西溪河大橋萬噸轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)計

郭占元， 鄢　勇， 李　銳， 吳再新

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司, 四川成都 610031)

?

西溪河大橋萬噸轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)計

郭占元， 鄢勇， 李銳， 吳再新

(中鐵二院工程集團有限責(zé)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(zhuǎn)體方法施工，轉(zhuǎn)體重量為1.4×104 t。文章詳細介紹了西溪河大橋的轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】單鉸平面轉(zhuǎn)體;轉(zhuǎn)體系統(tǒng);設(shè)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(jié)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(jié)合現(xiàn)場地形，經(jīng)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(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁+240m上承式鋼管砼提籃拱+4-32預(yù)應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)計

單鉸平轉(zhuǎn)系統(tǒng)以半拱為一轉(zhuǎn)體單位，先在兩岸形成半拱及轉(zhuǎn)體系統(tǒng)，兩岸半拱分別轉(zhuǎn)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(zhuǎn)133°，大里程半拱順時針平轉(zhuǎn)120°設(shè)計。整個轉(zhuǎn)體系統(tǒng)由交界墩、上盤、下盤、球鉸、扣索和背索、牽轉(zhuǎn)系統(tǒng)、豎向臨時轉(zhuǎn)動鉸、半跨主拱圈及平衡重組成。設(shè)計轉(zhuǎn)體球鉸承載力約為1.4×104t。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2　轉(zhuǎn)體系統(tǒng)組成

2.1上盤結(jié)構(gòu)

上盤支承交界墩和拱肋，并錨固背索，轉(zhuǎn)體時上盤單點支撐在轉(zhuǎn)動球鉸上。上盤橫向?qū)挾?0m，縱向長度21.6m，厚度6.5m。轉(zhuǎn)體上盤結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　轉(zhuǎn)體上盤結(jié)構(gòu)(單位:cm)

上盤采用橫向、縱向、豎向三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，三向預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉和背索、扣索的張拉交替進行。上盤縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用66束19φ15.24鋼絞線，并設(shè)置2個備用預(yù)應(yīng)力孔道，沿上盤底面均勻布置成兩層，兩端張拉。上盤橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用16束15φ15.24鋼絞線布置在球鉸區(qū)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(yīng)力較大區(qū)域布置100束4φ15.24鋼絞線。上盤布置了618根φ32mmPSB830預(yù)應(yīng)力用精軋螺紋鋼。

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)上盤豎向、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束在張拉完成后及時壓漿。上盤縱向預(yù)應(yīng)力鋼束在張拉完成后不壓漿處理，待轉(zhuǎn)體完成后拆除縱向預(yù)應(yīng)力鋼束并壓漿封閉預(yù)應(yīng)力孔道。

2.2下盤結(jié)構(gòu)

下盤為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),支撐整個轉(zhuǎn)體系統(tǒng)，轉(zhuǎn)體完成后，下盤與上盤連接成整體共同形成主拱基礎(chǔ)。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(chǔ)，其上部1m在順橋向前端加大形成半徑9m的圓盤。下盤上設(shè)置有保險腿滑道、牽引反力座。保險腿與滑道表面預(yù)留10mm間隙，保險腿滑道上鋪設(shè)8mm厚鋼板，鋼板上涂潤滑黃油及聚四氟乙烯復(fù)合材料滑板，以降低保險腿與滑道之間的滑動摩擦系數(shù)，以降低轉(zhuǎn)體時對牽引系統(tǒng)的要求，降低工程造價。

2.3球鉸結(jié)構(gòu)

球鉸為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動中心，連接上盤和下盤，傳遞轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的全部重量。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)置多根徑向及環(huán)向加勁肋。下球面鋼板上設(shè)置有滑片凹槽，用來鑲嵌聚四氟乙烯復(fù)合材料滑動片，以減小上、下球面之間的摩察系數(shù)。球鉸中心設(shè)置直徑270mm鋼定位軸，上下球面設(shè)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(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4　球鉸結(jié)構(gòu)(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(shè)置于上盤頂面，墩高52.95m。由于轉(zhuǎn)體扣索、背索均錨固于其頂帽上，針對頂帽進行了加強設(shè)計。頂帽及托盤采用C40鋼筋混凝土，高度為5.5m，縱向?qū)?.2m，橫向?qū)挒?1.0m。墩頸縱向?qū)?.2m，橫向?qū)?.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(nèi)坡60∶1。交界墩構(gòu)造圖如圖5所示。

(a)側(cè)面　　　　　　　　(b)正面　　　　圖5　交界墩構(gòu)造(單位：cm)

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

(a)正面　　　　　　　　　(b)側(cè)面圖6　交界墩頂帽構(gòu)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(zhuǎn)體時拱肋通過扣索懸吊于交界墩上，拱肋轉(zhuǎn)體到位后可通過扣索來調(diào)整拱肋標高?？鬯髑岸擞肞錨錨固在拱肋下弦節(jié)點預(yù)設(shè)的錨梁上，然后通過上弦節(jié)點處的轉(zhuǎn)向塊，拉錨于交界墩頂帽上。在轉(zhuǎn)向塊處，扣索分散開成一排，避免相互打絞?？鬯鞑捎?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(shè)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(zhuǎn)體系統(tǒng)上盤上。也采用單端張拉，張拉端設(shè)置在交界墩墩頂。

2.7牽引系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)由牽引索、反力座及連續(xù)張拉千斤頂三部分組成。設(shè)計靜摩擦系數(shù)按0.1控制，動摩擦系數(shù)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(tǒng)采用ZLD200型連續(xù)牽引千斤頂及相應(yīng)的ZTB25油泵。牽引反力座設(shè)于下盤之上，共4個。下盤據(jù)轉(zhuǎn)動中心7.5m半徑的周圍均勻設(shè)置了14個千斤頂?shù)鬃?，千斤頂?shù)鬃?0cm。轉(zhuǎn)體時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的需要在合適的下盤底面上設(shè)千斤頂，調(diào)節(jié)上盤水平，保證轉(zhuǎn)體平衡進行(圖7)。

圖7　牽引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.8拱腳臨時豎向轉(zhuǎn)動鉸

為了調(diào)整支架拼裝時拱腳鋼管內(nèi)力及拱肋線型，在拱腳設(shè)豎向臨時轉(zhuǎn)動裝置，拱肋合龍后封閉臨時轉(zhuǎn)動裝置。

2.9主拱圈結(jié)構(gòu)

主橋結(jié)構(gòu)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(gòu)成，拱肋橫向內(nèi)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(shù)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(gòu)成，其上下弦各由兩肢鋼管與其間的兩塊20mm厚鋼板聯(lián)結(jié)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(nèi)實腹段，其余為腹桿空腹區(qū)。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(zhuǎn)體為非對稱平衡轉(zhuǎn)體，轉(zhuǎn)體時為保證安全需要有一定的后傾力。設(shè)計時球鉸中心相對于轉(zhuǎn)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(cè)的上盤頂預(yù)留有配重區(qū)域，可設(shè)置壓重水箱或者砂箱，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)體安全。

3結(jié)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(zhuǎn)法施工，單鉸轉(zhuǎn)體重量達1.4×104t。該橋技術(shù)含量高, 設(shè)計施工難度大。轉(zhuǎn)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(yè)，大大降低了施工風(fēng)險，對保證施工質(zhì)量也有很大的幫助。本文全面的介紹了轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的設(shè)計，對今后同類型橋梁設(shè)計，具有非常高的指導(dǎo)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(shè)計工作。

[定稿日期]2015-12-30