渭河特大橋轉(zhuǎn)體施工設(shè)計(jì)

孫雷

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 概況

隴漳高速公路渭河特大橋位于甘肅省隴西縣文峰鎮(zhèn)附近，橋梁沿著地勢(shì)復(fù)雜的渭河河谷、遼西河河道、鎖峪河河道布設(shè)。渭河特大橋主要跨越隴海鐵路、渭河河道、隴西縣濱河路和雙擁路、石油管道等，橋梁規(guī)模受地形、地物控制，此處渭河百年一遇流量為4 058 m3/s。為減少高速公路施工期間對(duì)隴海鐵路正常運(yùn)營(yíng)的干擾，上跨隴海鐵路處采用轉(zhuǎn)體施工。上跨處橋梁孔跨布置為：41.4 m+70 m+41.4 m連續(xù)剛構(gòu)，主橋全長(zhǎng)152.8 m。該段隴海鐵路跨越渭河，鐵路為上、下行橋梁分離布置，鐵路兩幅橋凈距約19 m。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：高速公路。

（2）設(shè)計(jì)行車速度：80 km/h。

（3）平曲線半徑：830 m。

（4）道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面：鐵路區(qū)單幅橋梁寬度25.5 m。

（5）荷載等級(jí)：汽車荷載，公路-I級(jí)（提高1.3倍）[1]。

（6）橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 a。

（7）橋梁設(shè)計(jì)參數(shù)：安全等級(jí)一級(jí)；構(gòu)件重要性系數(shù)1.1；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度允許值0.2 mm。

（8）立交凈空：距隴海鐵路不小于8.9 m。

（9）限界要求：6.5 m（考慮接觸網(wǎng)正饋線（回流線）擺動(dòng)及絕緣間隙）[2]。

（10）航道標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)通航要求。

（11）地震烈度：Ⅷ度，地震峰值加速度為0.20g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。

3 橋梁設(shè)計(jì)方案

本段橋平面分別位于緩和曲線（回旋線參數(shù)A=352.846 m）、曲線半徑R=830 m的圓曲線上。本橋橋址區(qū)屬于渭河河谷亞區(qū)渭河河床漫灘及渭河階地段，河谷區(qū)地形開闊，地勢(shì)平坦，主河槽寬約240m，河谷內(nèi)常年有流水，河谷兩側(cè)岸坡均設(shè)置護(hù)坡，岸坡高6～7 m，河谷區(qū)兩側(cè)岸坡較緩。橋址區(qū)地面高程1 665.14～1 682.1 m，高差17.0 m。橋位區(qū)地層按其時(shí)代及成因分類，在勘察深度范圍內(nèi)地層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）粉質(zhì)黏土、圓礫和古近系（E）泥巖。

9號(hào)橋墩轉(zhuǎn)體施工，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，旋轉(zhuǎn)角度為76°；10號(hào)橋墩轉(zhuǎn)體施工，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，旋轉(zhuǎn)角度為78°；施工時(shí)注意10號(hào)橋墩先旋轉(zhuǎn)25°后，9號(hào)墩、10號(hào)墩再同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。

渭河特大橋跨隴海鐵路轉(zhuǎn)體橋立面圖、平面圖見圖 1、圖 2。

3.1 連續(xù)剛構(gòu)上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)剛構(gòu)，中墩處梁高4.5 m，邊墩處梁高2.5 m，梁高變化采用1.8次拋物線。橋梁橫斷面為單箱3室，箱室寬度6.17 m，懸臂長(zhǎng)3.5 m，橋面總寬25.5 m；橋面頂板厚30 cm，底板厚30～60 cm，腹板厚50～80 cm。

圖1 渭河特大橋跨隴海鐵路轉(zhuǎn)體橋立面圖（單位：cm）

圖2 渭河特大橋跨隴海鐵路轉(zhuǎn)體橋平面圖（單位：cm）

41.4 m+70 m+41.4 m連續(xù)剛構(gòu)橫斷面示意圖見圖3。

圖3 41.4 m+70 m+41.4 m連續(xù)剛構(gòu)橫斷面示意圖（單位：cm）

3.2 連續(xù)剛構(gòu)主墩

41.4m+70m+41.4m連續(xù)剛構(gòu)主墩示意圖見圖4。

圖4 41.4 m+70 m+41.4 m連續(xù)剛構(gòu)主墩示意圖（單位：cm）

連續(xù)剛構(gòu)主墩采用雙薄壁墩。壁厚1.1 m，凈距1.8 m，過(guò)渡段采用7 m半徑圓弧連接，墩高18 m。墩底接轉(zhuǎn)盤，其中上轉(zhuǎn)盤尺寸為10.8m×10.8m×3m，下轉(zhuǎn)盤尺寸為15.7 m×15.7 m×3.5 m，下轉(zhuǎn)盤下接16根鉆孔樁，樁徑1.5 m。

4 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

彎橋最主要的受力特點(diǎn)是，梁截面在發(fā)生豎向彎曲時(shí)，由于受曲率的影響，必然會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，而這種扭轉(zhuǎn)作用又將導(dǎo)致梁的撓曲變形[3]。在設(shè)計(jì)中，彎橋的簡(jiǎn)化計(jì)算主要與兩個(gè)因素有關(guān)：一個(gè)是圓心角?0，另一個(gè)是橋面寬度與曲率半徑之比。本段橋平面分別位于緩和曲線（A=352.846 m）、R=830 m的圓曲線上，圓心角0=11.5°（＜30°），因此可以忽略扭轉(zhuǎn)對(duì)撓度的影響，彎梁的縱向彎矩可以足夠精確地用跨徑為L(zhǎng)=R0（L為梁軸弧線長(zhǎng)，R為曲線半徑）的直線梁來(lái)計(jì)算[3]；橋面寬度與曲率半徑之比L2/bR=2.2＞1.0（b為橋梁的半寬），所以本橋不能按照直線橋進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。為了計(jì)算曲線對(duì)梁體受力的影響程度，本文采用Midas/Civil軟件進(jìn)行計(jì)算。一般情況下針對(duì)彎橋施工主要采取以下方式處理不平衡彎矩：

（1）增加配重，通過(guò)增加永久或臨時(shí)配重達(dá)到平衡。

（2）調(diào)整箱梁結(jié)構(gòu)尺寸，調(diào)整曲線外側(cè)腹板厚度或者頂板切角等。

（3）設(shè)置轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)體球鉸之間的偏心，消除轉(zhuǎn)體狀態(tài)下的不平衡彎矩。

因各自適用條件限制，本橋采用設(shè)置偏心的方式來(lái)解決不平衡彎矩的問題。

為克服結(jié)構(gòu)自重引起的面外彎矩，球鉸朝圓心方向設(shè)置有預(yù)偏心。球鉸中心與墩中心偏12 cm，通過(guò)三維模型確定梁體質(zhì)心。墩身左右對(duì)稱，轉(zhuǎn)體過(guò)程中不予考慮偏心影響。

5 平轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)動(dòng)體系設(shè)計(jì)

平轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)動(dòng)體系主要有承重系統(tǒng)、頂推牽引系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)三大部分構(gòu)成[4]。承重系統(tǒng)由上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸構(gòu)成，上轉(zhuǎn)盤支承轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，下轉(zhuǎn)盤與樁基礎(chǔ)相連，通過(guò)上轉(zhuǎn)盤相對(duì)于下轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到轉(zhuǎn)體目的；頂推牽引系統(tǒng)由牽引設(shè)備、牽引反力支座、助推反力支座構(gòu)成；平衡系統(tǒng)由結(jié)構(gòu)本身、上轉(zhuǎn)盤鋼管混凝土圓形撐腳、大噸位千斤頂及梁頂端放置的備用水箱（或沙袋）構(gòu)成。

5.1 轉(zhuǎn)出體

轉(zhuǎn)出體為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，左右側(cè)轉(zhuǎn)體懸臂長(zhǎng)為33 m；采用單箱3室直腹板箱梁，梁端部高2.5 m，根部高4.5 m，按1.8次拋物線變化，懸臂長(zhǎng)3.5 m，頂板寬25.5 m，底板寬18.5 m。

5.2 上轉(zhuǎn)盤

上轉(zhuǎn)盤為平面尺寸10.8 m×10.8 m、厚3 m的實(shí)體結(jié)構(gòu)。上轉(zhuǎn)盤以8組均布的撐腿輔助支撐于下盤頂面環(huán)道上，確保水平轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)三點(diǎn)支承和轉(zhuǎn)體穩(wěn)定。為減小撐腳與環(huán)形滑道的摩擦，撐腳底面焊接，撐腳安裝中心線直徑為9 m。撐腳距離下轉(zhuǎn)盤滑道頂面2 cm，發(fā)生傾斜時(shí)，先于下轉(zhuǎn)盤助推反力支座支撐于下轉(zhuǎn)盤之上，防止結(jié)構(gòu)進(jìn)一步傾斜。

牽引索部分預(yù)埋在上轉(zhuǎn)盤內(nèi)，預(yù)埋端采用H型錨，牽引索應(yīng)埋入轉(zhuǎn)盤至少3 m以上，并圓順地纏繞在轉(zhuǎn)盤上。上轉(zhuǎn)盤是轉(zhuǎn)體時(shí)的重要結(jié)構(gòu)，在整個(gè)轉(zhuǎn)體過(guò)程中是一個(gè)多向、立體的受力狀態(tài)，受力較復(fù)雜。設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。順橋向和橫橋向的預(yù)應(yīng)力鋼筋均采用鋼絞線。

5.3 球鉸

考慮施工中因風(fēng)荷載及施工誤差等因素會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)失去平衡而需進(jìn)行平衡配重，故應(yīng)有一定的安全儲(chǔ)備，球鉸設(shè)計(jì)豎向承載能力采用85 000 kN，選用工廠生產(chǎn)的8 500 t級(jí)的轉(zhuǎn)體成品球鉸。設(shè)計(jì)最大靜摩擦系數(shù)0.1，最大動(dòng)摩擦系數(shù)0.06。

5.4 下轉(zhuǎn)盤

下轉(zhuǎn)盤為平面尺寸 15.7（橫）m×15.7（順）m、厚3.5 m的實(shí)體結(jié)構(gòu)。下轉(zhuǎn)盤上設(shè)有轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的下球鉸，寬1.1 m、直徑為9 m的環(huán)形下滑道及8組千斤頂反力座。千斤頂反力座用于轉(zhuǎn)體的啟動(dòng)、止動(dòng)和姿態(tài)微調(diào)等。

環(huán)形滑道由工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)分節(jié)段拼裝。轉(zhuǎn)體時(shí)確保撐腳可在滑道內(nèi)滑動(dòng)。滑道的平面高差直接決定了轉(zhuǎn)體牽引力的大小和梁體高程，控制精度要求高。具體施工工藝要求：滑道板由厚24 mm鋼板經(jīng)機(jī)械加工后鍍鉻拋光處理而成，表面粗糙度6.3級(jí)，滑道角鋼頂面相對(duì)高差小于5 mm；滑道角鋼鋼板由螺母調(diào)整校平，滑道局部平整度0.5 mm。轉(zhuǎn)體前在滑道上鋪設(shè)厚3 mm的不銹鋼板及厚5 mm的聚四氟乙烯板。

砂筒為滿足后期梁體卸架后，方便拆除撐腳與滑道之間的鋼楔塊。在每2個(gè)撐腳之間設(shè)置2個(gè)砂筒（共16個(gè)），砂筒采用直徑680 mm，壁厚14 mm的無(wú)縫鋼管制作，內(nèi)填石英砂，與撐腳同步安裝，安裝前用千斤頂根據(jù)梁體重量進(jìn)行預(yù)壓持荷。

5.5 平衡系統(tǒng)主要部件

5.5.1 撐腳

為了增強(qiáng)轉(zhuǎn)體過(guò)程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生較大傾斜，在上轉(zhuǎn)盤底面距轉(zhuǎn)動(dòng)中心半徑R=450 cm的圓周上均勻設(shè)置了8對(duì)80 cm圓形鋼管混凝土撐腳。當(dāng)轉(zhuǎn)體發(fā)生傾斜時(shí)，撐腳先支承于下轉(zhuǎn)盤的滑道上，防止轉(zhuǎn)體進(jìn)一步側(cè)傾。為減小撐腳底面與滑道的摩擦，撐腳底面的走板應(yīng)由工廠加工定做，以保證鋼板表面的平整度，鋼板表面的磨光度不得低于6.3級(jí)。

5.5.2 滑道

為了減小撐腳與下轉(zhuǎn)盤的接觸摩擦，將撐腳支承面置于同一水平面內(nèi)，從而使轉(zhuǎn)體在發(fā)生輕微傾斜時(shí)仍能平穩(wěn)運(yùn)行。在下轉(zhuǎn)盤頂面設(shè)置外徑5.05 m，寬1.1 m的環(huán)形滑道，滑道由厚3 mm的不銹鋼板及厚5 mm的聚四氟乙烯板貼面組成，滑道鋼板鑲嵌于磨光的環(huán)形滑道槽內(nèi)[5]。滑道槽在混凝土終凝前應(yīng)反復(fù)打磨，磨光平整度及高程誤差控制在1.0 mm以內(nèi)。

5.5.3 備用大噸位千斤頂及水箱

為調(diào)整轉(zhuǎn)體失衡狀況下的運(yùn)行姿態(tài)，在橋墩對(duì)稱軸線方向，沿轉(zhuǎn)盤四周對(duì)稱位置設(shè)置4臺(tái)大噸位備用千斤頂，主要用于重心調(diào)整和限位，確保轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)觀測(cè)資料隨時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)體中心以調(diào)整轉(zhuǎn)體過(guò)程中轉(zhuǎn)體的運(yùn)行姿態(tài)。同時(shí)在梁頂端部設(shè)置2個(gè)帶刻度的備用水箱(或沙袋），作為調(diào)整轉(zhuǎn)體失衡的備用措施。

5.6 牽引力及助推系統(tǒng)

牽引設(shè)備可選擇4臺(tái)ZLD型連續(xù)千斤頂，配合泵站、主控臺(tái)，組成連續(xù)牽引系統(tǒng)。助推千斤頂可選擇6臺(tái)YCW型穿心式千斤頂。上轉(zhuǎn)盤設(shè)置2根鋼絞線牽引索。

5.7 位控及微調(diào)

轉(zhuǎn)體過(guò)程中，轉(zhuǎn)體重量只有球鉸1個(gè)支撐點(diǎn)。上部轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)受外界條件或施工影響，易出現(xiàn)傾斜，必須設(shè)置位置控制系統(tǒng)（見圖5）；在轉(zhuǎn)體過(guò)程中對(duì)轉(zhuǎn)體的懸臂端高程及軸線要進(jìn)行微小調(diào)整，需要設(shè)置微調(diào)系統(tǒng)（見圖6）。

5.7.1 位控系統(tǒng)

位控系統(tǒng)由千斤頂、反力座、反力梁、測(cè)量?jī)x器等組成。主要作用為轉(zhuǎn)體到位出現(xiàn)偏差后，需要對(duì)橋梁平面進(jìn)行調(diào)整和限位固定，對(duì)箱梁線型進(jìn)行調(diào)整和鎖定。

撐腳與千斤頂組成內(nèi)環(huán)位控（保險(xiǎn)）系統(tǒng)，撐腳均布于上轉(zhuǎn)盤圓周上。保險(xiǎn)支腿下方是不銹鋼板面上鋪設(shè)聚四氟乙烯滑板的環(huán)形滑道，轉(zhuǎn)體過(guò)程中，支腿起防傾斜作用。在轉(zhuǎn)體快到位前，在反力座上設(shè)置反力梁，對(duì)撐腳進(jìn)行限制，防止超轉(zhuǎn)。反力梁由雙拼工字鋼組成，反力梁與反力座之間放置橡膠墊塊，用來(lái)緩沖就位時(shí)的慣性力。

圖5 位控系統(tǒng)布置圖（單位：cm）

圖6 微調(diào)系統(tǒng)布置圖

5.7.2 微調(diào)系統(tǒng)

轉(zhuǎn)體過(guò)程中，通過(guò)在轉(zhuǎn)體上布置監(jiān)控點(diǎn)，對(duì)轉(zhuǎn)體過(guò)程中進(jìn)行位置測(cè)量，及時(shí)反映轉(zhuǎn)體狀態(tài)，為轉(zhuǎn)體提供數(shù)據(jù)支持。在轉(zhuǎn)體過(guò)程中若偏差超出允許范圍，需及時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)體進(jìn)行微調(diào)，以使轉(zhuǎn)體繼續(xù)，保證結(jié)構(gòu)精度。在轉(zhuǎn)體完成后，再次利用微調(diào)系統(tǒng)將轉(zhuǎn)體的技術(shù)參數(shù)調(diào)整到允許范圍內(nèi)。微調(diào)系統(tǒng)通過(guò)轉(zhuǎn)盤與承臺(tái)之間設(shè)置400 t千斤頂，向偏位相反方向調(diào)整，并且在另一側(cè)設(shè)置限位梁，以防微調(diào)超限。

橫向傾斜、縱向傾斜調(diào)整到位后，用型鋼固定，并將撐腿用鋼板固定。立模灌注封盤混凝土。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工的彎橋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮橋梁受自身不平衡彎矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)及撓曲變形問題，對(duì)轉(zhuǎn)體施工過(guò)程進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，并采取相應(yīng)的措施予以解決。

（2）對(duì)轉(zhuǎn)體施工整體流程及注意事項(xiàng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單描述，可為與其相類似的橋梁設(shè)計(jì)施工提供參考。