摘要 轉(zhuǎn)體橋施工在跨越深水、峽谷和既有線路等施工困難地形時，具有明顯的優(yōu)勢。文章以東陽高速公路上跨京九鐵路（2×75）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋為工程依托，從總體方案出發(fā)，闡述了跨鐵路轉(zhuǎn)體橋的上、下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點，對上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體支座、下轉(zhuǎn)盤及轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)等具體方案進(jìn)行了重點說明，并給出轉(zhuǎn)體橋的主要技術(shù)參數(shù)，為此類轉(zhuǎn)體橋設(shè)計施工提供了一定的借鑒。

關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)體橋；計算分析；轉(zhuǎn)體施工

中圖分類號 U448. 21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）04-0114-03

0 引言

轉(zhuǎn)體橋施工在復(fù)雜的地形條件下，如跨越深水、峽谷及既有線時，有其特有優(yōu)勢。按轉(zhuǎn)向的不同，將其劃分為豎轉(zhuǎn)法、平轉(zhuǎn)法和平轉(zhuǎn)豎轉(zhuǎn)結(jié)合法，其中，平轉(zhuǎn)法使用最為廣泛。該文以一座新建橋梁工程為依托，詳細(xì)闡述了上、下部結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的設(shè)計要點，并給出轉(zhuǎn)體橋的主要技術(shù)參數(shù)。以期為同類橋梁工程設(shè)計施工提供借鑒。

1 工程概述

東陽高速公路是山東省“十四五”綜合交通運輸發(fā)展規(guī)劃的重點項目，起自東阿縣銅城街道的東阿南樞紐，與高東高速和青蘭高速連接。主線全長58.495 km，設(shè)計速度120 km/h，雙向四車道，路基及小橋涵寬度27 m，大中橋?qū)?6.5 m。路線于山東省陽谷縣趙堂村北上跨京九鐵路，設(shè)分離式立交。交叉里程樁號東陽K45+475=京九下行K461+474，交叉角90.9 °。

京九鐵路為國鐵Ⅰ級、雙線電氣化鐵路，設(shè)計速度160 km/h。交叉處京九鐵路為直線段，線間距4.1 m，路基總寬度13 m，路基高度3 m。兩側(cè)設(shè)有接觸網(wǎng)立柱，通信光電纜等設(shè)備。實測上跨鐵路處（轉(zhuǎn)體影響范圍）軌道頂面最大標(biāo)高為40.6 m，橋下214#接觸網(wǎng)支柱頂標(biāo)高為48.66 m，轉(zhuǎn)體影響范圍內(nèi)213#接觸網(wǎng)支柱頂標(biāo)高為48.88 m。

2 總體方案

跨京九鐵路分離式立交平面位于直線上，橋面為雙向2%橫坡，縱斷面位于半徑17 550.701 m的豎曲線上，橋墩橋臺徑向設(shè)置。涉鐵部分主橋起點樁號K45+353.0，終點樁號K45+503.0，主橋全長150 m，橋?qū)?0.75 m，正交布設(shè)。上構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下構(gòu)主墩為板式墩，基礎(chǔ)均為承臺、鉆孔樁基礎(chǔ)。

橋梁上跨京九鐵路，鐵路為雙線電氣化鐵路，主橋布置應(yīng)保證全過程中梁體與接觸網(wǎng)帶電體之間的距離≥0.5 m，且不超出既有線路的容許界限。在此基礎(chǔ)上留出充足的安全間距^[1]，轉(zhuǎn)體過程及成橋狀態(tài)橋下凈高最小值為9.98 m，滿足不小于8.5 m的要求，充分考慮了施工凈空要求，轉(zhuǎn)體角度為逆時90.9 °。主橋采用2×75 m連續(xù)梁，轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體主墩位于既有京九鐵路東側(cè)，轉(zhuǎn)體部分跨徑組合為2×71.34 m，即兩側(cè)均預(yù)留3.66 m后澆段，轉(zhuǎn)體就位后澆筑。轉(zhuǎn)體采用一次轉(zhuǎn)體就位，設(shè)計轉(zhuǎn)體重量20 000 t。（見圖1～2）

主橋轉(zhuǎn)體就位前采用墩梁臨時固結(jié)體系，轉(zhuǎn)體就位主梁合龍后拆除臨時固結(jié)，設(shè)置摩擦擺支座；15#主墩墩底設(shè)置轉(zhuǎn)體系統(tǒng)，用于轉(zhuǎn)體施工；14#、16#邊墩墩頂設(shè)置摩擦擺支。

3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 橋面寬度

主橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面設(shè)計：2×[0.525 m（SS級護(hù)欄）+1.535 m（緩沖帶）+0.565 m（HA級護(hù)欄）+11.75 m（行車道）+0.525 m（SS級護(hù)欄）+0.475 m（1/2分隔帶）]=30.75 m。

3.2 梁體構(gòu)造

主橋上部結(jié)構(gòu)為（75+75）m預(yù)應(yīng)力混凝土變高箱梁，路線中心線處梁高8 m（主墩位置）～3 m（標(biāo)準(zhǔn)段），在主墩順橋向兩側(cè)67.5 m范圍（橋墩結(jié)構(gòu)邊緣起算）采用1.8次拋物線漸變。主梁采用單箱四室斜腹板截面，整幅斷面，梁頂設(shè)2%的雙向坡，頂?shù)灼叫?，邊腹板傾斜，斜率2.5∶1。箱梁頂板寬30.75 m，底板寬16.91 m（主墩位置）～20.91 m（標(biāo)準(zhǔn)段），兩側(cè)懸臂板長 4 m。箱梁頂板厚28 cm，底板厚由30 cm變厚至150 cm。邊腹板板厚由60 cm變厚至90 cm，在主墩根部變厚至120 cm。中腹板板厚由60 cm變厚至90 cm，在主墩根部變厚至130 cm。懸臂板端部厚20 cm，根部板厚70 cm。端橫梁厚度為2 m，中橫梁厚度為4 m。

3.3 梁體分段

主橋轉(zhuǎn)體前采用滿堂支架現(xiàn)澆施工，將整個箱梁劃分為4個梁段，其中0號梁段在支點處長10 m，隨后進(jìn)行15 m的L1號梁段、20 m的L2號梁段、31.34 m的L3號梁段澆筑，在梁體轉(zhuǎn)動到位后澆筑3.42 m邊跨現(xiàn)澆段。

主梁采用縱向、橫向、豎向的三向預(yù)應(yīng)力體系，按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計?？v向預(yù)應(yīng)力：采用抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 MPa的高強(qiáng)低松弛鋼絞線，大噸位群錨體系，金屬波紋管?？v向預(yù)應(yīng)力分為腹板束、頂板束和底板束，采用了φ^S15.2-19、φ^S15.2-17和φ^S15.2-12，一共3種規(guī)格。

橫向預(yù)應(yīng)力：采用抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 MPa的高強(qiáng)低松弛鋼絞線，扁錨體系，金屬波紋管。箱梁橫向預(yù)應(yīng)力采用φ^S15.2-3鋼束，間距模數(shù)為0.5 m，采用單端張拉，張拉端左右交替。豎向預(yù)應(yīng)力：豎向預(yù)應(yīng)力鋼束采用直徑為16 mm的無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼棒，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值f_pk=1 420 MPa，間距模數(shù)為0.5 m，鋼棒兩端采用φ16-3配套錨具，單端張拉。

3.4 結(jié)構(gòu)分析

采用Midas Civil對主梁進(jìn)行施工階段和成橋分析，并借助Midas Civil Designer進(jìn)行設(shè)計驗算。共劃分為8個施工階段：施工橋墩及轉(zhuǎn)體段梁部、張拉轉(zhuǎn)體前鋼束、轉(zhuǎn)體、澆筑邊跨現(xiàn)澆段混凝土、張拉邊跨現(xiàn)澆段鋼束、體系轉(zhuǎn)換、施工二期恒載和收縮徐變。

結(jié)果顯示：在恒載、活載、溫度荷載和支座沉降等荷載組合下，各施工階段短暫狀況正應(yīng)力滿足規(guī)范要求，抗彎和抗剪承載能力滿足規(guī)范要求，正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂和斜截面抗裂均滿足規(guī)范要求，正截面和主截面壓應(yīng)力滿足規(guī)范要求，鋼束運營階段最大拉應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

4 下部構(gòu)造設(shè)計

4.1 墩身及基礎(chǔ)

主墩采用等截面板式墩，平均墩高4.121 m，墩橫橋向為16.91 m，順橋向為4 m，四周倒R=40 cm圓角。上轉(zhuǎn)盤為圓形，轉(zhuǎn)體直徑18 m，厚3.6 m；下轉(zhuǎn)盤為正方形，邊長21.4 m，厚4.5 m，基礎(chǔ)采用25根直徑1.8 m的鉆孔灌注樁。

分聯(lián)墩采用柱式墩接蓋梁，橫向4根直徑2 m的墩柱，每根墩柱下接2.6×6.8 m（橫橋向×順橋向）矩形承臺，承臺厚2.5 m，每個承臺下設(shè)2根樁徑1.6 m鉆孔灌注樁。

4.2 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

轉(zhuǎn)體采用一次轉(zhuǎn)體就位，設(shè)計轉(zhuǎn)體重量20 000 t。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由下轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體支座、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)動牽引系統(tǒng)組成^[2]。拆除主梁施工支架后，上構(gòu)重量全由上轉(zhuǎn)盤施加給球鉸，再由球鉸傳遞給下轉(zhuǎn)盤^[3]。

4.2.1 轉(zhuǎn)體下轉(zhuǎn)盤

下轉(zhuǎn)盤為支承整個轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)重量的主墩基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)體結(jié)束后，與轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)盤一起構(gòu)成基礎(chǔ)。設(shè)有轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的轉(zhuǎn)體支座、保險撐腳環(huán)形滑道和轉(zhuǎn)體拽拉千斤頂反力座等^[4]，平面見圖3。

4.2.2 轉(zhuǎn)體支座

轉(zhuǎn)體支座是轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的核心，也是轉(zhuǎn)體工程中最重要的結(jié)構(gòu)。由上轉(zhuǎn)盤球鉸、下轉(zhuǎn)盤球鉸骨架、定位鋼軸、四氟乙烯滑動片組成。球鉸直徑為4.7 m，定位鋼軸直徑為39 cm。其對制造和裝配的準(zhǔn)確性都有較高的要求，因此需精心加工和安裝。為了達(dá)到轉(zhuǎn)體支座的實用性能需要，轉(zhuǎn)體支座的上支承板表面經(jīng)過電鍍或磨光處理。滑道宜選擇整體底板和下部底板嵌套，在特別要求下可進(jìn)行拼接。上、下支承板上預(yù)先安裝相匹配的銷軸。

4.2.3 轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)盤撐腳與滑道

上盤撐腳是在平轉(zhuǎn)過程中穩(wěn)定地支承轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)的保險腿。為了保證轉(zhuǎn)動過程中安全撐腳的受力，轉(zhuǎn)體平臺上對稱撐腳的中心線應(yīng)與上轉(zhuǎn)盤的縱向中心線相一致，這樣撐腳就可以在縱向中心線左右兩端均勻地排列^[5]。在支撐腿下面（也就是下轉(zhuǎn)盤的頂面）設(shè)置一條滑道，上轉(zhuǎn)盤撐腳與滑道之間的楔形塊用于轉(zhuǎn)動前的臨時鎖定，以保證上下盤不會出現(xiàn)相互滑移。轉(zhuǎn)動時，保險撐腳可以在滑道上滑行，從而保證了整個轉(zhuǎn)體過程的順利進(jìn)行。撐腳底與滑道頂面之間的距離宜在10～20 mm范圍內(nèi)。整體滑道必須處于同一高度，且高度相差不超過2 mm。

4.2.4 轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)盤

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的一個關(guān)鍵組件是上轉(zhuǎn)盤，當(dāng)其轉(zhuǎn)動時，會構(gòu)成一個三維多向受力狀態(tài)^[6]，上轉(zhuǎn)盤高3.6 m，設(shè)有縱向、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束。轉(zhuǎn)臺直徑18 m，高度2.7 m。旋轉(zhuǎn)平臺中預(yù)先設(shè)有牽引索，其端部為Р錨，同一對拉索的錨定點位于相同的徑線上，且與中心點對稱。轉(zhuǎn)盤處預(yù)埋鋼索的長度應(yīng)超過4 m，鋼索的出線點與轉(zhuǎn)盤中心對稱。將牽引索的外露部分環(huán)繞于轉(zhuǎn)盤，并與預(yù)先埋設(shè)的鋼筋相互獨立放置，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施，以避免在施工時造成鋼絞線的損壞或銹蝕。

4.2.5 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的牽引力計算及設(shè)備配置

啟動時靜摩擦力：

F=W·u=200 000·0.1 =20 000 kN

轉(zhuǎn)動過程中動摩擦力：

F=W·p=200 000·0.06=12 000 kN

轉(zhuǎn)體拽拉力：

T=2/3·（R·W·u）/D

其中R=235 cm，W=200 000 kN，D=1 800 cm。

啟動時所需最大拖曳力T =1 741 kN；轉(zhuǎn)動過程中所需拖曳力T =1 044 kN。

因此該橋選擇了2套液壓同步自動連續(xù)牽引裝置，在1 800 cm直徑的圓盤上牽引兩根鋼束并將其固定，構(gòu)成一個水平的旋轉(zhuǎn)力矩，帶動整個轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)^[7]。單束由22條φ^S15.2鋼絞線組成。

5 結(jié)束語

相較于傳統(tǒng)施工方法，轉(zhuǎn)體施工法可最大限度降低對既有鐵路和城市交通的影響，采用球鉸對橋梁進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使其上跨現(xiàn)有線路，達(dá)到預(yù)定的橋位。在上跨鐵路轉(zhuǎn)體橋的設(shè)計中，要根據(jù)現(xiàn)場情況選用合適的橋梁形式，在保證力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的建筑物、施工設(shè)施、設(shè)備等的空間位置，做好全過程實時監(jiān)控，確保橋梁轉(zhuǎn)體平穩(wěn)精確。

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收稿日期：2024-01-08

作者簡介：陳子格（1995—），男，碩士，助理工程師，從事公路橋梁設(shè)計工作。