橋梁轉體施工在交叉橋梁中的應用研究

韋 樓

(廣西桂海高速公路有限公司，廣西 來賓 546100)

0 引言

隨著科學技術的不斷進步，橋梁施工技術取得了長足進步，特別是以轉體施工為代表的無支架施工技術得到了較為廣泛的推廣應用。轉體施工技術的出現，極大減小橋梁建設的地域范圍限制，倡導了一種新的橋梁建設思想：將橋梁分階段建設，半跨結構在偏離軸線處施工，成型后通過轉體施工將兩部分旋轉就位，在跨中位置合龍。與傳統橋梁施工技術相比，轉體施工能夠使用特殊的施工技術在深谷急流導致難以吊裝的特殊環境下跨越河流，具有安全、便捷和整體性能佳的特點。隨著轉體施工技術和理論研究的逐步深入，萬噸級別、超常懸臂的轉體橋梁也逐漸出現在橋梁建設領域中。隨著轉體施工技術的不斷發展，轉體施工技術的應用范圍，已經從山區到平原地區，從拱橋到斜拉橋、連續梁橋和剛構橋，從豎轉到平轉再到豎平轉相結合的方式。

查閱當前文獻，對于轉體施工技術的應用例子較多，但對于轉體施工技術原理和技術控制的研究相對較少，因此本文對轉體施工原理和關鍵技術控制進行了研究，以期為今后類似工程提供一定的理論支持。

1 轉體施工技術概要

1.1 橋梁轉體施工工藝的工作原理

橋梁轉體施工，就是在橋臺或橋墩上安裝轉動軸心，通過轉動軸心將橋梁分為上下兩個部位，上部可以整體旋轉，下部則為固定墩臺和基礎，這樣可以將上下兩部分的澆筑工序分開，上部結構可以選擇在別處預制或者順著跨越物建造，然后運至轉臺進行旋轉施工。對于施工旋轉角度則可以靈活設置，大大方便了跨越特殊環境的橋梁工程的施工。具體轉體如圖1所示。

圖1 轉體結構立面圖

1.2 轉體施工分類及組成

根據梁板結構的轉動方向，轉體施工可以分為豎轉施工、平轉施工和平豎轉相結合施工。近年來對于大跨徑橋梁應用更多的則是平豎轉相結合的施工方式。對于豎轉施工，可以分為向下和向上兩種方式；對于平轉施工，則可以分為平衡轉動體系施工和無平衡轉動體系施工，具體分類如圖2所示。

圖2 轉體施工方法分類圖

根據圖2，對轉體施工的不同轉體方法進行簡要介紹：

1.2.1 豎轉法

對于豎轉體系，在轉體施工時由于拉索的水平角度較小，因此產生的豎向分力也較小，因而只有在拉索索力脫架時最大，鑒于梁板需要實現從多點支撐到鉸支撐再到扣點處索支承的一個整體過程，為了保證順轉脫架成功，在提升索點安置千斤頂用以助升。

根據轉體角度的不同，豎向轉體可以分為正角度和負角度轉體，前者又稱為“旋轉降低法”，該方法將橋梁在跨中分為兩端，然后在端部沿豎直方向進行預制，接著將兩段向前方旋轉施工，在跨中進行合龍施工；負角度轉體則與正角度轉體施工順序相反，從最下方向上方旋轉，然后進行合龍施工。

1.2.2 平轉法

根據轉體體系施工控制平衡方式的不同，平轉法施工分為平衡轉動體轉體施工和無平衡轉動體施工兩種：

1.2.2.1 平衡轉動體轉體施工

對于平衡轉動體，其重心需要落在球鉸中心，然后以球鉸中心為圓心進行轉體施工。根據平衡方式的不同，平衡轉動體施工又分為自平衡轉體施工和配重轉體施工。前者是指依靠結構自身就能夠實現平衡，同時能夠滿足轉體施工階段對于結構強度的受力要求，因此在施工中需要對梁體強度達到一定要求并進行確認后才能進行進一步的轉體施工；后者是指自身無法實現整體平衡，需要進行配重才能實現平衡，使得整體轉動體系的重心在球鉸中心，從而進行進一步的轉體施工。

1.2.2.2 無平衡重轉體施工

無平衡轉動體系，主要由錨固體系、轉動體系和位控體系組成。相對平衡轉動體轉體施工，無平衡重轉體施工則是利用錨固體系達到整體平衡，節省了施工中對于平衡體系的控制，然后利用轉動體系和位控體系，實現橋梁轉體施工合龍。

1.2.3 平豎轉相結合轉體施工

對于平豎轉相結合的轉體施工方式，則是充分借鑒了豎轉的施工方便和平轉的作業范圍大的優點，在大跨徑拱橋的施工中得到了較為充分的應用。

1.3 橋梁轉體施工特點

與傳統懸吊拼裝法、桁架伸臂法和支架安裝法相比，轉體施工具有如下優勢：

(1)適用范圍廣。相比傳統施工方式對于施工環境和工期的嚴格要求，轉體施工則對于環境要求較低，對于跨越深谷、湍急水流、公鐵立交以及自然保護區等施工環境要求苛刻的跨越橋梁具有很好的適用性，尤其是一些跨徑較大的鋼筋混凝土橋梁。

(2)費用較低。轉體施工是依靠結構自身旋轉，然后進行合龍，因此在施工過程中不需要吊裝設備的輔助，節約了輔助費用。鑒于轉體施工工藝簡便易行，轉體的質量由橋墩或橋臺承擔，因此承載力較大，轉動穩定可靠。

(3)施工簡單。橋梁上部結構可以采用整體預制的方式，而預制結構的整體性強、穩定性好，更能保證上部結構受力平衡；同時因轉體施工對于施工環境和輔助設備要求較低，鉸磨、滑輪即可完成上部結構的轉體就位，大大節省了施工時間，對于成本控制和工期控制具有一定的促進作用。

2 轉體施工關鍵技術控制

保證橋梁轉體施工的順利進行以及實現橋梁轉體施工“轉得動、轉得穩、轉得準”的目標，需要在轉動體系構成、布置和穩定性控制方面做好控制，以高標準進行要求。

2.1 轉動體系構成

橋梁轉體施工的關鍵在于轉動體系。轉動體系主要包括上轉盤、下轉盤和轉動接觸面，具體如圖3所示。

圖3 轉盤剖面圖

橋梁轉體施工時，橋梁的整體重心集中在轉盤處，因此要實現上部構造轉動的順利進行，不僅需要對橋型的剛度和質量有一定的要求，而且對轉動體系的設計和支座也需要進行合理的計算。對于轉動體系，需要滿足轉動靈活和安全穩定兩個要求。根據計算和工程實踐，球形鉸支由于具有強度高、轉動靈活和可重復性利用的特點，在當前工程中得到了較為廣泛的應用。

2.1.1 上轉盤設計與制作

對于上轉盤，主要用來承受轉動體系的質量，并通過接觸凹凸性球面傳遞至下轉盤上。傳遞受力結構如圖4所示。

圖4 承重系統示意圖

由于上轉盤需要有較高的強度、剛度，同時對于接觸面積要求較高。為了施工方便，往往需要澆筑直徑略大于設計直徑的圓盤，在達到一定強度后再進行磨光處理；同時為了上下轉盤間轉動的靈活，需要在上下轉盤之間涂抹潤滑劑。

為了上磨盤和上轉盤的良好粘結，需要在上磨盤打磨完畢后，將上磨盤和上轉盤整體澆筑，這樣既可以減輕后續吊裝質量，方便施工；也可以在后期圓盤轉動過程中發現問題并及時處理，避免在加載轉動期間出現問題影響施工進程。

2.1.2 下轉盤設計與制作

對于下轉盤，主要用來承受上轉盤傳遞過來的豎向力，同時由于上下轉盤直接接觸，因壓力產生的摩擦力作用很大，所以對于下轉盤的材料多選擇抗壓承載能力較強的鋼筋混凝土結構。基于對減小摩擦力的考慮，上下轉盤接觸面多進行粘貼聚四氟乙烯板，具體如圖5所示。

圖5 下轉盤平面圖

由于下轉盤軸心承受上部轉動體系的全部重量且需要進行轉動施工，因此對下轉盤的強度、剛度和光滑度有較高的要求。對下轉盤施工多采用鋼筋混凝土結構，同時采用嚴格的施工(加螺旋網筋)、養護、打磨(先粗磨后精磨)工藝，保證打磨后的混凝土具有足夠的光滑度，直至呈水磨石狀。

2.2 轉動體系布置

轉動體系的布置，主要由牽引及助推系統、防過轉微調和測量系統組成。

(1)關于轉動牽引系統，為了增大動力和穩定性的目的，多采用全液壓、自動和連續運行的系統。對于上轉盤，通過固定在上轉盤預埋件上的牽引索，逐次沿著既定索道排列纏繞后穿過千斤頂。見圖6。

圖6 頂推牽引系統示意圖

(2)為了避免發生過轉現象，設置微調系統進行調節。這是在轉體施工快到臨界位置時，通過微調調節直至最終設計位置，避免了轉體過快帶來的過轉危害；同時對于轉體施工速度也有一定程度的提高。

(3)關于測量系統，則是通過在轉體上布置測量點的方式對轉體施工過程中進行位置測量，實時了解轉體施工狀態，對于進一步的施工提供基礎數據支持。在轉體施工完畢后，進行測量能夠很好地保證施工精度，可以極大方便后期助推施工，降低對牽引設備的功率要求，同時助推過程穩定性較好。

2.3 轉體穩定性控制

對于轉體施工，穩定性控制是施工成敗的關鍵因素。對于轉體施工穩定性的控制，目前主要針對以下兩個方面進行：

2.3.1 轉動體傾覆穩定性控制

在梁體澆筑養護支架拆除后，對于轉體施工的過程，轉動體采取自平衡或采取配重平衡，對轉體施工的安全性具有重要的控制性作用。對于轉動體的平衡體系，在支架拆除后將會出現以下情況：

(1)轉動體球鉸的摩擦阻力小于轉動體不平衡力矩，即在支架拆除后，轉體部分在自身重力作用下不會發生轉動，需要借助外力才能進行轉體施工。

(2)轉動體球鉸的摩擦阻力大于轉動體不平衡力矩，這意味著在支架拆除完畢后，轉動體在自身不平衡力矩作用下會發生轉動。

鑒于上述轉動體的平衡關系，在橋梁轉體施工準備中，尤其是一些轉動體較重的情況下，為了確保轉體過程的穩定和安全，需要在轉體施工中對轉體部分的不平衡力矩進行計算和驗證，為轉體施工提供理論支撐。

2.3.2 拱肋屈曲穩定性控制

轉體施工過程中，拱肋的穩定性是需要重點關注的關鍵技術。目前對于拱肋的穩定性的研究，僅限于光滑的理想拱軸線，而在實際施工過程中，理想拱軸線并不可能存在。同時在橋梁轉體施工過程中，為了減輕自身重量，往往通過采用薄壁的方式以達到減輕自重、方便施工的目的，因此橋梁在整體轉體施工過程和二期荷載加載過程中，整體結構的穩定性問題是關乎轉體施工成敗的關鍵性因素。特別是鋼箱薄壁界面拱肋結構，由于主拱結構轉體施工合龍的前后施工過程中容易發生加勁肋板和側板的局部應力集中而發生屈曲現象。在二期混凝土的澆筑過程中，鑒于初期混凝土沒有承載力，加上轉體施工中無法采取有效的支架體系，因此在二期混凝土澆筑過程中，橋梁容易因為應力集中而發生平面外屈曲。

3 結語

對于跨越深谷、急流以及跨越公路、鐵路的橋梁，轉體施工得到了較為充分的應用。根據上述分析，轉體施工具有以下特點：

(1)混凝土軸心轉動體系，制作方便，承壓大、穩定性好；(2)主要施工體系在上部完成，對于環境適應性強；(3)節省大量吊裝費用，尤其是對跨越深谷急流、重要公路鐵路等難以采取有效支架措施或采取支架體系費用較高的情況，能夠節約大量成本，優越性較強。

轉體施工在我國起步較晚，但是隨著基礎設施的大量建設，得到了較為廣泛的應用，因此對于今后轉體施工技術的應用，需要國內相關專家和學者進行科研攻關；隨著新技術新材料的發展，一些新型材料在轉體施工中會得到更為充分的應用，如新型高強混凝土、新型纖維材料等一系列材料，結合轉體施工技術會有更好的工程適用性。

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