省道南鶴公路南渡江特大橋設計簡介

中國瑞林工程技術有限公司深圳分公司

摘要：近年來隨著交通運輸事業的快速發展，橋梁轉體施工技術得到了更加廣泛的應用。無論是在山區崇山峻嶺、深山峽谷的單孔拱橋工地，還是在平原地區的跨河、跨線和市政立交橋上，轉體施工都以其施工簡易、質量可靠、施工安全、經濟、不干擾既有公路、航道、鐵路的運輸等獨特優勢顯現出強大的競爭力和生命力。本文以南渡江特大橋（凈跨190m上承式箱型拱橋）為例，對其主橋設計及轉體施工工藝進行簡要闡述。

關鍵詞：上承式箱型拱橋；凈跨190m；轉動體系；轉體施工

1 工程概況

南鶴公路是湖北省鶴峰縣境內重要的干線公路，是連接鶴峰縣東部五里鄉、走馬鎮、鐵爐鄉三大鄉鎮的重要通道，又是鶴峰縣和恩施州其它各縣通達湖南、廣東等省的重要省際出口通道。本項目是南鶴公路上的一座山區特大跨度鋼筋混凝土拱橋，橋梁凈跨190m，橋高163m。

2 總體設計及橋跨布置

本橋全長272.276m。主橋凈跨190.0m，位于直線段，走馬岸為2孔18.6m引橋，位于緩和曲線和圓曲線內，鶴峰岸為1孔25.0m引橋，位于緩和曲線內。橋面縱向設置雙向1.0%的縱坡；橋高163.0m。橫斷面布置為凈9.0m行車道+兩側0.5m的防撞墻，總寬10.0m。

圖1 橋梁立面圖

3 主橋上部結構

主孔為上承式普通鋼筋砼箱形拱橋，凈跨190.0m，凈矢高38.0m，凈矢跨比1/5，拱軸系數m=1.988。主拱圈為等截面懸鏈線單箱雙室箱形拱。

上承式普通鋼筋混凝土箱形拱橋由主拱圈和拱上建筑組成。全橋拱上建筑由11孔跨度18.6m的裝配式預制小箱梁橋組成，全橋按三聯設計，聯跨組合為（2.93+2×18.6m）+（11×18.6m）+（25.0+2.53m），即只在交界墩背墻處設伸縮縫，聯內跨間以及橋臺處設橋面連續。拱上建筑包括墊梁、立柱、蓋梁、簡支小箱梁以及橋面鋪裝砼。

主拱圈箱寬7.50m，高3.3m，拱箱側腹板、中腹板之間中至中距離為3.02m，頂、底板厚0.3m，側腹板和中腹板厚0.38m，每個室的四角設有0.5m×0.2m倒角。每排立柱下和每排立柱間（兩道）設有拱箱橫隔板，橫隔板厚度為0.25m。拱腳至第二道橫隔板長度范圍內設置頂、底加厚段，頂、底板厚度由30cm加厚至拱腳斷面的50cm。

墊梁設在每排立柱下，主要作用是擴散立柱集中力對主拱圈的作用。墊梁寬度1.3m，長度7.50m，靠拱頂一側高度0.5m。

拱上立柱橫橋向為三根，三根立柱分別支承在主拱圈的邊腹板和中腹板上。拱上建筑三片小箱梁梁的中心對應立柱布置，立柱間距3.28m，立柱間不設橫系梁。

圖2 主橋橫斷面

立柱上蓋梁寬1.6m，高0.8m，長8.5m，由于立柱直接承擔小箱梁的豎向作用力，蓋梁主要承擔立柱系梁以及抗震擋塊功能。

蓋梁以上的行車道橋面系選用跨徑18.6m的C50簡支預應混凝土小箱梁作為拱上建筑的基本結構。這種結構的優點在于自重輕、外觀美觀，可以在兩岸的勁性骨架的預拼裝場地預制，材料用量比空心板更省。

拱上小孔每一孔橫向設3片小箱梁，梁中距離3.35m，小箱梁高1.2m，中梁預制寬度2.4m，邊梁預制寬度2.85m。濕接縫寬度0.95m，端部和跨中設置橫隔板。小箱梁行車道板上設有10-16.7cm厚的鋼筋混凝土橋面鋪裝。

4 主橋下部結構

主橋下部結構包括下盤基礎、上盤、交界墩背墻和轉體設施：磨心、磨蓋、保險墩等。

由于本橋主拱圈采用轉體工藝施工，主橋轉動體系的上、下盤之間在轉體合攏后用封盤砼封填密實形成整體。

普通鋼筋砼球鉸分為下球鉸（磨心）和上球鉸（磨蓋），磨心直徑為2.6m，下球鉸是一個高出基礎下盤頂面10cm的“圓餅”狀的砼實體。球鉸表面是一個矢高10cm左右的凸形球缺面，它是承受全部轉動體系質量的關鍵部位；采用C50砼，磨心頂面的壓應力是13.5MPa。

上轉盤是把整個轉動體系質量傳遞給磨心的一個厚重的大體積砼實體，受力復雜，但通過局部應力分析，可以十分可靠的用三向預應力把上轉盤設計成一個可靠的剛體，保證在施工的全過程，上轉盤單獨通過磨心承受全部轉體重量時，任一截面都有足夠的壓應力儲備。

圖3 背墻及上下盤構造圖

交界墩背墻采用空心墩形式，寬9.0m，厚4.0m，高約41m；磨心軸線設在主孔起拱線處。背墻不僅在轉體階段起平衡重心的作用，還是扣索和背索的反力墻，在形成轉動體系過程中，通過逐級交替張拉扣索、背索鋼絞線，最終實現脫架形成轉動體系以便轉體。通過有效的施工監控，保證交界墩墩頂位移滿足規范，墩身任何截面在任何工況下都受壓為主，不發生不允許的拉應力。

由于主橋采用轉體施工工藝設計，主橋除考慮永久性基礎設計外，為保證轉動體系制作及轉體過程中的安全，在永久性基礎外，轉動體系可能轉動的范圍內均需澆筑臨時基礎，臨時基礎可采用片石砼，但必須保證臨時基礎落于可靠巖面上。

本橋由于橋臺基礎落在陡峭的山腰上，基坑開挖石方量大，基坑邊坡不但高、陡，基坑開挖時根據巖石的巖性情況可適當調整開挖邊坡的坡度。

基坑開挖邊坡應根據開挖揭露的巖性現場調整，為確保大橋施工及運營期的安全，必要時邊坡采用噴錨防護。或者采用光面爆破，以減少開挖范圍。

5 轉動體系構造

轉出的橋體是帶混凝土底板的小直徑鋼管混凝土勁性骨架，是半跨鋼—混組合結構的拱形空間網架。下弦是寬7.5m、15cm厚的鋼筋混凝土底板，它把三片上弦是φ377×12mm的鋼管混凝土桿件和腹桿是雙肢角鋼2∠110×10的平面桁架聯成整體，桁架中—中距離為3.4m，桁架的縱向節間距離約為2.9m，它的腹桿、上平聯以及橫剖面上的橫向剪刀撐都用型鋼通過節點板聯結形成幾何不變的、穩定的三角形。勁性骨架交叉腹桿選用加強型角鋼，即在∠110×10的兩肢端加焊2φ25鋼筋。這種轉動體系的特點是重量輕、剛度和強度大。轉動體系構造見下圖（圖4～6）：

圖4 轉動體系構造圖

圖5 勁性骨架典型橫斷面

圖6 拱圈細部

下盤基礎、磨心球鉸、環道與撐腳（亦稱保險墩）、上轉盤、交界墩背墻、拉桿扣索、帶砼底板的勁行骨架組成一個完整的轉體體系。

轉體階段，上弦為空鋼管，轉動體系質量為5145t，其重心基本控制在磨心處，向后偏心約3cm。扣索拉力為7340KN。本橋按“中心承重轉體”的構思設計。

6 橋梁施工重難點——有平衡重轉體施工

本橋主拱圈跨度190m，跨越南渡江。采用有平衡重轉體施工。

所謂有平衡重轉體施工就是在兩岸利用地形，開挖出土牛拱胎，按照盡量少挖、少破壞植被、保護生態的原則選擇合理的拱胎底模制作軸線，搭設簡易支架，安裝簡易支架之間的簡支鋼桁架，在鋼桁架上鋪設半跨拱圈的底模板，要求底模板安裝牢靠、標高符合設計，要求鋼桁架能承受澆筑底板砼的荷載。并且要求能夠方便的拆除底模板。在岸邊支架上焊接組裝勁性骨架，澆筑部分底板砼，形成半跨整體的帶砼底板的小直徑鋼管砼勁性骨架，待強度形成。穿扣索、背索，然后逐級交替張拉背索、扣索，實現脫架，形成轉動體系，轉體，實現合攏成拱，再在勁性骨架拱圈上逐段澆筑側壁、二期底板和頂板砼，形成設計斷面的單箱雙室主拱圈。

為了使帶砼底板的小直徑鋼管砼勁性骨架能平穩脫架，要在土牛拱胎端部拱頂處對應腹板的下方設置一排三個堅固穩妥的支撐柱，以備放置千斤頂輔助脫架。支撐柱高度以方便千斤頂操作為原則。

通過張拉扣索、背索鋼絞線把半跨帶砼底板的小直徑鋼管砼勁性骨架和橋墩背墻、上盤聯結成一個完整的轉動體系，整個轉動體系約5145t完全支承在磨心上，四周的保險墩在環道上完全脫空，轉動體系的重心基本就在磨心上，真正實現中心承重的設計意圖。轉動體系脫架后即可用普通千斤頂平穩地驅動轉體合攏。半跨轉動體系，轉體90度一般需12小時。

當鋼管混凝土勁性骨架轉體合攏后，即可將轉動體系上、下盤之間的空隙以及上盤背后基坑超挖的部分用混凝土封填，再將鋼管混凝土勁性骨架拱頂段接頭接好，然后灌注上弦管內微膨脹C50砼。至此，在兩岸橋臺之間，河溝的高空已架設好一個有足夠剛度、強度和穩定安全系數的空間拱形骨架，在這個拱形骨架上按設計加載程序無支架先澆筑拱圈側壁和中腹板的混凝土，再加厚底板混凝土，最后澆拱圈頂板混凝土形成單箱雙室的鋼筋混凝土主拱圈。此時即可松去拉索，實現體系轉換成為拱式結構。原有勁性骨架中的鋼管、角鋼均被包裹在主拱圈的混凝土內，成為主拱圈內的勁性配筋。

7 結語

① 轉體橋的轉體過程可以按“中心承重”的思路來設計構思，轉動體系在轉體過程中的穩定是可以保證的。

② 普通鋼筋砼球鉸完全是在工地上用常規的材料和施工方法加工制作，不但工藝簡單，而且質量標準明確、容易控制，特別是在山區交通不便的深山峽谷需要修建轉體橋的橋位，普通鋼筋砼球鉸更會顯示出強大的生命力。

參考文獻：

[1]肖碩剛 梅志軍等人合著.用普通鋼筋砼球鉸修建轉體橋.中國土木工程學會橋梁及結構工程分會，2012.05.