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(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，橋梁施工技術(shù)取得了長足進(jìn)步，特別是以轉(zhuǎn)體施工為代表的無支架施工技術(shù)得到了較為廣泛的推廣應(yīng)用。轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的出現(xiàn)，極大減小橋梁建設(shè)的地域范圍限制，倡導(dǎo)了一種新的橋梁建設(shè)思想：將橋梁分階段建設(shè)，半跨結(jié)構(gòu)在偏離軸線處施工，成型后通過轉(zhuǎn)體施工將兩部分旋轉(zhuǎn)就位，在跨中位置合龍。與傳統(tǒng)橋梁施工技術(shù)相比，轉(zhuǎn)體施工能夠使用特殊的施工技術(shù)在深谷急流導(dǎo)致難以吊裝的特殊環(huán)境下跨越河流，具有安全、便捷和整體性能佳的特點(diǎn)。隨著轉(zhuǎn)體施工技術(shù)和理論研究的逐步深入，萬噸級別、超常懸臂的轉(zhuǎn)體橋梁也逐漸出現(xiàn)在橋梁建設(shè)領(lǐng)域中。隨著轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的不斷發(fā)展，轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的應(yīng)用范圍，已經(jīng)從山區(qū)到平原地區(qū)，從拱橋到斜拉橋、連續(xù)梁橋和剛構(gòu)橋，從豎轉(zhuǎn)到平轉(zhuǎn)再到豎平轉(zhuǎn)相結(jié)合的方式。

查閱當(dāng)前文獻(xiàn)，對于轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的應(yīng)用例子較多，但對于轉(zhuǎn)體施工技術(shù)原理和技術(shù)控制的研究相對較少，因此本文對轉(zhuǎn)體施工原理和關(guān)鍵技術(shù)控制進(jìn)行了研究，以期為今后類似工程提供一定的理論支持。

1 轉(zhuǎn)體施工技術(shù)概要

1.1 橋梁轉(zhuǎn)體施工工藝的工作原理

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

圖1 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)立面圖

1.2 轉(zhuǎn)體施工分類及組成

根據(jù)梁板結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動方向，轉(zhuǎn)體施工可以分為豎轉(zhuǎn)施工、平轉(zhuǎn)施工和平豎轉(zhuǎn)相結(jié)合施工。近年來對于大跨徑橋梁應(yīng)用更多的則是平豎轉(zhuǎn)相結(jié)合的施工方式。對于豎轉(zhuǎn)施工，可以分為向下和向上兩種方式；對于平轉(zhuǎn)施工，則可以分為平衡轉(zhuǎn)動體系施工和無平衡轉(zhuǎn)動體系施工，具體分類如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)體施工方法分類圖

根據(jù)圖2，對轉(zhuǎn)體施工的不同轉(zhuǎn)體方法進(jìn)行簡要介紹：

1.2.1 豎轉(zhuǎn)法

對于豎轉(zhuǎn)體系，在轉(zhuǎn)體施工時由于拉索的水平角度較小，因此產(chǎn)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(shí)現(xiàn)從多點(diǎn)支撐到鉸支撐再到扣點(diǎn)處索支承的一個整體過程，為了保證順轉(zhuǎn)脫架成功，在提升索點(diǎn)安置千斤頂用以助升。

根據(jù)轉(zhuǎn)體角度的不同，豎向轉(zhuǎn)體可以分為正角度和負(fù)角度轉(zhuǎn)體，前者又稱為“旋轉(zhuǎn)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(jìn)行預(yù)制，接著將兩段向前方旋轉(zhuǎn)施工，在跨中進(jìn)行合龍施工；負(fù)角度轉(zhuǎn)體則與正角度轉(zhuǎn)體施工順序相反，從最下方向上方旋轉(zhuǎn)，然后進(jìn)行合龍施工。

1.2.2 平轉(zhuǎn)法

根據(jù)轉(zhuǎn)體體系施工控制平衡方式的不同，平轉(zhuǎn)法施工分為平衡轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)體施工和無平衡轉(zhuǎn)動體施工兩種：

1.2.2.1 平衡轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)體施工

對于平衡轉(zhuǎn)動體，其重心需要落在球鉸中心，然后以球鉸中心為圓心進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工。根據(jù)平衡方式的不同，平衡轉(zhuǎn)動體施工又分為自平衡轉(zhuǎn)體施工和配重轉(zhuǎn)體施工。前者是指依靠結(jié)構(gòu)自身就能夠?qū)崿F(xiàn)平衡，同時能夠滿足轉(zhuǎn)體施工階段對于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的受力要求，因此在施工中需要對梁體強(qiáng)度達(dá)到一定要求并進(jìn)行確認(rèn)后才能進(jìn)行進(jìn)一步的轉(zhuǎn)體施工；后者是指自身無法實(shí)現(xiàn)整體平衡，需要進(jìn)行配重才能實(shí)現(xiàn)平衡，使得整體轉(zhuǎn)動體系的重心在球鉸中心，從而進(jìn)行進(jìn)一步的轉(zhuǎn)體施工。

1.2.2.2 無平衡重轉(zhuǎn)體施工

無平衡轉(zhuǎn)動體系，主要由錨固體系、轉(zhuǎn)動體系和位控體系組成。相對平衡轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)體施工，無平衡重轉(zhuǎn)體施工則是利用錨固體系達(dá)到整體平衡，節(jié)省了施工中對于平衡體系的控制，然后利用轉(zhuǎn)動體系和位控體系，實(shí)現(xiàn)橋梁轉(zhuǎn)體施工合龍。

1.2.3 平豎轉(zhuǎn)相結(jié)合轉(zhuǎn)體施工

對于平豎轉(zhuǎn)相結(jié)合的轉(zhuǎn)體施工方式，則是充分借鑒了豎轉(zhuǎn)的施工方便和平轉(zhuǎn)的作業(yè)范圍大的優(yōu)點(diǎn)，在大跨徑拱橋的施工中得到了較為充分的應(yīng)用。

1.3 橋梁轉(zhuǎn)體施工特點(diǎn)

與傳統(tǒng)懸吊拼裝法、桁架伸臂法和支架安裝法相比，轉(zhuǎn)體施工具有如下優(yōu)勢：

(1)適用范圍廣。相比傳統(tǒng)施工方式對于施工環(huán)境和工期的嚴(yán)格要求，轉(zhuǎn)體施工則對于環(huán)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(hù)區(qū)等施工環(huán)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(fèi)用較低。轉(zhuǎn)體施工是依靠結(jié)構(gòu)自身旋轉(zhuǎn)，然后進(jìn)行合龍，因此在施工過程中不需要吊裝設(shè)備的輔助，節(jié)約了輔助費(fèi)用。鑒于轉(zhuǎn)體施工工藝簡便易行，轉(zhuǎn)體的質(zhì)量由橋墩或橋臺承擔(dān)，因此承載力較大，轉(zhuǎn)動穩(wěn)定可靠。

(3)施工簡單。橋梁上部結(jié)構(gòu)可以采用整體預(yù)制的方式，而預(yù)制結(jié)構(gòu)的整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，更能保證上部結(jié)構(gòu)受力平衡；同時因轉(zhuǎn)體施工對于施工環(huán)境和輔助設(shè)備要求較低，鉸磨、滑輪即可完成上部結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)體就位，大大節(jié)省了施工時間，對于成本控制和工期控制具有一定的促進(jìn)作用。

2 轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)控制

保證橋梁轉(zhuǎn)體施工的順利進(jìn)行以及實(shí)現(xiàn)橋梁轉(zhuǎn)體施工“轉(zhuǎn)得動、轉(zhuǎn)得穩(wěn)、轉(zhuǎn)得準(zhǔn)”的目標(biāo)，需要在轉(zhuǎn)動體系構(gòu)成、布置和穩(wěn)定性控制方面做好控制，以高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行要求。

2.1 轉(zhuǎn)動體系構(gòu)成

橋梁轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)動體系。轉(zhuǎn)動體系主要包括上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)動接觸面，具體如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)盤剖面圖

橋梁轉(zhuǎn)體施工時，橋梁的整體重心集中在轉(zhuǎn)盤處，因此要實(shí)現(xiàn)上部構(gòu)造轉(zhuǎn)動的順利進(jìn)行，不僅需要對橋型的剛度和質(zhì)量有一定的要求，而且對轉(zhuǎn)動體系的設(shè)計(jì)和支座也需要進(jìn)行合理的計(jì)算。對于轉(zhuǎn)動體系，需要滿足轉(zhuǎn)動靈活和安全穩(wěn)定兩個要求。根據(jù)計(jì)算和工程實(shí)踐，球形鉸支由于具有強(qiáng)度高、轉(zhuǎn)動靈活和可重復(fù)性利用的特點(diǎn)，在當(dāng)前工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

2.1.1 上轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)與制作

對于上轉(zhuǎn)盤，主要用來承受轉(zhuǎn)動體系的質(zhì)量，并通過接觸凹凸性球面?zhèn)鬟f至下轉(zhuǎn)盤上。傳遞受力結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 承重系統(tǒng)示意圖

由于上轉(zhuǎn)盤需要有較高的強(qiáng)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(shè)計(jì)直徑的圓盤，在達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行磨光處理；同時為了上下轉(zhuǎn)盤間轉(zhuǎn)動的靈活，需要在上下轉(zhuǎn)盤之間涂抹潤滑劑。

為了上磨盤和上轉(zhuǎn)盤的良好粘結(jié)，需要在上磨盤打磨完畢后，將上磨盤和上轉(zhuǎn)盤整體澆筑，這樣既可以減輕后續(xù)吊裝質(zhì)量，方便施工；也可以在后期圓盤轉(zhuǎn)動過程中發(fā)現(xiàn)問題并及時處理，避免在加載轉(zhuǎn)動期間出現(xiàn)問題影響施工進(jìn)程。

2.1.2 下轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)與制作

對于下轉(zhuǎn)盤，主要用來承受上轉(zhuǎn)盤傳遞過來的豎向力，同時由于上下轉(zhuǎn)盤直接接觸，因壓力產(chǎn)生的摩擦力作用很大，所以對于下轉(zhuǎn)盤的材料多選擇抗壓承載能力較強(qiáng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?；趯p小摩擦力的考慮，上下轉(zhuǎn)盤接觸面多進(jìn)行粘貼聚四氟乙烯板，具體如圖5所示。

圖5 下轉(zhuǎn)盤平面圖

由于下轉(zhuǎn)盤軸心承受上部轉(zhuǎn)動體系的全部重量且需要進(jìn)行轉(zhuǎn)動施工，因此對下轉(zhuǎn)盤的強(qiáng)度、剛度和光滑度有較高的要求。對下轉(zhuǎn)盤施工多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，同時采用嚴(yán)格的施工(加螺旋網(wǎng)筋)、養(yǎng)護(hù)、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(zhuǎn)動體系布置

轉(zhuǎn)動體系的布置，主要由牽引及助推系統(tǒng)、防過轉(zhuǎn)微調(diào)和測量系統(tǒng)組成。

(1)關(guān)于轉(zhuǎn)動牽引系統(tǒng)，為了增大動力和穩(wěn)定性的目的，多采用全液壓、自動和連續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)。對于上轉(zhuǎn)盤，通過固定在上轉(zhuǎn)盤預(yù)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(tǒng)示意圖

(2)為了避免發(fā)生過轉(zhuǎn)現(xiàn)象，設(shè)置微調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這是在轉(zhuǎn)體施工快到臨界位置時，通過微調(diào)調(diào)節(jié)直至最終設(shè)計(jì)位置，避免了轉(zhuǎn)體過快帶來的過轉(zhuǎn)危害；同時對于轉(zhuǎn)體施工速度也有一定程度的提高。

(3)關(guān)于測量系統(tǒng)，則是通過在轉(zhuǎn)體上布置測量點(diǎn)的方式對轉(zhuǎn)體施工過程中進(jìn)行位置測量，實(shí)時了解轉(zhuǎn)體施工狀態(tài)，對于進(jìn)一步的施工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。在轉(zhuǎn)體施工完畢后，進(jìn)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(shè)備的功率要求，同時助推過程穩(wěn)定性較好。

2.3 轉(zhuǎn)體穩(wěn)定性控制

對于轉(zhuǎn)體施工，穩(wěn)定性控制是施工成敗的關(guān)鍵因素。對于轉(zhuǎn)體施工穩(wěn)定性的控制，目前主要針對以下兩個方面進(jìn)行：

2.3.1 轉(zhuǎn)動體傾覆穩(wěn)定性控制

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

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

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

鑒于上述轉(zhuǎn)動體的平衡關(guān)系，在橋梁轉(zhuǎn)體施工準(zhǔn)備中，尤其是一些轉(zhuǎn)動體較重的情況下，為了確保轉(zhuǎn)體過程的穩(wěn)定和安全，需要在轉(zhuǎn)體施工中對轉(zhuǎn)體部分的不平衡力矩進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證，為轉(zhuǎn)體施工提供理論支撐。

2.3.2 拱肋屈曲穩(wěn)定性控制

轉(zhuǎn)體施工過程中，拱肋的穩(wěn)定性是需要重點(diǎn)關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)。目前對于拱肋的穩(wěn)定性的研究，僅限于光滑的理想拱軸線，而在實(shí)際施工過程中，理想拱軸線并不可能存在。同時在橋梁轉(zhuǎn)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(dá)到減輕自重、方便施工的目的，因此橋梁在整體轉(zhuǎn)體施工過程和二期荷載加載過程中，整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題是關(guān)乎轉(zhuǎn)體施工成敗的關(guān)鍵性因素。特別是鋼箱薄壁界面拱肋結(jié)構(gòu)，由于主拱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體施工合龍的前后施工過程中容易發(fā)生加勁肋板和側(cè)板的局部應(yīng)力集中而發(fā)生屈曲現(xiàn)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(zhuǎn)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?yàn)閼?yīng)力集中而發(fā)生平面外屈曲。

3 結(jié)語

對于跨越深谷、急流以及跨越公路、鐵路的橋梁，轉(zhuǎn)體施工得到了較為充分的應(yīng)用。根據(jù)上述分析，轉(zhuǎn)體施工具有以下特點(diǎn)：

(1)混凝土軸心轉(zhuǎn)動體系，制作方便，承壓大、穩(wěn)定性好；(2)主要施工體系在上部完成，對于環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；(3)節(jié)省大量吊裝費(fèi)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(fèi)用較高的情況，能夠節(jié)約大量成本，優(yōu)越性較強(qiáng)。

轉(zhuǎn)體施工在我國起步較晚，但是隨著基礎(chǔ)設(shè)施的大量建設(shè)，得到了較為廣泛的應(yīng)用，因此對于今后轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的應(yīng)用，需要國內(nèi)相關(guān)專家和學(xué)者進(jìn)行科研攻關(guān)；隨著新技術(shù)新材料的發(fā)展，一些新型材料在轉(zhuǎn)體施工中會得到更為充分的應(yīng)用，如新型高強(qiáng)混凝土、新型纖維材料等一系列材料，結(jié)合轉(zhuǎn)體施工技術(shù)會有更好的工程適用性。

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