雙幅同步轉(zhuǎn)體施工T型剛構(gòu)橋設(shè)計淺析

趙云鵬

（遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院，沈陽 110166）

1 概述

凌源至綏中高速公路建昌至興城支線跨越京哈客運專線（秦沈段），跨越處鐵路里程為高速公路K77+278.00，交角為 69.4°。起點里程為 K76+760.00，終點里程為 K77+440.00，全長 680.0 m（不計入耳墻長度），橋孔布置為:左幅（10×40）+（2×80）+（3×40）m;右幅為（12×40）+（2×80）+40 m。單幅全橋?qū)挾葹?1.60 m，主橋為（2－80）mT型剛構(gòu)，橋面和結(jié)構(gòu)均為分幅的布置形式，轉(zhuǎn)體法施工。引橋為先簡支后連續(xù)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，橋面和結(jié)構(gòu)均為分幅的布置形式，預(yù)制架設(shè)法施工。

2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地震烈度等自然情況

2.1 地層巖性

通過對橋位區(qū)地質(zhì)勘察可知，該橋揭露的地層主要為粉質(zhì)粘土、角礫（Q4），花崗巖（γ25），分述如下:

①粉質(zhì)粘土:黃褐色，稍濕，可塑。［fa0］=150 kPa，qik=45 kPa。②角礫:黃色，很濕，中密，一般粒徑20～40 mm，含量占25%，顆粒呈棱角形，充填砂類土。［fa0］=300 kPa，qik=100 kPa。③花崗巖:全風(fēng)化花崗巖:黃褐色，結(jié)構(gòu)構(gòu)造基本破壞，有殘余結(jié)構(gòu)強度，巖芯呈砂土狀，鉆進速度2.8 m/h。［fa0］=260 kPa，qik=60 kPa。強風(fēng)化花崗巖:褐灰色，結(jié)構(gòu)大部分破壞，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈砂礫狀，少量碎石狀，碎石一般粒徑2～5 cm，錘擊易碎，巖芯表面粗糙。［fa0］=500 kPa，qik=160 kPa。中風(fēng)化花崗巖:黃褐色，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，礦物成分石英和長石，巖芯呈碎塊狀、短柱狀，柱長多為5～11 cm，錘擊聲脆。［fa0］=1 800 kPa。

2.2 地震設(shè)計參數(shù)

根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》GB18300—2001圖A及《中國地震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》GB18300—2001圖B可知:橋位區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，地震基本烈度Ⅵ度，反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

2.3 水文地質(zhì)特征

橋址區(qū)溝谷干涸無水，只是在雨季時有短暫流水，地下水水位標高為33.2 m左右。

地下水類型為SO4—HCO3—Ca—Mg型水，地下水對砼無腐蝕性。

大氣降水入滲補給為主要補給方式，受季節(jié)和氣候的影響，水位變化較大。地下水位埋深為5.4～6.7 m，地下水類型為基巖裂隙水。

2.4 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

橋位區(qū)位于陰山緯向構(gòu)造體系中，位于大興安嶺－太行山新華構(gòu)造體系東緣的交接部位，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，所處一級構(gòu)造單元為中朝準地臺，地殼基本穩(wěn)定。

橋位區(qū)地勢稍有起伏，在基礎(chǔ)開挖時應(yīng)注意，斜坡自然狀態(tài)下穩(wěn)定。

3 主橋設(shè)計要點

該主橋位于直線段上，橋梁設(shè)計為雙向四車道，為分幅橋，單幅橋?qū)挒?1.60 m，左右幅橋間凈距0.45 m。橋跨布置為80 m+80 m預(yù)應(yīng)力混凝土T形剛構(gòu)，采用掛籃懸臂澆筑、平面轉(zhuǎn)體的施工方法，左右幅在鐵路的兩側(cè)分別進行懸臂澆筑施工，同時進行轉(zhuǎn)體施工［2－4，6］，轉(zhuǎn)體長度為 64 m+64 m，轉(zhuǎn)體段掛籃懸澆施工完成后轉(zhuǎn)體與邊墩旁支架現(xiàn)澆段完成合攏。

主橋自處于 1.01078%的上坡路段和－1.821 17%的下坡路段及R=12 000.0 m凸型豎曲線上。變坡點的道路里程為K77+31.00，變坡點高程為66.0 m。

3.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

主梁橫斷面采用單箱單室直腹板截面，中墩頂處4.0 m段為等高段，梁高8.2 m，由中墩頂至跨中方向57.5 m為變高段，梁高經(jīng)1.8次拋物線漸變至3.5 m，合攏段及邊跨現(xiàn)澆段為3.5 m等高段。

箱梁頂板寬11.6 m，兩側(cè)懸臂2.7 m，懸臂端厚0.18 m，根部厚0.7 m。箱梁頂板厚由0.6 m漸變至0.28，再由0.28 漸變至0.9 m;底板厚0.6 m漸變至0.32，再由0.32漸變至0.9 m，墩頂處厚1.1 m;腹板厚由0.8 m 漸變至0.6 m，再由0.6 m漸變至0.8 m。箱梁構(gòu)造頂、底板平行，坡度同路線橫坡，左右幅均是向路線外側(cè)的2%。腹板豎直，為平行四邊形構(gòu)造。

主橋共設(shè)4道墩頂橫梁，其中主墩處每道橫梁厚1.0 m橫梁設(shè)置150×100 cm通行人孔，過渡墩墩頂橫梁厚1.45 m?？缰袡M梁厚50 cm，設(shè)置150×100 cm通行人孔。邊支點附近箱梁底板設(shè)置φ100 cm永久檢查人孔。

主梁采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力體系?？v橫預(yù)應(yīng)力束采用Φs15.2高強度低松弛鋼絞線，標準強度均fpk=1 860 MPa，采用預(yù)埋塑料波紋管制孔，群錨錨固。其中縱向預(yù)應(yīng)力束分為頂板束、腹板束和底板束，其中縱向懸澆頂板束、腹板束采用22－Φs15.2、19－Φs15.2鋼絞線，頂、底板合攏束采用15－Φs15.2、13－Φs15.2、11－Φs15.2鋼絞線;頂板橫向預(yù)應(yīng)力束采用3－Φs15.2鋼絞線;墩頂橫梁采用19 －Φs15.2 鋼絞線［3，5］。

豎向預(yù)應(yīng)力束采用JL32精軋螺紋鋼筋，每道腹板雙排布置，基本間距為0.5 m。

3.2 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

T構(gòu)中墩采用墩梁固結(jié)，單箱單室矩形截面，墩身為620×400 cm空心墩。基礎(chǔ)為φ150 cm樁基礎(chǔ)。過渡墩采用680×180 cm實心墩。基礎(chǔ)為φ150 cm樁基礎(chǔ)。過渡墩處與本橋相接的引橋為裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制T梁，主引橋梁高不等，為保證主引橋順接，設(shè)計中將過渡墩蓋梁設(shè)計成帶臺階式的鋼筋混凝土蓋梁，蓋梁高2.0 m，寬2.4 m。

3.3 主要附屬設(shè)施設(shè)計要點

橋面鋪裝:采用8 cm瀝青混凝土+防水層+8 cmC50混凝土。

安全防護:全橋均設(shè)置防撞墻，其中跨越鐵路處外側(cè)設(shè)置雙層防撞設(shè)施，內(nèi)側(cè)采用SS級加強型防撞護欄，外側(cè)采用SS級防撞墻，防撞護欄與防撞墻間凈距為0.5 m，跨越鐵路橋孔外側(cè)防撞墻頂設(shè)置高2.75 m防落網(wǎng)，防落網(wǎng)網(wǎng)眼尺寸為5 mm×5 mm。兩幅橋內(nèi)側(cè)縫隙蓋10 cm厚鋼筋混凝土封閉板。為進一步保證鐵路的安全運營，在防撞強側(cè)面預(yù)埋螺栓及法蘭，安裝異物侵限檢測網(wǎng)。

4 轉(zhuǎn)動系統(tǒng)設(shè)計

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)體下盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)動牽引系統(tǒng)等組成 （如圖1、圖2所示）。

圖1 轉(zhuǎn)動系統(tǒng)總立面圖/cmFig.1 The general elevation of the rotation system/cm

圖2 轉(zhuǎn)動系統(tǒng)總平面圖/cmFig.2 The master plan of the rotation system/cm

轉(zhuǎn)體下盤為支撐轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)全部重量的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)體完成后與上轉(zhuǎn)盤共同形成橋梁基礎(chǔ)。下轉(zhuǎn)盤上設(shè)置轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的下球鉸、保險撐腳環(huán)形滑道及轉(zhuǎn)體拽拉千斤頂反力座等。千斤頂反力座用于轉(zhuǎn)體的啟動、止動和姿態(tài)微調(diào)等。

球鉸直徑為φ3 900 mm，定位中心轉(zhuǎn)軸的直徑為φ270 mm。分上下兩片，是轉(zhuǎn)體施工的轉(zhuǎn)動體系，而轉(zhuǎn)動體系的核心是轉(zhuǎn)動球鉸，它是轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，制作及安裝精度要求很高，必須精心制作，精心安裝。球鉸由上下兩塊鋼質(zhì)球面板組成，上面板為凸面，通過圓錐臺與上部的牽轉(zhuǎn)盤連接，上轉(zhuǎn)盤就位于牽轉(zhuǎn)盤上;下面板為凹面，嵌固于下轉(zhuǎn)盤頂面。上下面板均為40 mm厚的鋼板壓制而成的球面，背部設(shè)置肋條，防止在加工、運輸過程中變形，并方便球鉸的定位，以及加強與周圍混凝土的連接。鋼球鉸面在工廠制造加工，在下球鉸面上按設(shè)計位置銑鉆四氟板鑲嵌孔。下球鉸頂面安裝后鑲嵌760塊φ6 cm的聚四氟乙烯滑動片，上下面板之間填充黃油聚四氟乙烯粉［2－3］。

轉(zhuǎn)體上盤是轉(zhuǎn)體的重要結(jié)構(gòu)，在整個轉(zhuǎn)體過程中形成一個多向、立體的受力狀態(tài)，上盤布有縱向預(yù)應(yīng)力筋。上盤邊長1 200 cm，高270 cm;轉(zhuǎn)臺直徑φ1 100 cm，高度80 cm。轉(zhuǎn)臺是球鉸、撐腳與上盤相連接的部分，又是轉(zhuǎn)體牽引力直接施加的部位。轉(zhuǎn)臺內(nèi)預(yù)埋轉(zhuǎn)體牽引索，預(yù)埋端采用P型錨具，同一對索的錨固端在同一直徑線上并對稱于圓心，注意每根索的預(yù)埋高度和牽引方向應(yīng)一致，每根索埋入轉(zhuǎn)盤長度大于300 cm，每對索的出口點對稱于轉(zhuǎn)盤中心。牽引索外露部分圓順地纏繞在轉(zhuǎn)盤周圍，互不干擾地擱置于預(yù)埋鋼筋上，并作好保護措施，防止施工過程中鋼絞線損傷或嚴重生銹。待上轉(zhuǎn)盤混凝土達到設(shè)計強度后，進行整個轉(zhuǎn)動系統(tǒng)支承體系的轉(zhuǎn)換。抽去墊板使轉(zhuǎn)臺支承于球鉸上。施加轉(zhuǎn)動力矩，使轉(zhuǎn)臺繞球鉸中心軸轉(zhuǎn)動。檢查球鉸的運轉(zhuǎn)是否正常，測定其摩擦系數(shù)，為轉(zhuǎn)體施工提供依據(jù)［4］。

摩擦系數(shù)按下式測算:

μ=3M/（2RG）;μ－摩擦系數(shù);M－轉(zhuǎn)動力矩 （tm）;G－轉(zhuǎn)臺總重量 （t）。

設(shè)計靜摩擦系數(shù)為0.1，動摩擦系數(shù)為0.05，若測出的摩擦系數(shù)較設(shè)計出入較大，應(yīng)分析找出原因，并作相應(yīng)處理。

轉(zhuǎn)體上盤撐腳即為轉(zhuǎn)體時支撐轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)的保險腿。從轉(zhuǎn)體時保險腿的受力情況考慮，轉(zhuǎn)體對稱的兩個保險腿之間的中心線與上盤縱向中心線重合，使8個保險腿對稱分布于縱軸線的兩側(cè)。在撐腳的下方 （即下盤頂面）設(shè)有130 cm寬的滑道，滑道半徑為500 cm，轉(zhuǎn)體時保險腿可在滑道內(nèi)滑動，以保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)。要求整個滑道面在一個水平面上，其相對高差≯2 mm［5］。

每個上盤下設(shè)有8個撐腳，每個撐腳為雙圓柱形，下設(shè)24 mm厚鋼板。雙柱為兩個φ800 mm×24 mm的鋼管，全橋撐腳鋼管內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土。撐腳在工廠整體制造后運進工地，在下盤混凝土灌注完成上球鉸安裝就位時即安裝撐腳，并在撐腳走板下支墊6mm鋼板 （作為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)與滑道的間隙）［6－7］。

5 結(jié)束語

本橋跨越京哈客運專線鐵路 （秦沈段）采用2×80 mT型剛構(gòu)橋采用轉(zhuǎn)體法施工，是適應(yīng)橋址處地形，對鐵路運營影響最小的最合理的橋型，結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計合理，滿足T型剛構(gòu)縱橫向受力要求;轉(zhuǎn)動系統(tǒng)設(shè)計合理，可以保障轉(zhuǎn)體施工的順利進行，可為同類型橋梁的設(shè)計提供參考和借鑒。

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