橋梁轉體工程的施工探討

【摘 要】橋梁轉體施工是指將橋梁結構在非設計軸線位置制作（澆注或拼接）成形后，通過轉體就位的一種施工方法。它可以將在障礙上空的作業轉化為岸上或近地面的作業。根據橋梁結構的轉動方向，它可分為豎向轉體施工法、水平轉體施工法（簡稱豎轉法和平轉法）以及平轉與豎轉相結合的方法，其中以平轉法應用最多。

【關鍵詞】橋梁；轉體；施工方法；應用

1. 概述

橋梁轉體施工是指將橋梁結構在非設計軸線位置制作（澆注或拼接）成形后，通過轉體就位的一種施工方法。它可以將在障礙上空的作業轉化為岸上或近地面的作業。根據橋梁結構的轉動方向，它可分為豎向轉體施工法、水平轉體施工法（簡稱豎轉法和平轉法）以及平轉與豎轉相結合的方法，其中以平轉法應用最多。 橋梁轉體法施工與傳統施工方法相比，具有如下優點：

（1）施工所需的機具設備少、工藝簡單、操作安全。

（2）具有結構合理，受力明確，力學性能好。

（3）轉體法能較好地克服在高山峽谷、水深流急或經常通航的河道上架設大跨度構造物的困難，尤其是對修建處于交通運輸繁忙的城市立交橋和鐵路跨線橋，其優勢更加明顯。

（4）施工速度快、造價低、節約投資。在相同條件下，拱橋采用轉體法與傳統的懸吊拼裝法、桁架伸臂法、搭架法相比，經濟效益和社會效益十分顯著。如用轉體法修建的湖南資興市游垅橋，與用懸吊拼裝法和搭架法相比，造價降低了11.5～17.4％。

2. 轉體施工法的關鍵技術

轉體施工法的關鍵技術問題是轉動設備與轉動能力，施工過程中的結構穩定和強度保證，結構的合攏與體系的轉換。

2.1 豎轉法。 豎轉法主要用于肋拱橋，拱肋通常在低位澆筑或拼裝，然后向上拉升達到設計位置，再合攏。 豎轉體系一般由牽引系統、索塔、拉索組成。豎轉的拉索索力在脫架時最大，因為此時拉索的水平角最小，產生的豎向分力也最小，而且拱肋要實現從多跨支承到鉸支承和扣點處索支承的過渡，脫架時要完成結構自身的變形與受力的轉化。為使豎轉脫架順利，有時需在提升索點安置助升千斤頂。 豎轉施工方案設計時，要合理安排豎轉體系。索塔高、支架高（拼裝位置高），則水平交角也大，脫架提升力也相對小，但索塔、拼裝支架受力（特別是受壓穩定問題）也大，材料用量也多；反之亦然。在豎轉過程中，主要要考慮索塔的受力和拱肋的受力，尤其是風力的作用。 在施工工藝上，豎轉鉸的構造與安裝精度，索鞍與牽轉動力裝置，索塔和錨固系統是保證豎轉質量、轉動順利和安全的關鍵所在。國內的拱橋基本上為無鉸拱，豎轉鉸是施工臨時構造，所以，豎轉鉸的結構與精度應綜合考慮滿足施工要求和降低造價。跨徑較小時，可采用插銷式，跨徑較大時可采用滾軸。拉索的牽引系統當跨徑較小時，可采用卷揚機牽引；跨徑較大，要求牽引力較大，牽引索也較多時，則應采用千斤頂液壓同步系統。

2.2 平轉法。 平轉法的轉動體系主要有轉動支承系統、轉動牽引系統和平衡系統。

（1）轉動支承系統是平轉法施工的關鍵設備，由上轉盤和下轉盤構成。上轉盤支承轉動結構，下轉盤與基礎相聯。通過上轉盤相對于下轉盤轉動，達到轉體目的。轉動支承系統必須兼顧轉體、承重及平衡等多種功能。按轉動支承時的平衡條件，轉動支承可分為磨心支承、撐腳支承和磨心與撐腳共同支承三種類型。

（2）磨心支承由中心撐壓面承受全部轉動重量，通常在磨心插有定位轉軸。為了保證安全，通常在支承轉盤周圍設有支重輪或支撐腳正常轉動時，支重輪或承重腳不與滑道面接觸，一旦有傾覆傾向則起支承作用。在已轉體施工的橋梁中，一般要求此間隙從2～20mm，間隙越小對滑道面的高差要求越高。磨心支承有鋼結構和鋼筋混凝土結構。在我國以采用鋼筋混凝土結構為主。上下轉盤弧形接觸面的混凝土均應打磨光滑，再涂以二硫化銅或黃油四氟粉等潤滑劑，以減小摩擦系數（一般在0.03～0.06之間）。

（3）撐腳支撐形式下轉盤為一環道，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，抗傾穩定性能好，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，撐腳形式有采用滾輪，也有采用柱腳的。滾輪平轉時為滾動摩擦，摩阻力小，但加工困難，而且常因加工精度不夠或變形使滾輪不滾。采用柱腳平轉時為滑動摩擦，通常用不銹鋼板加四氟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。當轉體結構懸臂較大，抗傾覆穩定要求突出時，往往采用此種結構，廣州丫髻沙大橋平轉就采用了此體系。

（4）第三類支承為磨心與撐腳共同支承。大里營立交橋采用一個撐腳與磨心共同作用的轉動體系，在撐腳與磨心連線的垂直方向設有保護撐腳。如果撐腳多于一個，則支承點多于2個，上轉盤類似于超靜定結構，在施工工藝上保證各支撐點受力基本符合設計要求比較困難。廣州丫髻沙大橋原采用多撐腳與磨心共同受力體系，后考慮到這種困難，減小了磨心受壓的比例，使其蛻化為撐腳體系。

（5）水平轉體施工中，能否轉動是一個很關鍵的技術問題。一般情況下可把啟動摩擦系數設在0.06～0.08之問，有時為保證有足夠的啟動力，按0.1配置啟動力。因此減小摩阻力，提高轉動力矩是保證平轉順利實施的兩個關鍵。轉動力通常安排在上轉盤的外側，以獲得較大的力臂。轉動力可以是推力，也可以是拉力。推力由千斤頂施加，但千斤頂行程短，轉動過程中千斤頂安裝的工作量又很大，為保證平轉過程的連續性，所以單獨采用千斤頂頂推平轉的較少。轉動力通常為拉力，轉動重量小時，采用卷揚機，轉體重量大時采用牽引千斤頂，有時還輔以助推千斤頂，用于克服啟動時靜摩阻力與動摩阻力之間的增量。

（6）平轉過程中的平衡問題也是一個關鍵問題。對于斜拉橋、T構橋以及帶懸臂的中承式拱橋等上部恒載在墩軸線方向基本對稱的結構，一般以橋墩軸心為轉動中心，為使重心降低，通常將轉盤設于墩底。對于單跨拱橋、斜腿剛構等，平轉施工分為有平衡重與無平衡重轉體兩種。有平衡重時，上部結構與橋臺一起作為轉體結構，上部結構懸臂長，重量輕，橋臺則相反，在設置轉軸中心時，盡可能遠離上部結構方向，以求得平衡，如果還不平衡，則需在臺后加平衡重；無平衡重轉體，只轉動上部結構部分，利用背索平衡，使結構轉體過程中被轉體部分始終為索和轉鉸處兩點支承的簡支結構。

2.3 轉體施工受力 轉體施工的受力分析目的是保證結構的平衡，以防傾覆；保證受力在容許值內，以防結構破壞；保證錨固體系的可靠性。轉體過程歷時較短，少則幾十分鐘，最多不超過一天，所以主要考慮施工荷載。在大風地區按常見的風力考慮，通常不考慮地震荷載和臺風影響，這主要從工期選擇來保證。此外，轉體結構的變形控制、合攏構造與體系轉換也是轉體施工應考慮的重要問題。

3. 橋梁轉體施工的應用

3.1 國外應用情況。 轉體施工法最先出現的是豎轉法。50年代意大利曾用此法修建了多姆斯河橋，跨徑達70m；德國的Argentobel橋，跨徑達150m，是采用此法修建的跨徑最大的橋梁。它在豎向位置利用地形或搭支架澆筑混凝土拱肋，然后再從兩邊將拱肋逐漸放倒，搭接成拱。2001年底日本神原溪谷大橋采用豎轉法施工建成，該橋為混凝土拱橋，跨度135米。這種豎轉法主要應用于鋼筋混凝土肋拱橋中，當跨徑增大以后，拱肋過長，豎向搭架過高，轉動也不易控制，因此一般只在中小跨徑中應用。 平轉法于1976年首次在奧地利維也納的多瑙河運河橋上應用。該橋為斜拉橋，跨徑布置為55.7m+119m+55.7m，轉體重量達4000t。此后平轉法在法國、德國、日本、比利時、中國等國家得到應用。采用平轉法施工的橋梁除斜拉橋外，還有T構橋、鋼桁梁橋、預應力連續梁橋和拱橋。迄今為止，轉體重量最大的是比利時的本＆#8226；艾因橋。該橋為斜拉橋，跨徑布置為3×42m+168m，轉體重量達1.95萬t，于1991年建成。

3.2 國內應用情況。

（1）1975年我國橋梁工作者開始進行拱橋轉體施工工藝的研究，并于1977年首次在四川省遂寧縣采用平轉法建成跨徑為70m的鋼筋混凝土箱肋拱。此后，平轉法在山區的鋼筋混凝土拱橋中得到推廣應用。

（2）70年代末80年代初我國平轉法施工的拱橋，跨徑均在100m以下，且均為有平衡重轉體施工。為解決大跨徑拱橋轉體重量大的問題，我國橋梁專家提出無平衡重轉體施工法，并于.1987年成功地進行了跨徑為122m的四川巫山龍門橋試驗橋的施1。1988年四川涪陵烏江大橋采用該法轉體成功，使我國拱橋的跨徑首次躍上200m大關。

（3）隨著轉體施工工藝的進步，主要是轉動構造中磨擦系數的降低和牽引能力的提高，這一方法在我國的斜拉橋和剛構橋中也得到應用，并且使其從山區推廣至平原，尤其是跨線橋的施工。例如，1980年四川金川縣的曾達橋（獨塔斜拉橋，轉體重量l344t）；1985年江西貴溪跨線橋（斜腳剛構橋，轉體重量1100t）；1990年四川綿陽橋（T構橋，轉體重量2350t）；1997年山東大里營立交橋（剛性索斜拉橋，轉體重量3040t）；1998年貴州都拉營橋（T構橋，轉體重量7100t）。

（4）2003年8月6日北京石景山混凝土斜拉橋建成，該橋是北京市五環路的標志性工程，位于北京石景山南站咽喉區，現有電氣化鐵路7股道，遠期規劃為1l股道，行車密度大，平均每3分鐘就有一趟列車通過，為避免對鐵路產生頻繁的干擾，采用了轉體法施工的預應力混凝土曲線斜拉橋方案。該橋主橋為45m+65m+95m+40m四跨連續獨塔單索面的預應力混凝土部分斜拉橋，轉體結構總重140000KN，直接依靠主牽引系統實現轉體并精確定位，最終合攏誤差2mm。

（5）鋼管混凝土拱橋近10年來在我國的應用與發展迅猛。為拱橋的輕型化和向大跨度發展提供了可能，轉體施工方法也被廣泛應用于這種橋型之中。在豎轉方面，雖然我國在80年代初期就應用該法進行了鋼筋混凝土桁架拱的施工，但其應用一直沒有得到推廣。1996年施工的三峽蓮沱鋼管混凝土拱橋（主跨114m）和1999年施工的廣西鴛江鋼管混凝土拱橋（主跨175m）采用豎轉法，后者的豎轉體系采用了液壓同步提升技術，使豎轉技術躍上了新的臺階，徐州京杭運河鋼管混凝土提籃拱橋（主跨235m）也將采用這一技術進行豎轉施工。2001年貴州北盤江大橋是鐵路橋梁上第一次采用鋼管拱結構，跨度236m，轉體重量達到102300KNo在平轉方面，1996年施工的三峽黃柏河和下牢溪兩座鋼管混凝土上承式拱橋采用該法施工，兩橋主跨均為160m，轉體重量達3500t。

（6）更為重要的是，豎向轉體與平面轉體結合應用的方法在鋼管混凝土拱橋中的應用，使橋梁轉體施工法進入了一個新的發展時期。1995年安陽文峰路135m鋼管混凝土拱橋首次采用這一方法轉體成功。

（7）1999年10月廣州丫髻沙大橋也采用此法順利合攏，并于2000年6月建成通車，丫髻沙大橋主跨達360m（凈跨344m），平轉重量達13685t。

4. 小結

轉體施工是一套比較成熟的橋梁施工方法，隨著新技術、新工藝的不斷出現以及在工程中的應用，該方法會更加安全可靠、操作簡潔、實施快速、降低造價，在橋梁建設中將發揮越來越大的作用，產生越來越好的社會和經濟效益。