狹窄區域V形轉體墩的設計構想與施工

梁栓民

狹窄區域V形轉體墩的設計構想與施工

梁栓民

摘 要：通過在既有公路、鐵路交叉地段施工新建鐵路V形轉體墩的工程實例，介紹地形狹窄區域異形墩的構造設想及轉體施工工藝，既能保證既有鐵路運營安全，減少征地拆遷投入，又可加快施工進度，施工效果明顯，可為類似工程情況處理提供借鑒。

關鍵詞：轉體施工；V形墩；施工技術；平轉法

1 工程概況

西固黃河特大橋位于蘭州市西固區及安寧區，蘭州臺至左線28#墩按左右單線橋設計，28#墩至中川臺按雙線橋設計，左線上跨既有蘭新鐵路后與右線并行，雙線橋長4931．69m，左右單線橋長分別為906．23m和841．75m。

左線23#墩處為3層公鐵立交關系，蘭州—中川機場線左線上跨既有蘭新鐵路，蘭新鐵路又上跨康樂路，平面、空間關系復雜。左右線上下部結構獨立設計，左線23#墩采用門式墩上跨蘭新鐵路（見圖1）。

圖1 左線23#墩、右線21#墩地理位置關系示意圖

2 V形墩設計構想

左線23#墩位于市區，左線與既有蘭新鐵路夾角約13°，門式墩承臺高出康樂路5～7m，右側位于既有鐵路路基邊坡上，左側是大片居民自建房，施工條件很差，重型施工機械進場需要臨時便道和作業場地，必將引起大范圍拆遷，加之過高的拆遷訴求使得無法進駐場地開展施工。此外，門式墩蓋梁底部距離接觸網承力索距離為0．8m，在蓋梁現澆施工中其支撐架設計難度較大（無法滿足鐵路技術規范相關要求），其支架安拆及現澆蓋梁施工對既有鐵路運行影響及存在的安全隱患均較大。鑒于上述情況，根據現場踏勘，經深入分析并結合場地特點，提出在23#墩位處既有蘭新鐵路右側利用蓋梁支承左右線簡支梁、基礎合并的設計方案。

左線23#墩位處左右線里程基本對齊，且均為32m單線簡支T梁，梁質量和二期恒載完全相同，左右線線路中心間距約17．253m，擬定蓋梁長度23．5m。受既有蘭新鐵路限界控制，墩身構造只能采用獨柱或倒三角輪廓，經分析比較，倒三角輪廓墩身不僅可以很好適應橋下限界要求，還具有減小蓋梁懸臂、提高橋墩橫向剛度的優點。因此，結合上部結構支座位置和受力特點，同時為了減輕墩身自質量，墩身擬定為V形結構。

運用平面桿系單元模型（西南交通大學BSAS程序）和實體單元模型（Midas程序），對結構在單線雙孔重載左線有車（該工況下V形墩結構受力極不平衡，橫向彎矩和變形最大）和雙線雙孔重載左線有車（該工況下V形墩結構受力左右基本平衡，豎向承載力最大）等工況下進行結構受力及變形分析。確定V形墩墩底中心位于左線23#墩線路中心與右線21#墩線路中心連線的中心點上，V形墩橫橋中心與該連線重合。墩底截面與承臺夾角9°43'22"。承臺樁基平行于既有蘭新鐵路，距離為3．8m。V形墩兩肢夾角60．5°，蓋梁高3m，蓋梁頂至墩底11．85m，蓋梁全長23．5m，寬3．4m，V形墩順橋向3m，墩底橫橋向6m，一肢厚度2m。V形墩頂部與蓋梁相接處設R680cm的圓弧倒角，以滿足既有蘭新鐵路限界要求（見圖2）。

3 V形墩轉體施工工藝

由于V形墩懸臂端位于既有鐵路上方，結合現場地形及結構自身情況，選擇整體順線路方向支架現澆施工V形橋墩，將轉體系統布置于承臺頂與V形墩底，墩身及蓋梁分別在支架上現澆施工，張拉蓋梁的預應力筋，拆除轉體部分支架，形成自平衡轉動體系，待施工完成后，結合既有鐵路運營、施工及天氣情況等因素，通過轉體系統的牽引將V形墩逆時針旋轉80°16'38"就位，轉體就位后架設上部簡支梁。

3.1 施工方法

本方案采用墩底轉體方式，在承臺與V形墩之間設置球鉸和撐腳，鋼球鉸設在承臺頂中心位置。在施工V形墩之前，按設計位置預埋φ32mm精軋螺紋鋼臨時固結上下轉盤，另外采用上下楔形鋼板穩固撐腳并焊接，使撐腳與承臺臨時固結，以增加梁體施工的橫向抗傾覆性。轉體球鉸安裝就位、撐腳臨時固定后，采用支架現澆施工V形墩及蓋梁混凝土。V形墩及蓋梁施工完成后，準備進行轉體施工。轉體前鋸開上下轉盤間的精軋螺紋鋼，同時拆除撐腳底的楔形鋼板，然后進行轉體施工。轉體就位無誤后，再次采用上下楔形鋼板穩固撐腳，并將其鎖定，保證轉體單元不會再次產生位移。對地盤上表面進行清洗，焊接預留鋼筋，立模澆筑封固混凝土，使上下轉盤連為一體。

綜觀近代中國語文教育方法的發展，大致經歷了這樣幾個時期:(1)二十世紀初近代教育方法的啟蒙期；(2)二十年代西方現代教學方法的移植期；(3)三十至四十年代對教育方法的反省和過濾期。

平轉法轉動體系主要由承重系統、頂推牽引系統和平衡系統構成。承重系統由上轉盤、下轉盤和轉動球鉸構成，下轉盤是支撐轉體結構全部質量的基礎，上轉盤為縱橫雙向體系，是轉體結構的重要結構，轉體完成后，上下轉盤共同形成基礎，轉盤之間設轉動球鉸，通過球絞使上轉盤相對于下轉盤轉動，達到轉體目的；本橋轉體選用2套4臺液壓、同步、自動連續牽引系統（牽引系統由連續千斤頂、液壓泵站及主控臺組成）及牽引反力支座、助推反力支座構成；平衡系統由結構本身、上轉盤8對φ500mm×20mm的鋼管混凝土圓形撐腳組成。

圖2 23#墩結構圖

（1）球鉸制造和安裝。鋼球鉸直徑1800mm，厚度40mm，分為上、下2片，是轉體施工的轉動體系。鋼質球面在工廠制造，在下球鉸面上按設計位置銑鉆四氟板鑲嵌孔，同時在下球鉸面上設置適量混凝土振搗孔，以便球鉸面下進行混凝土施工；下球鉸混凝土灌注完成后，將轉動中心軸φ320mm鋼棒放入下轉盤預埋套筒中；然后進行下球鉸聚四氟乙烯滑動片和上球鉸的安裝。球鉸設計最大靜摩擦系數0．10，最大動摩擦系數0．06。

（2）撐腳、滑道及砂箱布置。為了增強轉體過程中結構自身的穩定性，防止結構發生較大傾斜，在每個上轉盤底面，沿距轉動中心距離為240cm的圓周上均勻布設8個雙φ500mm×20mm的圓形鋼管混凝土撐腳，每個撐腳下設石英砂，在撐腳下方設置半徑2．0m、寬0．8m的可調式環形滑道，轉體時撐腳在滑道內滑動，保持轉體結構的平穩性，整個滑道面在同一水平面上，相對高差在1mm以內。當轉體發生傾斜時，撐腳先支承于下轉盤滑道上，防止發生進一步傾斜。為減小撐腳底面與滑道間的摩擦，撐腳底面鋼板與滑道接觸面部分由工廠加工定做，接觸面應刨平，鍍鉻后刨光處理。為保證卸架后撐腳與滑道不擠壓緊密從而使轉體順利進行，在滑道上撐腳之間設8個φ460mm×20mm的砂箱，砂箱內設石英砂。

3.2 施工流程

采用中心支承轉動、輔以保險平衡撐腳穩定的方案，并以中心支承為轉體體系，在上下層承臺間設置轉動體系。

下承臺頂面布置不銹鋼滑道、助推反力支座、牽引反力座等；上承臺底面布置鋼管混凝土撐腳、托盤，撐腳底部距離下轉盤滑道頂面20mm。卸架后撐腳底面與滑道頂面間的縫隙不得小于10mm。實際轉體過程在撐腳與滑道間設置四氟板，并在四氟板底面涂一層黃油聚四氟乙烯粉末。

牽引反力支架布置于下承臺，牽引索布置于上承臺底部混凝土托盤上，并纏繞一周。

蓋梁澆筑完成后，啟動牽引系統，上承臺、墩身及蓋梁形成的整體繞球鉸中心位置設置的鋼軸旋轉設計角度，到達設計位置、精確測量并臨時限位后，及時連接豎向鋼筋并采用C50微膨脹混凝土填充兩層承臺間的縫隙進行封盤。

3.3 施工注意事項

（1）轉動體系的核心是轉動球鉸，是轉體施工的關鍵結構，其制作和安裝精度要求很高，必須保證球鉸的加工質量及加工精度。

（2）下轉盤混凝土二次澆注時，為防止后期施工過程中水或雜物進入上下球鉸間的空隙，施工時下轉盤混凝土頂面比下球鉸頂面低2cm，且必須保證混凝土密實度。

（3）穿鋼絞線時不能交叉、打攪和扭轉，所用鋼絞線應盡量左、右旋均勻布置。

（4）調整好前后頂行程開關位置，既不能讓行程開關滑板碰壞行程開關，又不能因距離太遠使得行程開關不動作。

（5）試轉前需進行稱重平衡試驗，測試轉體部分的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩擦系數等參數，對V形墩轉體進行配重，滿足轉體過程中墩身的平衡要求。

（6）轉體過程中需對墩身進行監控，主要監控項目包括轉體前后及轉體過程中下盤應力情況、梁體根部應力與變形、轉體平衡情況、轉體速度及其對轉體運行平穩的影響。通過上述項目的監控，及時為轉體平穩、順利、安全運行提供方案控制依據和保證手段。

4 結束語

通過新建中川鐵路西固黃河特大橋23#墩的工程實例，對鐵路建設異形墩施工提供了新的思路，將先進的轉體施工工藝與V形墩相結合，解決了由于地形、公鐵交叉及空間作業面小無法施工等難題，加快了施工進度、節約了征地拆遷資金、減少了對既有鐵路運營及安全的影響，在未來建設過程中具有一定的推廣意義。

5 參考文獻

[1]黃棠．結構設計原理[M]．北京：中國鐵道出版社，1990．

[2]陳偉，李明．橋梁施工臨時結構設計[M]．北京：中國鐵路出版社，2002．

[3]周水興，何兆益，鄒毅松，等．路橋施工計算手冊[M]．北京：人民交通出版社，2001．

[4]劉吉士，閻洪河，李文琪．公路橋涵施工技術規范實施手冊[M]．北京：人民交通出版社，2011．

[5]徐為民．連續鋼箱梁墩頂轉體技術研究[D]．濟南：山東大學，2013．

梁栓民：蘭州鐵路局建設管理處，工程師，甘肅 蘭州，730099

責任編輯 高紅義

中圖分類號：U443.2

文獻標識碼：A

文章編號：1672-061X（2015）05-0044-03