興郭路跨蘇嘉杭高速轉體橋梁的設計與施工分析

寧衛強，許俊德

（蘇州市交通設計院研究院有限責任公司，江蘇 蘇州 215007）

0 引言

跨越有高速公路橋梁時常用的施工方案有頂推鋼箱梁、水平轉體、懸澆施工、預制拼裝等。水平轉體施工法可以通過在高速公路兩側支架現澆橋梁結構，利用轉盤、滑道、牽引設備將橋梁結構轉體就位，對交通繁忙的高速公路來說，施工期間對高速公路的運營影響小，通常為第一選擇。

蘇嘉杭高速公路是江蘇省“四縱四橫四聯”高速公路網的重要組成部分，也是蘇州市南北向唯一的快速通道，不但溝通著蘇北與蘇南的經濟聯系，也促進了江蘇省與浙江省的往來，交通運輸壓力一直很大。興郭路跨蘇嘉杭高速公路的橋梁方案經過前期比選，為最大限度的減少對蘇嘉杭高速公路的交通影響，最終確定為水平轉體施工法。以下結合該橋的設計、施工情況，介紹連續梁水平轉體技術。

1 設計要點

1.1 上部結構

興郭路跨蘇嘉杭高速公路大橋主橋采用55+85+55m預應力混凝土連續箱梁結構。上部構造為變截面單箱雙室，垂直腹板，單箱頂寬20.0m，單箱底寬12.0m，外側翼緣板長4.0m，支點處梁高5.2m，跨中梁高2.2m，梁底緣按二次拋物線變化。腹板厚50～80cm，底板厚度25～70cm。為減少施工期間對高速公路交通的影響，采用水平轉體施工。

1.2 主墩設計

主墩采用薄璧墩身，墩身厚3m，寬12m，墩高約為8m，上承臺縱向寬7m，橫向寬14.2m，上承臺厚2m，下承臺縱向寬11.2m，橫向寬14.2m，下承臺厚2.5m，群樁基礎。上下承臺之間留20cm空隙，待轉體完成后用C50微膨脹混凝土填充。主墩構造如圖1所示。

圖1 主墩一般構造圖

1.3 轉動體系構造

本橋采用以中心支承為主，結合滑道支承的轉動體系。磨心設計在下承臺上，高出承臺26.6cm，磨心直徑為3m，為半徑10m的曲面，球面矢高11.3cm，磨心中心設計為直徑20cm，高度70cm鋼柱，鋼柱表面鍍鉻與磨蓋中的鋼套筒相結合形成轉體的中心轉動軸。滑道、環道平面布置如圖2所示。

圖2 滑道、環道平面布置圖

磨蓋為上承臺與磨心的接觸部分，為了方便磨合減小起吊重量，上承臺分兩次澆筑，先澆筑磨蓋部分，磨蓋尺寸為3.5×3.5×1.0m，其重量為32t。磨心、磨蓋構造如圖3所示。

由于箱梁T構的前后左右重量相對磨心很難保證平衡，箱梁轉體穩定由滑道來控制，滑道下層為寬度50cm，半徑為5.3m，下部設置厚度1cm的A3鋼板和5mm厚的F4鋼板，上部為厚度1cm的A3鋼板和厚度5mm的不銹鋼板和組成，在澆筑上承臺時預埋道上承臺支腿下側。滑道構造如圖4所示。

環道是橋梁轉體過程中千斤頂的反力支座系統，環道與下承臺一次澆筑成型。環道半徑為7m，上面預留30×30cm槽口，槽口深50cm。

圖3 磨心、磨蓋構造圖

圖4 滑道構造大樣圖

1.4 磨心平均應力的計算

假設全部轉體重量由磨心支承，則磨心平均壓應力，經簡化計算：

式中：G——轉體總重量，kN，為箱梁、墩身、上承臺重量=65138kN；

S——磨心水平投影面積，m2；

γ——磨心與磨蓋接觸系數，一般取0.7；

R1——磨心水平投影半徑，m；

R2——磨心中心鋼軸半徑，m。

1.5 頂推力的計算

在轉體時，要求2臺千斤頂對稱布置在下承臺的反力座上同時等速施加頂推力。根據全部轉體重量由磨心支承的假定，以磨心的鋼軸為中心，建立力學平衡方程：

式中：M頂推——頂推力產生的頂推力矩，kN/m；

M摩擦——磨心和磨蓋之間摩擦產生的摩擦力矩，kN/m。

式中：F——2臺千斤頂的頂推力合力，若2臺千斤頂出力相同，則每臺千斤頂的頂推力＝0.5F/kN；

L——千斤頂作用點距離磨心的鋼軸中心的水平距離，m。

式中：μ——磨心與磨蓋之間的摩阻系數，靜摩阻系數取0.15，動摩阻系數取0.08。

1.6 合攏段長度計算

如果兩個T構同步轉體，不考慮預埋鋼筋的問題，經分析可知最不利的情況應該是兩個T構角點相互觸碰在一起，可得到下列公式：

式中：L——主跨跨徑；

B——橋梁全寬。

如果兩個T構不同步轉體時，不考慮預埋鋼筋的問題，經分析可知最不利的情況應該是一個T構轉體就位，另外一個T構的一個角點與已就位箱梁中心相互碰觸，可得到下列公式：

一般合攏段最小長度應該由上述計算數值加上預留鋼筋的長度之和求的。

2 施工要點

2.1 磨心施工

磨心模板根據磨心直徑制作定型鋼模，鋼模安裝固定在下承臺頂面，磨心的球面通過按照設計的球型直徑定做的母線器來形成。在安裝磨心鋼模過程中要嚴格控制模板頂面高程。

2.2 磨蓋施工

把磨心做為底模進行磨蓋的澆筑，磨心的外底模為砌磚然后中間填砂，頂層為砂漿抹面，隔水層為SBS防水油氈層。磨蓋施工完畢并達到設計強度的90%后用千斤頂將磨蓋與磨心分離，搭建貝雷梁桁架于下承臺上，然后吊起磨蓋之后，由工人清除磨心處垃圾雜物，清理完畢后放下磨蓋開始磨合。

2.3 磨心磨蓋的磨合

磨心和磨蓋的磨合方法參考以往經驗，采用水磨法。即在磨蓋周圍砌筑水池，使水面高于磨合面，這樣水可以浸入磨合面起到潤滑和降溫的作用，再磨合過程中要不斷從磨蓋頂注水，這樣磨合產生的磨渣可以通過水流帶出。采用水磨法大大節省磨合時間，并且磨合效果也明顯較好。磨心和磨蓋磨合完畢，驗收合格后在磨心涂上1cm厚的黃油，然后將磨蓋放下，繼續進行上承臺施工。

2.4 滑道施工

在以往轉體橋梁施工過程中滑道F4鋼板容易被擠壓變形，為了防止此類問題的再次發生，本工程采用A3鋼板和F4鋼板在廠家加工黏結，現場組合拼裝。

2.5 箱梁轉體

根據箱梁澆筑過程中對每個節段混凝土澆筑量的統計計算每個節段對箱梁轉體段中心產生的力矩，與計算的傾覆彎矩對比，如果力矩小于傾覆彎矩則可以轉體，如果力矩大于傾覆彎矩，需平衡配重才能進行轉體。

轉體過程中要觀測梁端部位高程變化，記錄勻速轉動時油泵壓力表的讀數，以判斷頂推是否正常。如果兩側梁端標高偏差較大，應停止轉體，在標高較高的一側加載平衡配重。

3 結論

興郭路跨蘇嘉杭高速公路大橋順利完成施工，結合設計與施工工程中出現的問題有以下體會。

3.1 轉體施工法和掛籃施工法相比較，由于掛籃施工階段較小而且主要是高空作業危險性較大，施工需設置防護柵；而轉體施工箱梁采用滿堂支架施工分段可以增長，可以節省大量錨具，加快施工進度，施工簡單容易控制。相對掛籃施工來說對橋梁所跨河道、公路、鐵路的影響也較小，設計橋面標高也較掛籃施工低。

3.2 通過監測轉體頂推力數據，轉體結構初始起動力約為規范計算值的2倍左右。結構轉動后，實測頂推力約為按規范計算值的0.7～1倍，主要是因為理論簡化受力狀態與實際復雜情況不符，可進一步進行研究。

3.3 磨心、磨蓋要保證平穩堅固，在磨合的過程中采用水磨法工藝磨合，不僅節省了工期，同時磨渣可隨水流出，磨合面平整。避免了由于干磨法施工造成轉體驅動力較大，轉體不穩，甚至會出現箱梁轉體段無法轉動等不利情況。

3.4 轉體合攏段施工時最理想的狀態為在既有高速公路中分帶內支架現澆或掛模施工，對通行能力影響最小。橋梁寬度越大、跨線橋與高速公路的交角越大，合攏段施工時對高速公路的通行影響就會越大。

3.5 轉體施工技術應用將會越來越廣泛。興郭路跨蘇嘉杭高速公路大橋的設計、施工技術資料，對該類橋型今后的設計、施工及進一步發展提供了有益經驗。

[1]張聯燕，等.橋梁轉體施工[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]陳寶春，孫潮，陳友杰.橋梁轉體施工方法在我國的應用與發展[J].公路交通科技，2001，（2）：56-57.

[3]周文勝，朱根云，許柏民.G312跨滬寧高速公路跨線橋轉體施工[J].橋梁建設，2004，（1）：68-69.