無平衡重轉體的施工設計

朱家有

(貴州省交通建設咨詢監理有限公司)

1 錨固體系的設計

1.1 錨碇設計

錨碇處巖體的抗剪強度、抗滑穩定性的計算值應分別大于使用值，并有足夠的安全儲備。錨碇是無平衡重轉體施工的關鍵部位，必須絕對穩妥可靠，有條件時可做拔樁試驗。當錨碇能力要求不太高時，可通過超張拉尾索來檢驗錨碇的安全度，雖然這樣做會增加一些尾索、平撐的材料用量，但可保證安全、可靠。

1.2 平撐、尾索的設計

在雙箱對稱同步轉體時，一般可只設軸向平撐或用引橋的橋面板代替。但在雙箱不對稱同步轉體或對稱同步轉體時，考慮到施工中可能出現拱箱自重誤差和轉體速度差而在錨梁上引起的橫向水平力，還應增設斜向平撐和尾索或上下游斜向尾索，以平衡其橫向水平力。

拱箱在轉體過程中，隨著轉出角度的改變，扣索力的方向也隨之變化，而軸平撐與斜平撐及尾索的內力也隨之變化，使整個力系在任一轉角處均處于平衡狀態。

尾索一端澆于錨碇中，另一端穿過空心箱及錨塊(或錨粱)，并在錨塊外側張拉錨固，此時鋼筋受拉，混凝土平撐受壓;當張拉拱箱扣索時，斜向尾索拉力加大，混凝土平撐壓力減小;而軸向混凝士平撐壓力加大，尾索內力減小;當拱箱向外轉出時，兩個方向的平撐及尾索自動調節內力。

設計中，確定平撐及尾索的預加應力大小及錨塊位移的大小極為重要，設計的原則是:應滿足上轉軸鉸點的內力平衡與平撐的變形價調條件。平撐要有足夠的壓力儲備，才能防止在轉體過程中錨塊產生較大的位移。

1.3 立柱的設計

橋臺拱座上的立柱在轉體階段是用來支承錨塊(錨梁)的。對于跨徑100 ～200 m 的拱橋而言，橋臺上立柱高度可達30 ～50 m，下端要承受拱箱的水平推力。構件細長比大，上下端受力大，經過計算比較，立柱按桅桿體系進行設計更合理。當立柱中部設平撐與巖體相連，立柱頂端變形可控制在較小范圍內，此時也可按剛架計算。

如在拱座上無立柱，或立柱位置不符合施工要求時，通常需在轉體所要求的位置上臨時設置立柱，柱頂上支承錨塊和平撐。臨時立柱在轉體完成后拆除。

1.4 錨梁及錨塊的設計

錨梁是一個短粱，錨塊是一個節點實體，用以聯系立柱、軸平撐擻斜平撐，并作為扣索與尾索的錨固點。錨梁及錨塊可以用鋼筋混凝土制作，也可用鋼結構作為工具，多次重復使用。

2 轉動體系的設計

(1)拱箱:轉體施工過程中，拱箱的設計關鍵在于結構體系的選擇，為了使拱箱受力狀態良好和易于操作控制，只在拱箱頂端設一扣點，調整扣點高程可以使拱箱在整個轉體過程中完全處于受壓狀態，不出現拉應力。

(2)上轉軸:埋于錨粱中的軸套采用鑄鋼，內圓光潔度為▽5;轉軸采用空心鋼管，其外圓光潔度為▽5，設計時其彎應力與局部應力應滿足荷載要求;與轉軸配合的環套一端與扣索連接鋼板焊接，設計時其彎應力與焊縫剪應力均應滿足荷載要求。

(3)下轉盤:轉盤由3 ～4 層半環形鋼帶彎制而成的馬蹄形構件內灌混凝土形成，轉盤與下轉軸的接觸處光潔度采用▽5，轉盤下設走板，走板前后均設倒角，走板開了許多小孔嵌設聚四氟乙烯蘑菇頭，稱千島走板，使其滑動時摩阻力較小。轉盤設計中除考慮拱箱水平推力所產生的拉力外，還應考慮拱座處的剪應力與鉸座的局部應力。

(4)下轉軸:下轉軸位于立柱下端，是呈圓截面的鋼筋混凝土柱。其與下轉盤接觸處外套一個高0.2 m 的鋼環，外圓光潔度為▽5，并涂有摩擦系數較小的滑道材料。設計時應考慮軸能承受拱箱水平推力所產生的剪應力、彎應力和局部應力。

(5)下環道:在基礎頂面、下轉軸四周設置寬50 cm 機械加工的圓環形鋼制下環道，為減少安裝變形，最好與下轉軸上套的鋼環焊在一起加工制作。

(6)扣索:通常選用Φ32 mm 精軋螺紋鋼筋，使用應力為設計強度的45% ～50%。

3 位控體系的設計

拱箱的轉體是靠扣索力和上、下轉軸事先預留的偏心值形成的轉動力矩來實現，故轉動位控體系的設計原則就是由扣索力和預先設置的上轉軸與下轉軸中心偏心值e 所產牛的自轉力矩(M=T·e)應大于上、下轉軸發轉盤轉動的摩阻力矩(M摩)。

當張拉扣索至設計噸位時，拱箱脫架，并在自轉力矩作用下進行轉體。在拱箱的轉體過程中自轉力矩M 是變化的，當拱箱轉至順河方向與橋軸線垂直時，M 值最大;而摩阻力矩M摩啟動時為靜摩擦力矩，此時M摩值最大，而一經啟動，即為動摩擦力矩，M摩值減小。特別是以四氟扳作滑道材料時，靜、動摩擦阻力相差較大，因此設計時應使最小的自轉力矩大于最大的摩阻力矩。

纜風索及卷揚機系統的選擇，應以所求得的自轉分力F、風纜不同角度的因素而定。在有些情況下，還應設反向風索，或者在下轉盤前后用千斤頂頂推，輔助轉體。

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