |  圖2 |  圖3 |
 圖4 |  圖5 |  圖6 |
 圖7 | / | / |
圖中：1—下球鉸；2—第一次承台砼；3—鉸下砼；4—環道滑板；5—環道下砼；6—環道定位鋼支架；7—下球鉸定位鋼支架；8—20毫米厚鋼板；9—5毫米厚不鏽鋼板；10—5毫米厚四氟貼面；11—調節螺栓；12—上球鉸；13—撐腳鋼筒；14—牽引索鋼絞線；15—上承台砼；16—後封砼；17—保險腳；18—限位梁；19—鋼支撐；20—橋墩。
權利要求
1.《一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法》其特徵包括以下步驟：
一、轉盤球鉸加工；
二、下承台施工及下球鉸（1）、環道安裝，下承台砼分三個階段澆注，具體施工過程為：
A、第一次承台砼（2）澆注及定位件預埋：首次澆注下承台砼並預留下球鉸（1）下方的鉸下砼（3）及環道滑板（4）下方的環道下砼（5）；利用下承台鋼筋安裝環道定位鋼支架（6）、下球鉸定位鋼支架（7），定位鋼支架安裝到位，焊接固定於下承台鋼筋；支立環道、下球鉸下方鉸下砼的隔離模板；
B、下球鉸（1）安裝及鉸下砼（3）澆註：利用已埋置並固定於已澆注承台砼內的下球鉸定位鋼支架（7），安裝固定下球鉸（1）；下球鉸安裝並檢測無誤後，澆注鉸下砼（3）；
C、環道滑板安裝及環道下砼澆註：環道滑板（4）由20毫米厚鋼板（8）、5毫米厚不鏽鋼板（9）和5毫米厚四氟板貼面（10）組成；利用已澆注於承台砼中的環道定位鋼支架（6）精確定位環道滑板（4），並利用調節螺栓（11）調整頂面標高、平整度，其安裝平整度要求不超過1毫米/2米，標高偏差不超過±1毫米；環道滑板安裝好後，澆注環道下砼5；
D、在鉸下砼（3）及環道下砼（5）施工的同時，澆注牽引支座砼、保險腳砼（17）；
三、上承台施工及上球鉸（12）、撐腳鋼筒（13）安裝，具體施工過程為：
A、上球鉸安裝：將黃油與四氟粉按重量比120∶1的比例配製好後，在中心銷軸套管中放入上述黃油四氟粉，然後將中心銷軸輕放到套管中；在下球鉸凹球面上按照順序由內到外安裝聚四氟乙烯滑板；聚四氟乙烯滑板安裝完畢後，用黃油四氟粉填滿聚四氟乙烯滑板之間的間隙，使黃油四氟粉面與聚四氟乙烯滑板面相平；將上球鉸的兩段銷軸套管接好，用螺栓固定牢固；在上球鉸凸球面上抹塗一層黃油四氟粉，然後將上球鉸對準中心銷軸輕落至下球鉸上，微調上球鉸位置，使之水平並與下球鉸外圈間隙一致；
B、上承台模板支設及鋼筋安裝：採用砂胎結合磚模+竹膠板作為底模，底模鋪設好後，安裝上承台鋼筋；
C、撐腳鋼筒（13）安裝：上承台鋼筋安裝前，在下承台的環道滑板（4）上間隔安裝撐腳鋼筒（13），撐腳鋼筒鋼筒內填充微膨脹砼；
D、牽引索鋼絞線（14）預埋：上承台底層鋼筋安裝完成後，定位安裝牽引索鋼絞線，鋼絞線在上承台砼內採用P型錨具錨固，錨固長度不小於3.3米；
E、上承台砼（15）澆註：上承台澆注前，準確預埋墩身鋼筋；承台砼採用纖維砼，澆注順序由周邊向中心，平面分層澆注高度30厘米到50厘米；
四、當上承台與下承台在轉盤球鉸的作用下轉體到位後，澆註上、下承台之間的後封砼（16）。
2.根據權利要求1所述的一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法，其特徵是上、下承台採用臨時約束，具體做法是在下承台頂面的保險腳（17）之間安裝型鋼作限位梁（18），限位梁與上承台撐腳鋼筒（13）之間布置鋼支撐（19），並用鋼楔子打緊。
3.根據權利要求1或2所述的一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法，其特徵是轉盤球鉸加工要求如下：
a.上球鉸的滑動球面表面應光滑，其表面粗糙度達到Δ3至Δ4之間；
b.凸、凹球面各處的曲率半徑應相等，誤差±2毫米；
c.球鉸邊緣各點高程誤差不大於1毫米；
d.球鉸球面的水平截面應為圓形，其橢圓度不大於1.5毫米；
e.下球鉸鑲嵌的聚四氟乙烯滑板頂面應在同一球面上，誤差不大於0.2毫米，且球心與下球鉸凹球面的球心重合；
f.上、下球鉸的中心軸線應重合，誤差不大於1毫米；
g.定位銷軸套管的中心軸應與球鉸中心軸重合，誤差不大於1毫米，且鋼管中心軸與球面截面圓平面保證垂直，傾斜度≤3‰。
實施方式
《一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法》實施方式包括以下步驟：
一、轉盤球鉸加工
球鉸委託725所設計、生產，承載能力5500噸，分為上球鉸、下球鉸和中心銷軸三部分，球鉸中心轉盤球面半徑為5.0米，平面直徑為2.5米，上轉盤球缺高0.293米，中心銷軸的直徑為300毫米。球鉸由上下兩塊鋼質球面板組成，上面板為凸面，通過圓錐台與上部的牽轉盤連線，上轉盤就位於牽轉盤上；下面板為凹面，嵌固於下盤頂面。上下面板均為30毫米厚的鋼板壓制而成的球面，背部設定肋條，防止在加工、運輸過程中變形，並方便球鉸的定位、加強與周圍砼的連線。下面板上鑲嵌四氟乙烯片，上下面板間填充黃油四氟粉。
設計要求：
（1）球鉸轉盤的豎向承載力為5500噸。（2）球鉸轉盤為焊接後機加工結構，滑片頂面應位於同一球面上，誤差≤1毫米。（3）球鉸轉盤的下球面板上鑲嵌有填充聚四氟乙烯複合夾層滑板（LR516），與上球面板組成摩擦副，並塗抹黃油四氟粉潤滑。（4）球面板採用Q345鋼板，鋼板的化學成分及機械性能應符合GB1591—1994的有關規定。（5）球鉸的加強肋板採用Q235鋼板，鋼板的化學成分及機械性能應符合GB/T700—1988的有關規定。（6）球鉸的中心銷軸採用45鍛鋼，材料的化學成分及機械性能應符合GB/T17107—1997的有關規定。（7）聚四氟乙烯滑板採用中船重工725所研製的填充聚四氟乙烯複合夾層滑板（LR516）製成，其容許應力≥100兆帕，滑動摩擦係數≤0.03（脂潤滑）。
轉盤球鉸加工要求如下：
a.上球鉸的滑動球面表面應光滑，其表面粗糙度達到Δ3至Δ4之間；
b.凸、凹球面各處的曲率半徑應相等，誤差±2毫米；
c.球鉸邊緣各點高程誤差不大於1毫米；
d.球鉸球面的水平截面應為圓形，其橢圓度不大於1.5毫米；
e.下球鉸鑲嵌的聚四氟乙烯滑板頂面應在同一球面上，誤差不大於0.2毫米，且球心與下球鉸凹球面的球心重合；
f.上、下球鉸的中心軸線應重合，誤差不大於1毫米；
g.定位銷軸套管的中心軸應與球鉸中心軸重合，誤差不大於1毫米，且鋼管中心軸與球面截面圓平面保證垂直，傾斜度≤3‰。
轉盤球鉸既是轉體橋樑的轉動中心，又承受結構的全部重力，所以《一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法》採用按照上述要求設計、加工的轉盤球鉸，完全能滿足施工要求，保證施工質量。
二、下承台施工及下球鉸1、環道安裝，下承台砼分三個階段澆注，具體施工過程
A、第一次承台砼2澆注及定位件預埋，如圖1所示：
首次澆注下承台砼並預留下球鉸1下方的鉸下砼3及環道滑板4下方的環道下砼5，承台砼採用C50砼，澆注順序由周邊向中心，平面分層澆注高度30厘米到50厘米。砼澆注過程中嚴格控制，避免振動棒觸碰定位鋼支架或其預埋件。下承台澆注前，準確預埋0#塊支架、臨時支撐等上部結構施工預埋件；
利用下承台鋼筋安裝環道定位鋼支架6、下球鉸定位鋼支架7，定位鋼支架安裝到位，焊接固定於下承台鋼筋，並支撐牢固，確保砼澆注過程中不移位；
支立環道、下球鉸下方鉸下砼的隔離模板，模板採用5毫米厚鋼板卷製成圓形，利用型鋼在隔離模板內側加勁，並用鋼管對撐加固；
B、下球鉸1安裝及鉸下砼3澆註：利用已埋置並固定於已澆注承台砼內的下球鉸定位鋼支架7，安裝固定下球鉸1，鋼支架保證具有足夠的強度和剛度，防止在焊接或灌注時變形使下球鉸錯位；在測量人員的配合下調整下球鉸中位置及球面，使中心銷軸的套管豎直，球面周圈在同一水平面上。用螺栓固定下球鉸，使其緊固牢靠，防止下球鉸的變形及錯位，同時蓋住中心銷軸套管口。
下球鉸安裝並檢測無誤後，澆注鉸下砼3，鉸下砼為微膨脹C50，混凝土由拌合站供應，混凝土試配坍落度控制在18到22厘米。混凝土運到現場後用吊機配吊斗運到球鉸部位灌注，混凝土從一側通過球缺下底面向另一側流動，振動棒從球鉸四周邊緣往裡斜插使其流動，同時在球鉸頂面振搗孔處插入振動棒振動，排出氣泡，混凝土溢出孔後封堵振搗孔。
混凝土終凝前，球鉸周邊收壓混凝土面三遍，防止混凝土收縮；混凝土終凝後，打開下球鉸面覆蓋物，將整個球面及各滑塊安裝槽內清理乾淨。
C、環道滑板安裝及環道下砼澆註：如圖2、3所示，環道滑板4由20毫米厚鋼板8、5毫米厚不鏽鋼板9和5毫米厚四氟板貼面10組成；利用已澆注於承台砼中的環道定位鋼支架6精確定位環道滑板4，並利用調節螺栓11調整頂面標高、平整度，其安裝平整度要求不超過1毫米/2米，標高偏差不超過±1毫米；環道滑板安裝好後，澆注環道下砼5；
環道內的砼同樣採用微膨脹C50，混凝土由拌合站供應，混凝土試配坍落度控制在18到22厘米。混凝土運到現場後用吊機配吊斗運到球鉸部位灌注，混凝土從環道內側布料，從環道滑板底面向另一側流動，振動棒從環道滑板四周邊緣往裡斜插使其流動。
為保證環道下砼填充密實，頂部砼放慢澆注速度，並採用鋼板內外側砼略高出鋼板反壓、錘擊鋼板判斷等方式確保砼充滿鋼板底面。混凝土終凝前，環道滑板周邊收壓混凝土面三遍，防止混凝土收縮；混凝土終凝後，環道滑板表面清理乾淨，覆蓋土工布防護。
D、在鉸下砼3及環道下砼5施工的同時，澆注牽引支座砼、保險腳砼17。
三、上承台施工及上球鉸12、撐腳鋼筒13安裝，具體施工過程
A、上球鉸安裝：將黃油與四氟粉按重量比120∶1的比例配製好後，在中心銷軸套管中放入上述黃油四氟粉，然後將中心銷軸輕放到套管中；在下球鉸凹球面上按照順序由內到外安裝聚四氟乙烯滑板；聚四氟乙烯滑板安裝完畢後，用黃油四氟粉填滿聚四氟乙烯滑板之間的間隙，使黃油四氟粉面與聚四氟乙烯滑板面相平，整個安裝過程要保持球面清潔，不要將雜物帶至球面上；將上球鉸的兩段銷軸套管接好，用螺栓固定牢固，注意保護好上球鉸，將上球鉸凸球面塗抹黃油後，用防水塑膠布將整個上環鉸嚴密包起來，放置於厚木板上。使用時在上球鉸吊起，去除防水塑膠布，用紗布將凸球面擦試乾淨，凸球面上抹塗一層黃油四氟粉，然後將上球鉸對準中心銷軸輕落至下球鉸上，用拉鏈葫蘆微調上球鉸位置，使之水平並與下球鉸外圈間隙一致，去除被擠出的多餘的黃油，用寬膠帶紙將上、下球鉸邊緣的縫隙密封。
B、上承台模板支設及鋼筋安裝：採用砂胎結合磚模+竹膠板作為底模，便於成型和後期拆除。底模鋪設好後，安裝上承台鋼筋，鋼筋與模板間設定砼墊塊以保證保護層厚度；
C、撐腳鋼筒13安裝：上承台鋼筋安裝前，在下承台的環道滑板4上間隔安裝撐腳鋼筒13，撐腳鋼筒鋼筒內填充C50微膨脹砼；撐腳鋼筒可作為上承台和下承台之間的支撐腳，同時有利於兩者之間的平衡轉動；
D、牽引索鋼絞線14預埋：上承台底層鋼筋安裝完成後，定位安裝牽引索鋼絞線，如圖5所示，鋼絞線在上承台砼內採用P型錨具錨固，錨固長度不小於3.3米，並利用固定在底層鋼筋上的定位鋼板確定鋼絞線的平面位置和高度；
E、上承台砼15澆注，其澆注輪廓如圖4所示：上承台澆注前，準確預埋墩身鋼筋；承台砼採用C50纖維砼，澆注順序由周邊向中心，平面分層澆注高度30厘米到50厘米，砼澆注過程中嚴格控制，避免振動棒觸碰定位鋼支架或其預埋件。
四、當上承台與下承台在轉盤球鉸的作用下轉體到位後的施工過程
澆註上、下承台之間的後封砼16，如圖7所示。墩身及箱梁澆注施工全過程中，對上下承台進行臨時約束，保證不發生相對位移和轉動，上、下承台採用臨時約束，如圖6所示，具體做法是在下承台頂面的保險腳17之間安裝型鋼作限位梁18，限位梁與上承台撐腳鋼筒13之間布置鋼支撐19，並用鋼楔子打緊。轉體施工前，打掉鋼楔子，解除約束，同時保留部分限位型鋼，用作啟動助推反力梁。
榮譽表彰
2017年12月11日，《一種利用轉盤球鉸進行公路、鐵路轉體橋樑施工的方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
