杭黃鐵路上跨皖贛線轉(zhuǎn)體橋梁設(shè)計

金　城

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司　武漢　430062)

杭黃鐵路上跨皖贛線轉(zhuǎn)體橋梁設(shè)計

金城

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司武漢430062)

摘要以實際工程為背景，介紹了跨越皖贛鐵路轉(zhuǎn)體橋的設(shè)計條件，上、下結(jié)構(gòu)設(shè)計和球面轉(zhuǎn)動體系的設(shè)計要點，以及結(jié)構(gòu)分析情況。該設(shè)計方案解決了交通運輸繁忙的鐵路跨線橋建設(shè)中的難題，與同等規(guī)模的其他橋型相比優(yōu)勢明顯。

關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)體施工橋梁球面轉(zhuǎn)動體系設(shè)計

杭黃鐵路跨既有皖贛線鐵路橋位于黃山市績溪縣揚之水村境內(nèi)，是杭黃鐵路建設(shè)的重點工點之一。杭黃鐵路在DK240+062段與既有皖贛鐵路斜交，斜交角度為44°。

鑒于既有皖贛線為營運鐵路，為減小對鐵路運營安全的影響，設(shè)計人員在安全、適用、經(jīng)濟、美觀的前提下，對跨越既有皖贛線鐵路橋梁進行了多個橋型方案的設(shè)計比較，最終采用主橋64 m+116 m+116 m+64 m連續(xù)梁方案，其中跨越既有皖贛線采用平面轉(zhuǎn)體施工。立面布置見圖1。

圖1　立面布置圖(單位：cm)

1主要設(shè)計條件

(1) 鐵路等級。客運專線250 km/h。

(2) 設(shè)計活載[1]。鐵路，雙線ZK活載。

2主橋上、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

上部結(jié)構(gòu)為單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，梁高由支點處8.9 m漸變至端部5.2 m。箱梁橫斷面全寬12.2 m，其中懸臂2.75 m，底板寬8.6 m。主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)體前需達到設(shè)計強度并張拉完畢，轉(zhuǎn)體到位后需先合龍邊跨，再合龍中跨。

主墩為圓端型實體橋墩，墩高8 m，順線路方向為4.5 m，橫橋向為10.5 m，主墩與梁部采用球型鋼支座連接，轉(zhuǎn)動墩設(shè)置臨時支墩把梁體與主墩固結(jié)，主墩與承臺之間設(shè)置球面轉(zhuǎn)動支座，轉(zhuǎn)體重量為8 343 t。

為了保證主梁施工不影響皖贛鐵路的正常營運，且考慮橋梁受力的科學合理性及施工便利，該橋不在底部設(shè)置張拉槽口，所有預(yù)應(yīng)力筋的張拉均在箱體內(nèi)進行，避免轉(zhuǎn)體結(jié)束后還需掛模對底板張拉槽進行封錨澆筑而影響鐵路的正常運營。

3轉(zhuǎn)動體系設(shè)計

目前轉(zhuǎn)動體系主要有平面轉(zhuǎn)動體系與球面轉(zhuǎn)動體系2種，在我國施工技術(shù)均成熟。如滬昆客專跨武廣客專的南西聯(lián)絡(luò)線特大橋斜拉轉(zhuǎn)體(轉(zhuǎn)動重量約14 500 t)，貴州水柏鐵路北盤江大橋轉(zhuǎn)體(轉(zhuǎn)動重量約12 000 t)等采用了球面轉(zhuǎn)動體系；廣東佛山的東平大橋轉(zhuǎn)體(轉(zhuǎn)動重量約15 000 t)采用了平面轉(zhuǎn)動體系。平面轉(zhuǎn)動體系具有加工簡單、工程費用相對較低等優(yōu)點，但是球面轉(zhuǎn)動體系具有滑動性好、平衡稱重及糾偏能力較好、轉(zhuǎn)動體系所要求的平面空間較小等優(yōu)點。

本橋經(jīng)過初步設(shè)計階段論證，最終采用球面轉(zhuǎn)動體系。其由下轉(zhuǎn)盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)、助推系統(tǒng)、軸線微調(diào)系統(tǒng)組成。轉(zhuǎn)動體系總體布置見圖2。

圖2　轉(zhuǎn)動體系布置圖(單位：cm)

(1) 轉(zhuǎn)體下轉(zhuǎn)盤。下轉(zhuǎn)盤是轉(zhuǎn)體重要支撐結(jié)構(gòu)，布置有轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的下球鉸、撐腳的環(huán)形滑道、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)的反力座、助推系統(tǒng)、軸線微調(diào)系統(tǒng)等。下轉(zhuǎn)盤置于下承臺直徑11.0 m、高1.0 m的圓槽內(nèi)，布置有局部承壓鋼筋網(wǎng)以及連接鋼筋。通過在下轉(zhuǎn)盤預(yù)埋型鋼骨架的方式，將轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的下球鉸、撐腳的環(huán)行滑道設(shè)置在C50混凝土結(jié)構(gòu)的下轉(zhuǎn)盤上。轉(zhuǎn)體完成后，通過封鉸混凝土將下轉(zhuǎn)盤與上轉(zhuǎn)盤共同組成承臺。

(2) 球鉸。本橋設(shè)計轉(zhuǎn)動重量8 343 t，球鉸豎向承載力按90 000 kN設(shè)計。本橋轉(zhuǎn)動體系采用鋼球鉸，分上下2片，平面直徑3 000 mm，球面直徑6 000 mm。球鉸是轉(zhuǎn)動體系的核心，需精確安裝并在精密對位后鎖定，球鉸安裝完后在上下球鉸吻合面外周用膠帶纏繞密封，防止雜物進入球鉸摩擦部位[2]。

(3) 轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)盤撐腳與下轉(zhuǎn)盤滑道。上轉(zhuǎn)盤撐腳為轉(zhuǎn)體時保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)的保險腿。從保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和方便施工出發(fā)，在上轉(zhuǎn)盤周圍對稱布置8個撐腳。在撐腳的下方(即下盤頂面)設(shè)有1.2 m寬的滑道，滑道中心半徑4.5 m，轉(zhuǎn)體時保險撐腳可在滑道內(nèi)滑動，以保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)。為保證轉(zhuǎn)體的順利實施，要求整個滑道面在一個水平面上，其相對高差不大于0.5 mm。每個撐腳為雙圓柱形，下設(shè)20 mm厚鋼走板。雙圓柱為2個直徑900 mm×8 mm的鋼管，撐腳鋼管內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土。撐腳在工廠整體制造后運進工地，在下轉(zhuǎn)盤混凝土灌注完成上球鉸安裝就位時即安裝撐腳，并在撐腳走板下支墊10 mm鋼板(作為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)與滑道的間隙)。上轉(zhuǎn)盤施工完成后抽掉墊板。轉(zhuǎn)動前在接觸下滑道的支撐腿下面鋪裝3 mm四氟滑板，并在轉(zhuǎn)動過程中及時添加，以減小轉(zhuǎn)動時的摩擦力。

(4) 轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)盤。上轉(zhuǎn)盤在整個轉(zhuǎn)體過程中以受壓為主，根據(jù)上轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)外形，布置有多層鋼筋網(wǎng)及抗剪鋼材、鋼筋，施工時應(yīng)綁扎好各鋼

筋、鋼材，同時注意預(yù)埋橋墩伸入上轉(zhuǎn)盤鋼筋。上轉(zhuǎn)盤是球鉸、撐腳與上轉(zhuǎn)盤相連接的部分，又是轉(zhuǎn)體牽引力直接施加的部分。施工時在布設(shè)牽引索時應(yīng)注意：①同一對索的錨固端在同一直徑線上并對稱于圓心，每根索的預(yù)埋高度和牽引方向應(yīng)一致；②每根索的出口點對稱于轉(zhuǎn)盤中心，牽引索外露部分圓順地纏繞在轉(zhuǎn)盤周圍，互不干擾地擱置于預(yù)埋鋼筋上；③作好保護措施，防止施工過程中鋼絞線損壞或生銹。

待上盤混凝土達到設(shè)計強度后，進行整個轉(zhuǎn)體系統(tǒng)支承體系轉(zhuǎn)換。抽去墊板使轉(zhuǎn)臺支承于球鉸上。施加轉(zhuǎn)動力矩，使轉(zhuǎn)臺沿球鉸中心軸轉(zhuǎn)動。檢查球鉸的運轉(zhuǎn)是否正常，測定其摩擦系數(shù)，為轉(zhuǎn)體施工提供依據(jù)。

4結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)目前規(guī)范對結(jié)構(gòu)進行了如下計算：①牽引力計算；②承臺結(jié)構(gòu)計算；③空間動力分析；④顫振穩(wěn)定性驗算；⑤結(jié)構(gòu)抗風性能計算分析；⑥風致平轉(zhuǎn)效應(yīng)計算，主要計算橫向風導(dǎo)致平轉(zhuǎn)彎矩作用下?lián)文_的受力情況；⑦風致結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算，主要計算了風致內(nèi)力的控制截面在轉(zhuǎn)體過程中的受力情況；⑧轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)曲屈穩(wěn)定分析。

以上計算結(jié)果表明，本橋在施工過程及后期營運階段均處于安全狀態(tài)，且計算結(jié)果滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

5結(jié)語

轉(zhuǎn)體橋梁能較好地解決在高山峽谷、水深流急或經(jīng)常通航的河道上架設(shè)大跨度構(gòu)造物的難題，尤其是對交通運輸繁忙的城市立交橋和鐵路跨線橋，其優(yōu)勢更加明顯，與同等規(guī)模的其他橋梁相比其建造費用相當。目前我國轉(zhuǎn)體橋梁的最大轉(zhuǎn)體噸位達到了2.24萬t，隨著新技術(shù)、新工藝的不斷應(yīng)用，該方法會更加安全可靠、操作簡便、實施快速、降低造價，在橋梁建設(shè)中將發(fā)揮越來越大的作用。

本文介紹的橋梁的轉(zhuǎn)體噸位不到9 000 t，小噸位的轉(zhuǎn)體橋在我國報道不多，因此本設(shè)計將為跨越營運線路時的橋式方案提供參考。目前該橋已進入施工階段，預(yù)計2016年中旬完成轉(zhuǎn)體施工。

參考文獻

[1]TB10621-2014高速鐵路設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

[2]楊自政.客運專線轉(zhuǎn)體橋球鉸封固混凝土施工技術(shù)[J].鐵道標準設(shè)計，2011(7)：46-49.

收稿日期：2015-02-09

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.006