轉體施工橋撐腳構造設計優化

李 博

（中鐵十局集團第八工程有限公司，天津 300380）

0 引言

橋梁轉體施工技術[1]可以使橋梁結構在非設計軸線采用結構拼接或者混凝土澆筑成型后，利用轉體就位的施工技術完成就位，可以有效地對上空作業中的一些不利于施工的障礙轉移到地面上來完成，因此，轉體施工多應用平轉法。我國已建的轉體施工橋梁約有100余座[2～6]。

目前針對轉體橋中撐腳的構造研究極少，常用的撐腳形式有滾輪式和柱腳式。滾輪式撐腳在平轉時為滾動摩擦，摩擦阻力小，但加工困難，而且常因加工精度不夠或變形使滾輪不能正常滾動。柱腳式撐腳平轉時為滑動摩擦，通常用不銹鋼板加四氟乙烯板再涂黃油等潤滑劑，其加工精度比滾輪容易保證，通過精心施工，已有較多成功的例子。但是在清理撐腳和滑道之間的沙粒和灰塵時，有很大難度，常常會因為清理不當損壞滑道或者清理不干凈導致轉動時摩擦變大，不能很好地達到轉體效果。本文針對原有撐腳形式，對已有的撐腳構造進行設計優化，以解決現有撐腳與滑道間清理沙?；蚧覊m困難、潤滑劑涂抹困難或涂抹不均勻的問題，從而提高轉體成功率[7～9]。

1 工程概況

廊坊特大橋在108#～111#墩采用（60+100+60）m 連續梁上跨廊萬路、京滬鐵路及京滬高鐵，該處京滬高鐵為橋梁段，連續梁平面位于直線段上，縱面位于半徑15000m的豎曲線上，橋梁總體布置見圖1所示。轉體梁梁體為單箱單室直腹板、變高度、變截面結構，梁體全長221.5m，橋梁寬度為11.3m，橋梁建筑總寬11.65m。頂板厚度為40～80cm，腹板厚度為60～110cm，底板厚度由跨中的50cm變化至根部的120cm，全橋在支座處及中跨跨中共設置5個橫隔板，橫隔板厚度分為1.5m、2.4m、0.8m。轉體梁主墩為雙線圓端實體坡墩，109#主墩高18.5m，110#主墩高14.5m。為了減小橋梁施工對既有鐵路線路的影響，本聯連續梁采用懸臂澆筑+轉體法施工，轉體前梁體與京滬高鐵平行，逆時針轉體88°4′0"就位。

圖1 廊坊特大橋跨京滬鐵路及京滬高鐵(60+100+60)m轉體梁總體布置圖

2 轉動系統構造

該橋轉動系統位于上下層承臺之間，轉體系統由轉體下盤、轉體球鉸、上轉盤、轉動牽引系統及撐腳等平衡輔助結構組成。轉體球鉸整體構造如圖2所示。

圖2 轉動系統構造圖

轉體球鉸設計豎向承載力90000kN，轉體球鉸由上球鉸、四氟滑板、下球鉸、銷軸等部件組成，上球鉸為頂平、下凸的球冠狀體，上球鉸與上轉盤固結，隨轉動體一起旋轉。下球鉸為底平、上凹的球體，下球鉸的上凹面刻有嵌槽739 個，用以嵌放四氟滑板片，嵌槽環形排布，銷軸為直徑270mm的鑄鋼柱，豎直設置在球鉸中心，用以限制上球鉸的偏移。配套還有滑道以及6 組撐腳，每組撐腳由2 個Φ800mm×24mm 的鋼管混凝土組成。轉動牽引系統由主控臺、液壓泵站及2 臺ZLD200 智能連續千斤頂組成。錨固于轉臺圓周上的12 根Φ15.2 鋼絞線形成水平轉動力偶帶動橋梁結構轉動，連續千斤頂軸線與轉臺外緣相切，使牽引系統傳力更為平順[10]。

3 撐腳的重要性

轉動系統、牽引系統、保護系統三大系統構成了轉體橋的施工重點，其余均與普通混凝土橋梁施工工藝相同。轉動系統兼顧轉體、承重功能，是平轉法施工的關鍵設備，由球鉸的上轉盤和下轉盤構成。上轉盤支撐墩身和梁體等轉動結構，下轉盤則與基礎聯接支撐并與上轉盤產生相對滑動。相對滑動確保轉體目的的實現。轉動的安全保證離不開保護系統。按轉動支撐時的平衡條件，保護系統可分為球鉸支撐、撐腳支撐和球鉸與撐腳共同支撐3種類型，有鋼撐腳、鋼滑道、鋼砂箱、臨時墊塊等幾種構成形式[11]。

撐腳的整體支撐形式為一環道，上轉盤的撐腳有4個或4個以上，以保持平轉時的穩定。轉動過程支撐范圍大，抗傾覆性能和穩定性能較好，但阻力力矩也隨之增大，而且環道與撐腳的施工精度要求較高。在梁體轉動前，需要拆除所有臨時固結，在梁縱向不平衡彎矩大于球鉸自身摩阻力矩時，保護體系就為球鉸與撐腳共同支撐。此時如果沒有撐腳，則會導致整個梁體傾覆，造成重大施工事故。因此，撐腳在轉體橋的保護體系中起著重要作用。

在實際施工中，撐腳與滑道之間留置的間隙很小，一般在6～15mm之間，撐腳與滑道之間的間隙在施工過程中用石英砂或切塊臨時填充。在轉體前，要求將全部臨時支撐及障礙物拆除，梁體全部懸空，撐腳與滑道間填充的石英砂必須全部掏出，并要求清理得十分干凈，然后涂抹潤滑劑常用的有聚四氟乙烯粉或二硫化鑰，然后視撐腳與滑道間隙的大小填充聚四氟乙烯板。由于撐腳與滑道之間的間隙非常小，在如此小間隙間，既要清理原先填充的石英砂或灰塵，又要在間隙下的滑道上涂抹潤滑劑，或者填充聚四氟乙烯板，操作步驟多，精度要求高，經常出現撐腳與滑道間的間隙清理不干凈，或者是潤滑劑涂抹不均勻，從而導致在轉體橋轉體過程中撐腳與滑道摩擦增大，卡死正在進行的轉體動作，造成重大事故[12]。

4 撐腳的構造優化

轉體橋施工最重要的就是確保轉體梁在平衡轉體前、轉體過程中、轉體后梁體的平衡，整個過程的平衡主要都是由轉體橋的撐腳來確保，其他構件如砂箱只是臨時保持梁體平衡，千斤頂反力座只是保持梁體平衡備用結構，其他均為保持梁體平衡的臨時結構或措施，轉體過程中須拆除，而球鉸本身維持梁體平衡的作用很小。因此，撐腳在轉體整個施工過程中為橋梁平衡起決定性作用，并且轉體完成后也作為永久裝置封閉。

4.1 整體布置形式

該項目的鋼撐腳支撐形式為一環道，上轉盤設有鋼撐腳，鋼撐腳為雙柱式鋼管混凝土結構，以保持平轉時的穩定。鋼撐腳的中線連線為一圓環，圓心與滑道圓心一致，保證在轉動過程中撐腳在滑道上正常轉動。撐腳具體個數應根據實際轉體總重量、撐腳強度和施工空間而定，該項目設置有6 個鋼撐腳。整體布置形式如圖3所示。

圖3 撐腳整體布置圖

4.2 撐腳構造設計優化

構造優化后的轉體橋撐腳，包括有船型走板、圓形鋼管、鎖腰鋼板、連接鋼板、加勁板等。轉體橋撐腳采用2根圓形鋼管交匯拼接焊在一起，兩段交匯拼接焊在一起的鋼管底部焊接有船型走板，船型走板為厚的實體鋼板結構，用于轉體過程中在滑道上行走；船型走板內部布置管道，便于清除雜物和泵送潤滑劑[13]；在2根鋼管的中間位置拼接焊在一起，外部加焊一道鎖腰鋼板，以增強撐腳鋼管的穩定性；在撐腳的2根鋼管之間還設有連接鋼板；在鋼管底部與船型走板頂面之間設置有加強連接的筋板；撐腳2根鋼管上口為敞口，用于澆筑撐腳鋼管內微膨脹混凝土的入口，澆筑完微膨脹混凝土的撐腳在轉體橋施工上承臺時預埋，與轉體橋上承臺形成整體。撐腳整體構造如圖4所示。

圖4 撐腳整體構造圖

4.2.1 船型走板

撐架的鋼板設置成船型，是為了防止在轉動過程中由于梁體不平衡使撐腳著地進而對滑道造成破壞，影響梁體正常轉動。船型走板上方固定連接有2個并列豎直設置的圓形鋼管，船型走板上設有導通船型走板下底面的吹砂和泵送潤滑劑的管道，管道的入口分別設置在船型走板的左右兩側，出口設置在船型走板的下底面上，且各入口上設有進氣嘴。另外在走板4個角各留有2個小孔，為了在轉動過程中固定四氟乙烯板。船型走板的構造如圖5所示。

4.2.2 鎖腰鋼板及加勁板

在兩個圓形鋼管外側的中部偏上的位置，水平接焊有一道鎖腰鋼板，在2個圓形鋼管之間還固定焊接有連接鋼板，在2個圓形鋼管底部與船型走板頂面之間固定焊接有加強勁板。加勁板為一鋼板，能夠連接船型走板和圓形鋼管底部，無特殊要求。鎖腰鋼板的平面尺寸與船型走板的尺寸一樣，其構造如圖6所示。

圖6 鎖腰鋼板平面構造圖

4.2.3 四氟乙烯板

在撐腳與滑道的縫隙之間鋪設四氟乙烯板，是為了減少轉體過程中的摩擦力，能夠使轉體更加平穩地完成。四氟乙烯板上留有橢圓形的孔洞，位置與船型走板下方的出氣口一致，便于清砂和泵送潤滑油。在四角位置處應各留有2個小孔，便于轉體過程中與撐腳固定在一起，以免撐腳走行時，四氟乙烯板滑落，影響梁體的正常轉動。另外，四氟乙烯板的平面尺寸要稍微大于船型走板的尺寸，防止在轉動過程中因碰撞而導致板的滑落。四氟乙烯板構造如圖7所示。

圖7 四氟乙烯板平面構造圖

5 撐腳的施工及安裝

5.1 撐腳的施工

轉體橋撐腳采用2 根圓形鋼管交匯拼接處，采用2塊連接鋼板進行焊接，保持2 根鋼管之間的協同作用。鋼管底部與船型走板焊接在一起，船型走板內部預留有管道，便于清砂和泵送潤滑油；船型走板的四角各留有2個小孔，便于轉體時固定四氟乙烯板。在2根鋼管的中間位置，按照拼接焊在一起的2根鋼管外部加焊一道鎖腰鋼板，以增強撐腳鋼管的穩定性。在撐腳的2根鋼管之間還設有連接鋼板，在鋼管底部與船型走板頂面之間設置有加強連接的加勁板，直接與船型走板和鋼管焊接。撐腳的2根鋼管上口為開口式，用于澆筑撐腳鋼管內的微膨脹混凝土，澆筑完微膨脹混凝土的撐腳在轉體橋施工上承臺時預埋，與轉體橋上承臺形成整體。在轉體前，去掉所有臨時固結，將打氣裝置連接進氣孔，利用強風吹走撐腳下的雜物。清理干凈之后，將四氟乙烯板放入撐腳和滑道之間的縫隙內，將四氟乙烯板固定在船型走板上，此時通過預留管道，利用打壓裝置向縫隙內打壓潤滑劑，使潤滑劑涂抹均勻。

5.2 撐腳的安裝

在實際施工中，撐腳與滑道之間留置的間隙很小，一般在6～15mm之間，撐腳與滑道之間的間隙在施工過程中用石英砂臨時填充。在轉體前，要求將全部臨時支撐及障礙物拆除，梁體全部懸空，撐腳與滑道間填充的石英砂必須全部掏出，并要求清理得十分干凈，然后涂抹潤滑劑，常用的有聚四氟乙烯粉或二硫化鑰，然后視撐腳與滑道間隙的大小填充聚四氟乙烯板，并與船型走板固定在一起。由于撐腳與滑道之間的間隙非常小，在如此小間隙間，既要清理原先填充的石英砂或灰塵，又要在間隙下的滑道上涂抹潤滑劑，或者填充聚四氟乙烯板，操作步驟多，精度要求高，經常導致撐腳與滑道間的間隙清理不干凈，或者是潤滑劑涂抹不均勻，從而導致在轉體橋轉體過程中出現撐腳與滑道摩擦增大，卡死正在進行的轉體，造成重大事故。因此，在撐腳的安裝上，要做到精準放線，將施工誤差減小到最低，保證轉體橋能夠精準地完成轉體過程。

6 結束語

本文以廊坊特大橋跨京滬鐵路及京滬高鐵(60+100+60)m 轉體梁為依托，對撐腳的構造進行了設計優化，主要結論如下：通過對撐腳的整體布置、整體構造以及各個構件構造進行優化設計，解決了現有撐腳與滑道間清理沙粒或灰塵困難和潤滑劑涂抹困難或涂抹不均勻的問題，減小了撐腳與滑道之間的摩擦，進而減小了啟動牽引力和轉動過程中的牽引力，使得轉體能夠平穩地進行轉動，從而提升轉體成功率。