惠州至清遠高速公路上跨公鐵雙線轉體橋設計

劉清華， 梁健， 曹發輝， 李 暢

（1.四川公路工程咨詢監理有限公司， 成都 610000，2.四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司， 成都 610000）

0 引言

惠州至清遠高速公路是廣東省高速公路網中的重要組成部分，項目位于廣東省清遠市境內。北江轉體橋在江口鎮石梨村同時上跨京廣鐵路和省道253，與京廣鐵路交叉點位于京廣鐵路下行線里程樁號K2186+211m 處，交角87°，如圖1 所示。

圖1 北江轉體橋效果圖

1 橋梁概況

為確保在整個施工過程和運營狀態中減少對京廣鐵路的影響，同時為鐵路的發展預留空間以及日常檢修維護的需要，根據與鐵路相關部門溝通：橋梁跨徑采用(56+56)m，鐵路軌頂至高速公路梁底凈空高度大于8.3m，需采用轉體施工法進行施工。

為了方便施工，一次性轉體到位，橋梁左右幅合修，采用整幅式橫斷面，橋梁全寬33 米，橋梁孔跨布置為(56m+56m)預應力混凝土T 形剛構橋。主梁為現澆預應力砼箱梁，箱梁橫斷面采用單箱四室直腹板形式[5]，主梁梁高從根部7.0m 漸變至邊支點處的2.8m，梁頂寬33.0m，梁底寬26.0m。箱梁頂板厚度為28cm；底板厚度由跨中32cm 漸變到根部80cm；腹板在支點附近厚度為60cm，跨中段厚度為50cm[3]。

圖2 橋梁總體布置及主梁斷面構造圖（cm）

主墩采用矩形實心墩，墩梁固結形式，如圖3 所示，為了滿足轉體球鉸安裝的需要，承臺需設置為上、下層，上承臺厚2.5m，下承臺厚4.5m（含上、下承臺間隙0.8m，為操作空間）。上、下承臺均采用C40 混凝土，下球鉸的局部承壓范圍內采用C50 混凝土。主墩承臺基礎采用16 根直徑1.5m樁基[3]。

圖3 主墩一般構造（單位：cm）

根據與鐵路相關部門的溝通以及調研跨越鐵路橋梁的相關工程案例，確定本橋采用轉體施工工藝，具體施工順序如下：首先在滿堂支架上沿京廣鐵路與省道253 中間地帶（在鐵路限界外）搭設支架澆筑主梁，主梁施工完成后，利用設置在墩底的球鉸，采用無平衡重轉體，實現平面轉動，將橋梁結構轉動到位。通過計算分析:轉體重量為1.4 萬噸，轉體時長約80 分鐘。

2 轉體系統設計

2.1 轉體系統概述

轉體系統主要由上、下轉盤、球鉸和牽引體系等組成。下轉盤包括主墩下承臺、環道、牽引反力座和千斤頂底座等，環道僅起穩定的作用。上轉盤包括主墩上承臺、撐腳和牽引體系，是轉體系統較為重要的部位之一，其受力也較為復雜。球鉸包括上、下球鉸，其作用是將轉動體系的重量傳遞給下轉盤及承臺樁基礎，亦是轉動系統的核心。牽引體系主要由牽引鋼絞線、千斤頂、多臺輔助千斤頂組成（輔助啟動作用），為結構轉體提供牽引動力。

2.1.1 下轉盤

下轉盤為轉體結構的傳力基礎，轉體到位后，與上轉盤通過鋼筋連接，然后澆筑形成永久承臺。下轉盤構造圖如圖4 所示，下轉盤除球鉸下局部采用C50 混凝土，其余均為C40 混凝土，下轉盤橫橋向尺寸為14.6m，順橋向尺寸為14.6m，厚度為3.7m。球鉸位于下轉盤的正上方，下轉盤承受轉體重量并將其傳遞到基礎，其上設不銹鋼板的環形滑道、2 個牽引反力座和16 個千斤頂底座。

2.1.2 球鉸

球鉸是平轉法施工轉動系統的核心，最常用的有混凝土球鉸和鋼球鉸兩種，考慮到本橋轉體重量較大，采用鋼球鉸形式[2]。球鉸分為上、下球鉸，分別與上、下轉盤相連，下球鉸面板上鑲嵌填充聚四氟乙烯滑板，并涂抹四氟黃油粉潤滑，與上球面板組成摩擦副，上下球鉸通過定位銷軸連接，同時球鉸的摩擦副設置防塵裝置。

2.1.3 上轉盤

上轉盤長和寬均為11.5m，高2.5m，考慮到其橫向受力的復雜性，防止轉體過程中出現開裂，設置了兩種規格的預應力束。同時在上轉盤中提前預埋固定牽引索，待轉體就位后，連接上下轉盤的預埋鋼筋，澆筑上下轉盤間隙的混凝土。上轉盤沿環道均勻布置了8 組撐腳，主要起到預防偏載、穩定的作用。

圖4 下轉盤構造圖（單位：cm）

2.1.4 牽引系統

牽引體系主要由牽引鋼絞線、牽引千斤頂、多臺輔助千斤頂組成，為結構轉體提供牽引動力。

2.2 牽引力計算

牽引力必須克服球鉸的上下球面相對滑動的摩擦力矩。其計算方法如下：球鉸的球面半徑較大，而矢高很小，可近似承重面為均勻圓面，球鉸大圓面半徑為R2，中心定位軸孔半徑為R1。計算簡圖如圖5 所示。

圖5 牽轉力矩計算簡圖

3 結束語

本工程項目于2017 年底開工，已于2019 年4 月2 日凌晨轉體成功。該轉體橋是廣東省同類型橋梁中一次性轉體重量最重、轉體角度最大的公路橋梁。橋梁在轉體施工過程中，球鉸、轉盤等關鍵部位工作一切正常，啟動力50T，轉動力35T。

轉體施工因其施工快速、對交通影響最小等顯著特點，在跨越山（河）谷、跨線跨鐵路橋應用十分廣泛，隨著轉體橋型多樣化、轉體重量大、轉體要求高等情況下，轉體結構應根據結構自身特點合理選擇轉體方案和轉體系統，對轉體過程的結構受力和穩定性進行全過程計算，加強關鍵部位的構造設計和工藝設計，確保轉體施工萬無一失。