渭河特大橋轉體施工設計

孫雷

（甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 概況

隴漳高速公路渭河特大橋位于甘肅省隴西縣文峰鎮附近，橋梁沿著地勢復雜的渭河河谷、遼西河河道、鎖峪河河道布設。渭河特大橋主要跨越隴海鐵路、渭河河道、隴西縣濱河路和雙擁路、石油管道等，橋梁規模受地形、地物控制，此處渭河百年一遇流量為4 058 m3/s。為減少高速公路施工期間對隴海鐵路正常運營的干擾，上跨隴海鐵路處采用轉體施工。上跨處橋梁孔跨布置為：41.4 m+70 m+41.4 m連續剛構，主橋全長152.8 m。該段隴海鐵路跨越渭河，鐵路為上、下行橋梁分離布置，鐵路兩幅橋凈距約19 m。

2 主要技術標準

（1）道路等級：高速公路。

（2）設計行車速度：80 km/h。

（3）平曲線半徑：830 m。

（4）道路標準橫斷面：鐵路區單幅橋梁寬度25.5 m。

（5）荷載等級：汽車荷載，公路-I級（提高1.3倍）[1]。

（6）橋梁設計基準期：100 a。

（7）橋梁設計參數：安全等級一級；構件重要性系數1.1；鋼筋混凝土結構最大裂縫寬度允許值0.2 mm。

（8）立交凈空：距隴海鐵路不小于8.9 m。

（9）限界要求：6.5 m（考慮接觸網正饋線（回流線）擺動及絕緣間隙）[2]。

（10）航道標準：無通航要求。

（11）地震烈度：Ⅷ度，地震峰值加速度為0.20g，地震動反應譜特征周期為0.45 s。

3 橋梁設計方案

本段橋平面分別位于緩和曲線（回旋線參數A=352.846 m）、曲線半徑R=830 m的圓曲線上。本橋橋址區屬于渭河河谷亞區渭河河床漫灘及渭河階地段，河谷區地形開闊，地勢平坦，主河槽寬約240m，河谷內常年有流水，河谷兩側岸坡均設置護坡，岸坡高6～7 m，河谷區兩側岸坡較緩。橋址區地面高程1 665.14～1 682.1 m，高差17.0 m。橋位區地層按其時代及成因分類，在勘察深度范圍內地層主要為第四系全新統沖洪積（Q4al+pl）粉質黏土、圓礫和古近系（E）泥巖。

9號橋墩轉體施工，旋轉方向為順時針方向，旋轉角度為76°；10號橋墩轉體施工，旋轉方向為順時針方向，旋轉角度為78°；施工時注意10號橋墩先旋轉25°后，9號墩、10號墩再同時轉動。

渭河特大橋跨隴海鐵路轉體橋立面圖、平面圖見圖 1、圖 2。

3.1 連續剛構上部結構

上部結構為連續剛構，中墩處梁高4.5 m，邊墩處梁高2.5 m，梁高變化采用1.8次拋物線。橋梁橫斷面為單箱3室，箱室寬度6.17 m，懸臂長3.5 m，橋面總寬25.5 m；橋面頂板厚30 cm，底板厚30～60 cm，腹板厚50～80 cm。

圖1 渭河特大橋跨隴海鐵路轉體橋立面圖（單位：cm）

圖2 渭河特大橋跨隴海鐵路轉體橋平面圖（單位：cm）

41.4 m+70 m+41.4 m連續剛構橫斷面示意圖見圖3。

圖3 41.4 m+70 m+41.4 m連續剛構橫斷面示意圖（單位：cm）

3.2 連續剛構主墩

41.4m+70m+41.4m連續剛構主墩示意圖見圖4。

圖4 41.4 m+70 m+41.4 m連續剛構主墩示意圖（單位：cm）

連續剛構主墩采用雙薄壁墩。壁厚1.1 m，凈距1.8 m，過渡段采用7 m半徑圓弧連接，墩高18 m。墩底接轉盤，其中上轉盤尺寸為10.8m×10.8m×3m，下轉盤尺寸為15.7 m×15.7 m×3.5 m，下轉盤下接16根鉆孔樁，樁徑1.5 m。

4 橋梁結構設計

彎橋最主要的受力特點是，梁截面在發生豎向彎曲時，由于受曲率的影響，必然會產生扭轉，而這種扭轉作用又將導致梁的撓曲變形[3]。在設計中，彎橋的簡化計算主要與兩個因素有關：一個是圓心角?0，另一個是橋面寬度與曲率半徑之比。本段橋平面分別位于緩和曲線（A=352.846 m）、R=830 m的圓曲線上，圓心角0=11.5°（＜30°），因此可以忽略扭轉對撓度的影響，彎梁的縱向彎矩可以足夠精確地用跨徑為L=R0（L為梁軸弧線長，R為曲線半徑）的直線梁來計算[3]；橋面寬度與曲率半徑之比L2/bR=2.2＞1.0（b為橋梁的半寬），所以本橋不能按照直線橋進行簡化計算。為了計算曲線對梁體受力的影響程度，本文采用Midas/Civil軟件進行計算。一般情況下針對彎橋施工主要采取以下方式處理不平衡彎矩：

（1）增加配重，通過增加永久或臨時配重達到平衡。

（2）調整箱梁結構尺寸，調整曲線外側腹板厚度或者頂板切角等。

（3）設置轉體結構與轉體球鉸之間的偏心，消除轉體狀態下的不平衡彎矩。

因各自適用條件限制，本橋采用設置偏心的方式來解決不平衡彎矩的問題。

為克服結構自重引起的面外彎矩，球鉸朝圓心方向設置有預偏心。球鉸中心與墩中心偏12 cm，通過三維模型確定梁體質心。墩身左右對稱，轉體過程中不予考慮偏心影響。

5 平轉法轉動體系設計

平轉法轉動體系主要有承重系統、頂推牽引系統、平衡系統三大部分構成[4]。承重系統由上轉盤、下轉盤和轉動球鉸構成，上轉盤支承轉體結構，下轉盤與樁基礎相連，通過上轉盤相對于下轉盤轉動，達到轉體目的；頂推牽引系統由牽引設備、牽引反力支座、助推反力支座構成；平衡系統由結構本身、上轉盤鋼管混凝土圓形撐腳、大噸位千斤頂及梁頂端放置的備用水箱（或沙袋）構成。

5.1 轉出體

轉出體為預應力混凝土箱梁，左右側轉體懸臂長為33 m；采用單箱3室直腹板箱梁，梁端部高2.5 m，根部高4.5 m，按1.8次拋物線變化，懸臂長3.5 m，頂板寬25.5 m，底板寬18.5 m。

5.2 上轉盤

上轉盤為平面尺寸10.8 m×10.8 m、厚3 m的實體結構。上轉盤以8組均布的撐腿輔助支撐于下盤頂面環道上，確保水平轉動時三點支承和轉體穩定。為減小撐腳與環形滑道的摩擦，撐腳底面焊接，撐腳安裝中心線直徑為9 m。撐腳距離下轉盤滑道頂面2 cm，發生傾斜時，先于下轉盤助推反力支座支撐于下轉盤之上，防止結構進一步傾斜。

牽引索部分預埋在上轉盤內，預埋端采用H型錨，牽引索應埋入轉盤至少3 m以上，并圓順地纏繞在轉盤上。上轉盤是轉體時的重要結構，在整個轉體過程中是一個多向、立體的受力狀態，受力較復雜。設計采用預應力結構。順橋向和橫橋向的預應力鋼筋均采用鋼絞線。

5.3 球鉸

考慮施工中因風荷載及施工誤差等因素會導致轉體結構失去平衡而需進行平衡配重，故應有一定的安全儲備，球鉸設計豎向承載能力采用85 000 kN，選用工廠生產的8 500 t級的轉體成品球鉸。設計最大靜摩擦系數0.1，最大動摩擦系數0.06。

5.4 下轉盤

下轉盤為平面尺寸 15.7（橫）m×15.7（順）m、厚3.5 m的實體結構。下轉盤上設有轉體系統的下球鉸，寬1.1 m、直徑為9 m的環形下滑道及8組千斤頂反力座。千斤頂反力座用于轉體的啟動、止動和姿態微調等。

環形滑道由工廠預制，現場分節段拼裝。轉體時確保撐腳可在滑道內滑動。滑道的平面高差直接決定了轉體牽引力的大小和梁體高程，控制精度要求高。具體施工工藝要求：滑道板由厚24 mm鋼板經機械加工后鍍鉻拋光處理而成，表面粗糙度6.3級，滑道角鋼頂面相對高差小于5 mm；滑道角鋼鋼板由螺母調整校平，滑道局部平整度0.5 mm。轉體前在滑道上鋪設厚3 mm的不銹鋼板及厚5 mm的聚四氟乙烯板。

砂筒為滿足后期梁體卸架后，方便拆除撐腳與滑道之間的鋼楔塊。在每2個撐腳之間設置2個砂筒（共16個），砂筒采用直徑680 mm，壁厚14 mm的無縫鋼管制作，內填石英砂，與撐腳同步安裝，安裝前用千斤頂根據梁體重量進行預壓持荷。

5.5 平衡系統主要部件

5.5.1 撐腳

為了增強轉體過程中結構的穩定性，防止結構發生較大傾斜，在上轉盤底面距轉動中心半徑R=450 cm的圓周上均勻設置了8對80 cm圓形鋼管混凝土撐腳。當轉體發生傾斜時，撐腳先支承于下轉盤的滑道上，防止轉體進一步側傾。為減小撐腳底面與滑道的摩擦，撐腳底面的走板應由工廠加工定做，以保證鋼板表面的平整度，鋼板表面的磨光度不得低于6.3級。

5.5.2 滑道

為了減小撐腳與下轉盤的接觸摩擦，將撐腳支承面置于同一水平面內，從而使轉體在發生輕微傾斜時仍能平穩運行。在下轉盤頂面設置外徑5.05 m，寬1.1 m的環形滑道，滑道由厚3 mm的不銹鋼板及厚5 mm的聚四氟乙烯板貼面組成，滑道鋼板鑲嵌于磨光的環形滑道槽內[5]。滑道槽在混凝土終凝前應反復打磨，磨光平整度及高程誤差控制在1.0 mm以內。

5.5.3 備用大噸位千斤頂及水箱

為調整轉體失衡狀況下的運行姿態，在橋墩對稱軸線方向，沿轉盤四周對稱位置設置4臺大噸位備用千斤頂，主要用于重心調整和限位，確保轉動結構平穩轉動。根據觀測資料隨時調整轉動體中心以調整轉體過程中轉體的運行姿態。同時在梁頂端部設置2個帶刻度的備用水箱(或沙袋），作為調整轉體失衡的備用措施。

5.6 牽引力及助推系統

牽引設備可選擇4臺ZLD型連續千斤頂，配合泵站、主控臺，組成連續牽引系統。助推千斤頂可選擇6臺YCW型穿心式千斤頂。上轉盤設置2根鋼絞線牽引索。

5.7 位控及微調

轉體過程中，轉體重量只有球鉸1個支撐點。上部轉體結構受外界條件或施工影響，易出現傾斜，必須設置位置控制系統（見圖5）；在轉體過程中對轉體的懸臂端高程及軸線要進行微小調整，需要設置微調系統（見圖6）。

5.7.1 位控系統

位控系統由千斤頂、反力座、反力梁、測量儀器等組成。主要作用為轉體到位出現偏差后，需要對橋梁平面進行調整和限位固定，對箱梁線型進行調整和鎖定。

撐腳與千斤頂組成內環位控（保險）系統，撐腳均布于上轉盤圓周上。保險支腿下方是不銹鋼板面上鋪設聚四氟乙烯滑板的環形滑道，轉體過程中，支腿起防傾斜作用。在轉體快到位前，在反力座上設置反力梁，對撐腳進行限制，防止超轉。反力梁由雙拼工字鋼組成，反力梁與反力座之間放置橡膠墊塊，用來緩沖就位時的慣性力。

圖5 位控系統布置圖（單位：cm）

圖6 微調系統布置圖

5.7.2 微調系統

轉體過程中，通過在轉體上布置監控點，對轉體過程中進行位置測量，及時反映轉體狀態，為轉體提供數據支持。在轉體過程中若偏差超出允許范圍，需及時對轉體進行微調，以使轉體繼續，保證結構精度。在轉體完成后，再次利用微調系統將轉體的技術參數調整到允許范圍內。微調系統通過轉盤與承臺之間設置400 t千斤頂，向偏位相反方向調整，并且在另一側設置限位梁，以防微調超限。

橫向傾斜、縱向傾斜調整到位后，用型鋼固定，并將撐腿用鋼板固定。立模灌注封盤混凝土。

6 結語

（1）進行轉體施工的彎橋設計時應充分考慮橋梁受自身不平衡彎矩產生的扭轉及撓曲變形問題，對轉體施工過程進行穩定性驗算，并采取相應的措施予以解決。

（2）對轉體施工整體流程及注意事項進行了簡單描述，可為與其相類似的橋梁設計施工提供參考。