西溪河大橋萬噸轉體系統設計

郭占元， 鄢　勇， 李　銳， 吳再新

(中鐵二院工程集團有限責任公司, 四川成都 610031)

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西溪河大橋萬噸轉體系統設計

郭占元， 鄢勇， 李銳， 吳再新

(中鐵二院工程集團有限責任公司, 四川成都 610031)

【摘要】成貴鐵路西溪河大橋主橋采用半拱單鉸平面轉體方法施工，轉體重量為1.4×104 t。文章詳細介紹了西溪河大橋的轉體系統設計。

【關鍵詞】單鉸平面轉體;轉體系統;設計

1工程概況

西溪河大橋是成貴鐵路重點工程之一，該橋位于貴州省畢節市大方縣與黔西縣交界處，跨越兩縣交界西溪河，西溪河河谷下切強烈，河谷深度達約260m，河谷兩岸懸崖絕壁高達約180m。結合現場地形，經過多次專家論證及方案比選，

確定主橋采用240m的上承式鋼管混凝土提籃拱。全橋孔跨布置為：3-32m預應力混凝土簡支梁+240m上承式鋼管砼提籃拱+4-32預應力混凝土簡支梁，全長493.6m。主拱肋采用在兩岸形成半拱，然后再單鉸平轉合龍的施工方法。全橋總布置圖如圖1所示。

圖1　全橋布置(單位: cm)

2轉體系統設計

單鉸平轉系統以半拱為一轉體單位，先在兩岸形成半拱及轉體系統，兩岸半拱分別轉至橋梁軸線上進行拱肋合龍。西溪河大橋按小里程半拱逆時針平轉133°，大里程半拱順時針平轉120°設計。整個轉體系統由交界墩、上盤、下盤、球鉸、扣索和背索、牽轉系統、豎向臨時轉動鉸、半跨主拱圈及平衡重組成。設計轉體球鉸承載力約為1.4×104t。轉體系統組成如圖2所示。

圖2　轉體系統組成

2.1上盤結構

上盤支承交界墩和拱肋，并錨固背索，轉體時上盤單點支撐在轉動球鉸上。上盤橫向寬度30m，縱向長度21.6m，厚度6.5m。轉體上盤結構如圖3所示。

圖3　轉體上盤結構(單位:cm)

上盤采用橫向、縱向、豎向三向預應力混凝土結構，三向預應力鋼束的張拉和背索、扣索的張拉交替進行。上盤縱向預應力鋼束采用66束19φ15.24鋼絞線，并設置2個備用預應力孔道，沿上盤底面均勻布置成兩層，兩端張拉。上盤橫向預應力鋼束采用16束15φ15.24鋼絞線布置在球鉸區上盤頂面。在背索錨固端附近、交界墩墩底的上盤頂面、底面及拱腳承壓斜面的橫向拉應力較大區域布置100束4φ15.24鋼絞線。上盤布置了618根φ32mmPSB830預應力用精軋螺紋鋼。

轉體系統上盤豎向、橫向預應力鋼束在張拉完成后及時壓漿。上盤縱向預應力鋼束在張拉完成后不壓漿處理，待轉體完成后拆除縱向預應力鋼束并壓漿封閉預應力孔道。

2.2下盤結構

下盤為轉體結構的基礎,支撐整個轉體系統，轉體完成后，下盤與上盤連接成整體共同形成主拱基礎。下盤在球鉸正下方，為一個橫橋向30m，順橋向9.0m，厚度3m的條形基礎，其上部1m在順橋向前端加大形成半徑9m的圓盤。下盤上設置有保險腿滑道、牽引反力座。保險腿與滑道表面預留10mm間隙，保險腿滑道上鋪設8mm厚鋼板，鋼板上涂潤滑黃油及聚四氟乙烯復合材料滑板，以降低保險腿與滑道之間的滑動摩擦系數，以降低轉體時對牽引系統的要求，降低工程造價。

2.3球鉸結構

球鉸為轉體結構的轉動中心，連接上盤和下盤，傳遞轉體結構的全部重量。轉體球鉸由上、下兩個球面及中心定位軸組成，球面采用50mm厚的鋼板加工成40mm厚的球面，球面半徑8.0m，上球面位于上盤底部，為凸面，下球面位于轉體下盤上，為凹面，球鉸半徑1.99m。為防止球鉸在加工、運輸過程中變形，保證球鉸與上、下盤之間混凝土連接牢固，球面背部設置多根徑向及環向加勁肋。下球面鋼板上設置有滑片凹槽，用來鑲嵌聚四氟乙烯復合材料滑動片，以減小上、下球面之間的摩察系數。球鉸中心設置直徑270mm鋼定位軸，上下球面設置定位軸套筒，套筒直徑289mm，球面之間及套筒間隙中均注入黃油，黃油中摻入一定比例聚四氟乙烯粉。球鉸結構圖如圖4所示。

圖4　球鉸結構(單位:mm)

2.4交界墩

交界墩作為扣索塔架通過扣索支承拱圈，同時也起平衡壓重的作用。交界墩采用矩形空心墩。空心墩設置于上盤頂面，墩高52.95m。由于轉體扣索、背索均錨固于其頂帽上，針對頂帽進行了加強設計。頂帽及托盤采用C40鋼筋混凝土，高度為5.5m，縱向寬5.2m，橫向寬為11.0m。墩頸縱向寬5.2m，橫向寬8.4m，墩頸壁厚為0.6m，墩身縱、橫兩個方向放坡，縱橫向外坡50∶1，內坡60∶1。交界墩構造圖如圖5所示。

(a)側面　　　　　　　　(b)正面　　　　圖5　交界墩構造(單位：cm)

交界墩頂帽需要錨固扣索、背索，受力復雜，設計時在橫橋向布置36束12φ15.24鋼絞線，橫向預應力鋼束張拉完成后孔道不壓漿，轉體施工完成后扣索、背索拆除后將橫向預應力拆除，預應力孔道進行灌漿封閉處理(圖6)。

(a)正面　　　　　　　　　(b)側面圖6　交界墩頂帽構造

2.5扣索

扣索兩端分別錨固在交界墩頂帽及拱肋懸臂前端，用來平衡拱肋的懸臂重量，拱肋的脫架也是通過張拉扣索來完成，轉體時拱肋通過扣索懸吊于交界墩上，拱肋轉體到位后可通過扣索來調整拱肋標高。扣索前端用P錨錨固在拱肋下弦節點預設的錨梁上，然后通過上弦節點處的轉向塊，拉錨于交界墩頂帽上。在轉向塊處，扣索分散開成一排，避免相互打絞。扣索采用8束15-7φ5的1 860MPa級低松馳鋼鉸線。在交界墩墩頂頂帽端單端張拉，主拱上的扣點設計為固定端。

2.6背索

背索采用56根21-7φ5的1 860MPa級低松馳鋼鉸線。上端錨固于交界墩頂帽，下端錨固與轉體系統上盤上。也采用單端張拉，張拉端設置在交界墩墩頂。

2.7牽引系統

牽引系統由牽引索、反力座及連續張拉千斤頂三部分組成。設計靜摩擦系數按0.1控制，動摩擦系數按0.06控制。牽引索為兩對(四束)12-7φ5的1 860MPa級鋼鉸線，張拉系統采用ZLD200型連續牽引千斤頂及相應的ZTB25油泵。牽引反力座設于下盤之上，共4個。下盤據轉動中心7.5m半徑的周圍均勻設置了14個千斤頂底座，千斤頂底座高60cm。轉體時根據監測數據的需要在合適的下盤底面上設千斤頂，調節上盤水平，保證轉體平衡進行(圖7)。

圖7　牽引系統結構

2.8拱腳臨時豎向轉動鉸

為了調整支架拼裝時拱腳鋼管內力及拱肋線型，在拱腳設豎向臨時轉動裝置，拱肋合龍后封閉臨時轉動裝置。

2.9主拱圈結構

主橋結構為上承式X型鋼管混凝土提籃拱，拱圈由兩條拱肋與橫向連接系構成，拱肋橫向內傾7.5°，拱趾處中心距23.192m，拱頂拱肋中心距8.71m，主拱軸線為懸鏈線，拱軸系數m=2.2，矢跨比約1/4.4。拱肋高5.7m，寬3.0m，每肋由4肢φ1 100×20mm鋼管構成，其上下弦各由兩肢鋼管與其間的兩塊20mm厚鋼板聯結呈啞鈴形，在拱肋的全長上均為等截面；從拱趾起拱肋兩端各約53.0m范圍內實腹段，其余為腹桿空腹區。主拱圈斷面圖如圖8所示。

圖8　主拱圈斷面(單位:mm)

2.10平衡重

西溪河大橋半拱轉體為非對稱平衡轉體，轉體時為保證安全需要有一定的后傾力。設計時球鉸中心相對于轉體中心向前偏移了0.18m,理論情況下后保險腿反力為600t,但是考慮施工偏差等因素，在交界墩后側的上盤頂預留有配重區域，可設置壓重水箱或者砂箱，轉體前進行后保險腿稱重，若反力小于600t則增加一定配重，保證轉體安全。

3結束語

成貴鐵路西溪河大橋是成貴線的重點工程，主跨采用240m上承式鐵路鋼管砼提籃拱，主拱圈采用半拱平轉法施工，單鉸轉體重量達1.4×104t。該橋技術含量高, 設計施工難度大。轉體施工是本橋的特色，解決了特殊地形條件下主拱肋安裝的難題，減少了高空作業，大大降低了施工風險，對保證施工質量也有很大的幫助。本文全面的介紹了轉體系統的設計，對今后同類型橋梁設計，具有非常高的指導價值。

【文獻標志碼】B

【中圖分類號】U445.465

[作者簡介]郭占元(1981～)，男，碩士研究生，工程師，從事工程設計工作。

[定稿日期]2015-12-30