徐紹兵

（廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)為工程施工人員提供了很多便捷，使得施工過(guò)程中能夠突破較長(zhǎng)跨度及其他一些不可抵御情況的限制，在當(dāng)前國(guó)內(nèi)各大型橋梁工程中應(yīng)用廣泛。與常規(guī)的橋梁施工方法相比，橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的應(yīng)用使施工過(guò)程更加科學(xué)、合理和安全，同時(shí)使橋體結(jié)構(gòu)的承載能力得以提高。由于施工技術(shù)的不成熟及施工設(shè)備的欠缺，傳統(tǒng)橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)主要局限于山區(qū)的小河、小澗等地質(zhì)環(huán)境，這類施工環(huán)境的跨度較小，施工難度不大。而現(xiàn)代的橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)能夠應(yīng)用在較大距離的山谷和較長(zhǎng)跨度的河流大橋的建設(shè)中。我國(guó)橋梁工程領(lǐng)域相關(guān)施工機(jī)械、材料和技術(shù)日趨成熟，對(duì)轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)也更加嚴(yán)格。毋庸置疑，轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的發(fā)展拓寬了橋梁工程領(lǐng)域建設(shè)的范圍，很好地彌補(bǔ)了自然條件及施工環(huán)境的不足［1］。

1 橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的概念及特點(diǎn)

1.1 轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的概念

橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)是指在非設(shè)計(jì)位置完成橋梁結(jié)構(gòu)制造（澆筑或拼接）后，以轉(zhuǎn)體的方法就位到指定設(shè)計(jì)位置的一種施工技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)⒄系K物上方位置的施工作業(yè)轉(zhuǎn)移到岸上或地面，使橋梁施工作業(yè)變得容易和規(guī)范，保證了橋梁工程的質(zhì)量和安全。依據(jù)橋體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)可分為豎向轉(zhuǎn)體、水平轉(zhuǎn)體及豎向與水平相結(jié)合的轉(zhuǎn)體方式，其中水平轉(zhuǎn)體法在橋梁工程中的應(yīng)用比較廣泛。

1.2 轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)施工技術(shù)相比，橋梁轉(zhuǎn)體施工過(guò)程中需要的機(jī)械設(shè)備較少，施工工藝簡(jiǎn)單，很好地解決了在高山峽谷、水流湍急或是通航頻繁河道上建設(shè)大跨度橋體結(jié)構(gòu)的難題。對(duì)城市中運(yùn)輸繁忙的立交橋及其他跨線橋等各類工程，轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也很明顯。在近地面或平地上施工，該技術(shù)能夠有效避免高處、受限等不利于施工的環(huán)境和自然條件，在一定程度上能夠保證人員的安全。施工過(guò)程中橋體結(jié)構(gòu)較為合理且受力情況明確，結(jié)構(gòu)力學(xué)性能更好［2］。此外，轉(zhuǎn)體施工一般速度較快、工程造價(jià)較低，同等條件下，拱橋建設(shè)所使用的轉(zhuǎn)體施工法，在社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益方面都要優(yōu)于傳統(tǒng)的施工方法，如懸吊拼裝法和桁架伸臂法等，工程總體造價(jià)可節(jié)約10%～15%。

2 橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的發(fā)展歷程

從目前的情況來(lái)看，橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)中的水平轉(zhuǎn)體法使用比較普遍，在各類長(zhǎng)跨度及超長(zhǎng)跨度的橋梁工程建設(shè)中都有具體使用，如斜拉橋、拱橋和鋼桁梁橋等，此外在“T”形架構(gòu)橋中也有深入使用。水平轉(zhuǎn)體法施工技術(shù)首次使用是在1976年的維也納多瑙河橋施工中，此后其他國(guó)家相繼使用該項(xiàng)技術(shù)，如德國(guó)、美國(guó)、日本等。

20世紀(jì)70年代，我國(guó)橋梁領(lǐng)域的工作者已開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的研究。20世紀(jì)80年代初期，我國(guó)四川遂寧首次使用水平轉(zhuǎn)體法建成了鋼筋混凝土箱拱肋，跨徑約77 m，此后水平轉(zhuǎn)體法在我國(guó)山區(qū)橋梁工程的施工中得到了大量使用，但這一階段我國(guó)使用水平轉(zhuǎn)體法所建成的橋梁都為平衡重轉(zhuǎn)體工程且跨徑均為100 m以下。四川省公路設(shè)計(jì)院于1979年開(kāi)始進(jìn)行無(wú)平衡重轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的相關(guān)研究，并建成了四川巫山龍門(mén)橋，其跨徑長(zhǎng)度為120 m，成功突破了我國(guó)橋梁工程轉(zhuǎn)體重量大、跨徑小的技術(shù)瓶頸。于1998年竣工的四川涪陵烏江大橋工程，是我國(guó)首次使用無(wú)平衡重轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的橋梁典范，該橋梁跨徑達(dá)200 m。隨著我國(guó)橋梁工程施工技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的牽引能力也在逐漸提高，摩擦系數(shù)在逐年下降，無(wú)平衡重轉(zhuǎn)體施工技術(shù)在我國(guó)剛構(gòu)橋和斜拉橋中得到了成功的運(yùn)用，施工區(qū)域也從山區(qū)逐漸發(fā)展到平原。比利時(shí)建成的本艾因橋是20世紀(jì)世界范圍內(nèi)轉(zhuǎn)體重量最大的工程，而我國(guó)山東菏澤的丹陽(yáng)路跨鐵路立交橋是迄今為止世界上轉(zhuǎn)體重量（24 800 t）最大的橋梁工程，其轉(zhuǎn)體總長(zhǎng)度達(dá)238 m，同時(shí)也是使用單球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)最長(zhǎng)的橋梁工程，其球鉸直徑長(zhǎng)達(dá)4.5 m，是我國(guó)橋梁工程領(lǐng)域整體鑄造的最大尺寸［3］。

近年來(lái)，我國(guó)鋼筋混凝土拱橋施工技術(shù)在逐漸完善和成熟，而轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的充分運(yùn)用也為我國(guó)橋梁工程輕型化發(fā)展模式奠定了基礎(chǔ)。相比水平轉(zhuǎn)體法，豎向轉(zhuǎn)體法是應(yīng)用最早的施工技術(shù)，如意大利多姆斯河橋的跨徑長(zhǎng)度為75 m，德國(guó)的阿根托貝爾橋跨徑長(zhǎng)度為140 m，這兩座橋梁均使用了豎向轉(zhuǎn)體法施工技術(shù)，主要是采用搭架的方式在豎向位置進(jìn)行混凝土拱肋的澆筑，完成后將拱肋從兩側(cè)逐漸放倒，最后將其搭接成拱。在豎向轉(zhuǎn)體施工技術(shù)方面我國(guó)的研究起步較晚，直到20世紀(jì)80年代末才取得初步研究成果，于1996年竣工的三峽蓮沱鋼管混凝土拱橋和1999年竣工的廣西鴛江鋼管混凝土拱橋均使用了豎向轉(zhuǎn)體施工技術(shù)，近年來(lái)豎向轉(zhuǎn)體和水平轉(zhuǎn)體相結(jié)合的施工技術(shù)也取得了一定的應(yīng)用效果。

3 橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)要點(diǎn)分析

橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的核心問(wèn)題是轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械和轉(zhuǎn)動(dòng)性能，這些因素是施工過(guò)程中橋體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的保證。

3.1 豎向轉(zhuǎn)體法

豎向轉(zhuǎn)體法通常使用在跨徑較小的橋梁施工中，因?yàn)槿绻麡蛄旱目鐝捷^大，將使得豎向脫架具有較高的高度且拱肋也相對(duì)較長(zhǎng)，使轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程變得困難和不易控制。豎向轉(zhuǎn)體法經(jīng)常用于肋拱橋，在較低位置完成拱肋的澆筑和拼裝，而后將拱肋提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高再進(jìn)行合攏。豎向轉(zhuǎn)體主要由牽引系統(tǒng)和索塔、拉索構(gòu)成，豎向的拉索索力在脫架時(shí)達(dá)到最大，因?yàn)檫@時(shí)拉索水平方向的角度最小，即豎向分力也最小，拱肋要分別經(jīng)歷從多跨支撐到鉸支撐再到扣點(diǎn)索支撐的過(guò)度，在脫架時(shí)要實(shí)現(xiàn)從結(jié)構(gòu)體形變與受力轉(zhuǎn)化，必要時(shí)可在提升索點(diǎn)處放置千斤頂來(lái)助升，可使豎向轉(zhuǎn)體脫架順利［4］。

在制訂豎向轉(zhuǎn)體施工方案時(shí)，應(yīng)合理布設(shè)豎轉(zhuǎn)體系，如果索塔較高、支架較高（拼裝位置），則水平方向的交角也大，使得脫架的提升力變小，但此時(shí)的索塔和拼裝支架的受力較大，尤其是在受壓穩(wěn)定的情況下受力更大，施工材料用量變多。豎向轉(zhuǎn)體施工中應(yīng)著重考慮索塔和拱肋的受力情況，同時(shí)應(yīng)特別關(guān)注風(fēng)力的作用。在實(shí)際的施工工藝和流程中，為保證豎向轉(zhuǎn)體的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性、安全性，應(yīng)注意豎轉(zhuǎn)鉸的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和安裝時(shí)的精度、索鞍和牽引動(dòng)力裝置的性能、索塔及錨固系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。國(guó)內(nèi)目前的拱橋工程以無(wú)鉸拱居多，豎轉(zhuǎn)鉸多為臨時(shí)施工構(gòu)件，因此豎轉(zhuǎn)鉸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與精度要求應(yīng)符合施工工藝標(biāo)準(zhǔn)，并最大限度地降低工程造價(jià)。當(dāng)橋梁跨徑較小時(shí)可使用插銷式，拉索牽引系統(tǒng)可使用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行牽引，當(dāng)跨徑較大時(shí)可使用滾軸式，此時(shí)需要的牽引力較大，用到的牽引索較多，應(yīng)使用液壓千斤頂輔助系統(tǒng)。

3.2 水平轉(zhuǎn)體法

水平轉(zhuǎn)體法的轉(zhuǎn)動(dòng)體系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)支撐系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動(dòng)牽引系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)。

3.2.1 轉(zhuǎn)動(dòng)支撐系統(tǒng)

轉(zhuǎn)動(dòng)支撐系統(tǒng)主要指水平轉(zhuǎn)體法施工中的機(jī)械設(shè)備所構(gòu)成的系統(tǒng)，包括上轉(zhuǎn)盤(pán)和下轉(zhuǎn)盤(pán)，上轉(zhuǎn)盤(pán)用來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，下轉(zhuǎn)盤(pán)與基礎(chǔ)連接，上轉(zhuǎn)盤(pán)與下轉(zhuǎn)盤(pán)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成轉(zhuǎn)體施工。應(yīng)注意的是，轉(zhuǎn)動(dòng)支撐系統(tǒng)應(yīng)兼顧轉(zhuǎn)體、承重及平衡等功能，依據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)支撐過(guò)程中的平衡條件，轉(zhuǎn)動(dòng)支撐可以分為磨心、撐腳、磨心和撐腳相結(jié)合3種支撐類型。磨心支撐的全部轉(zhuǎn)動(dòng)重量由中心撐壓面負(fù)擔(dān)，一般情況下磨心安裝有定位軸，為提高施工過(guò)程的安全性，可在支撐轉(zhuǎn)盤(pán)附近設(shè)置支重輪或支撐腳，在正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)支重輪或支撐腳與滑道面分離，當(dāng)發(fā)生傾覆時(shí)可起到支撐作用，在已完成轉(zhuǎn)體的橋梁中，通常要求此間隙范圍是2～20 mm，當(dāng)間隙越小時(shí)，對(duì)滑道面落差的要求越高。磨心支撐分為鋼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，我國(guó)常見(jiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)將位于上下轉(zhuǎn)盤(pán)間弧形面混凝土打磨光滑，并涂以黃油或二硫化銅進(jìn)行潤(rùn)滑，目的是為了減小摩擦系數(shù)（0.03～0.06）。撐腳情況下轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)為一環(huán)形道，為保證水平轉(zhuǎn)體過(guò)程的穩(wěn)定性，上轉(zhuǎn)盤(pán)撐腳應(yīng)為4個(gè)及以上，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的支撐范圍較大，抗傾覆性能較好，但是阻力力矩也相應(yīng)變大，并且環(huán)道和撐腳施工精度較高。撐腳方式包括滾輪和柱腳，當(dāng)滾輪平轉(zhuǎn)情況下為滾動(dòng)摩擦，摩阻力較小但加工較困難，加工的精度如果不夠?qū)?dǎo)致滾輪變形而無(wú)法滾動(dòng)；使用柱腳進(jìn)行平轉(zhuǎn)情況時(shí)為滑動(dòng)摩擦，可使用不銹鋼板及四氟板并涂以黃油進(jìn)行潤(rùn)滑，加工的精度相比滾輪更容易得到保障。隨著我國(guó)橋梁工程轉(zhuǎn)體施工的精細(xì)化程度越來(lái)越高，在橋梁轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)懸臂很大時(shí)或?qū)箖A覆性要求較高時(shí)，通常使用轉(zhuǎn)動(dòng)支撐系統(tǒng)［5］。

3.2.2 轉(zhuǎn)動(dòng)牽引系統(tǒng)

在磨心和撐腳相結(jié)合支撐時(shí)，磨心和撐腳垂直方向安裝有保護(hù)撐腳，假設(shè)撐腳大于1個(gè)，則支撐點(diǎn)數(shù)量應(yīng)大于2個(gè)，上轉(zhuǎn)盤(pán)與超靜定結(jié)構(gòu)相類似，因此在實(shí)際施工過(guò)程中，使各支撐點(diǎn)受力均滿足設(shè)計(jì)要求比較困難，考慮到這一點(diǎn)，應(yīng)適當(dāng)減小磨心的受壓比例，盡可能使其變?yōu)閾文_體系。在水平轉(zhuǎn)體施工過(guò)程中，能否轉(zhuǎn)動(dòng)是最重要的問(wèn)題，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)可知，啟動(dòng)摩擦系數(shù)應(yīng)設(shè)定在0.06～0.08，但有些情況下為獲得足夠的啟動(dòng)力，可將啟動(dòng)摩擦系數(shù)按0.1進(jìn)行配置，可見(jiàn)減小摩阻力和提高轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩是水平轉(zhuǎn)體施工的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)力一般位于上轉(zhuǎn)盤(pán)外側(cè)，為獲得更大的力臂，轉(zhuǎn)動(dòng)力既可以是推力，又可以是拉力。推力可由液壓千斤頂施作，但千斤頂?shù)男谐梯^短，在轉(zhuǎn)體過(guò)程中，千斤頂?shù)妮d重量又很大，為確保水平轉(zhuǎn)體過(guò)程的連續(xù)性，單獨(dú)使用千斤頂進(jìn)行頂推轉(zhuǎn)體的情況比較少見(jiàn)。轉(zhuǎn)動(dòng)力多為拉力，小轉(zhuǎn)動(dòng)重量時(shí)使用卷?yè)P(yáng)機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)重量較大時(shí)則使用液壓千斤頂牽引，必要時(shí)也可使用助推千斤頂輔助施工，在減弱啟動(dòng)時(shí)靜摩阻力和動(dòng)摩阻力間增量的效果較好。

3.2.3 平衡系統(tǒng)

平衡問(wèn)題是水平轉(zhuǎn)體施工中比較重要的問(wèn)題，對(duì)斜拉橋和“T”形架構(gòu)橋來(lái)說(shuō)，應(yīng)以橋墩的軸心作為轉(zhuǎn)體的中心，對(duì)帶懸臂的拱橋也應(yīng)如此處理，因?yàn)檫@些類型的橋梁以橋墩軸線方向呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)。為降低重心，一般將轉(zhuǎn)盤(pán)下放到墩底。對(duì)單跨型拱橋和斜腿鋼構(gòu)橋而言，水平轉(zhuǎn)體施工常見(jiàn)有平衡重和無(wú)平衡重兩種形式，有平衡重情況下橋體上部的結(jié)構(gòu)將和橋臺(tái)一并作為橋梁轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)的懸臂較長(zhǎng)、重量較輕，而橋臺(tái)則相反，因此在進(jìn)行轉(zhuǎn)軸中心的設(shè)定時(shí)，為獲得最佳的平衡狀態(tài)，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離上部結(jié)構(gòu)的方向，如果平衡效果較差，則可在后臺(tái)施作新的平衡重。無(wú)平衡重轉(zhuǎn)體過(guò)程中，僅轉(zhuǎn)動(dòng)上部的結(jié)構(gòu)即可，使用背索達(dá)到平衡，使轉(zhuǎn)體時(shí)的被轉(zhuǎn)動(dòng)部分為索和轉(zhuǎn)鉸兩支撐點(diǎn)的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。

4 球鉸法轉(zhuǎn)體施工技術(shù)的工程應(yīng)用

4.1 工程概況

廣西柳州市某立交特大橋在HK25+465.83～HK25+578.24上跨既有鐵路，其上部的結(jié)構(gòu)使用（40+64+40）m單線連續(xù)梁，為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，該橋與既有鐵路線的夾角為30°，為使該段鐵路安全運(yùn)營(yíng)，最大限度地減少施工對(duì)既有線路的運(yùn)營(yíng)干擾，連續(xù)梁計(jì)劃使用轉(zhuǎn)體施工，在進(jìn)行轉(zhuǎn)體前，連續(xù)梁主墩處掛籃澆筑施工，當(dāng)進(jìn)行到最大懸臂施工時(shí)，綜合考慮當(dāng)前鐵路運(yùn)營(yíng)情況、天氣環(huán)境因素等，選擇合適的時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)連續(xù)梁30°，轉(zhuǎn)體施工完成后再進(jìn)行合攏施工。

4.2 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)分析

鋼球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體系由三大部分組成，分別是承重、頂推牽引和平衡系統(tǒng)，承重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括上轉(zhuǎn)盤(pán)、下轉(zhuǎn)盤(pán)和轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸，下轉(zhuǎn)盤(pán)和樁的基礎(chǔ)連接，上轉(zhuǎn)盤(pán)用以支撐轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，上、下轉(zhuǎn)盤(pán)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)最終完成轉(zhuǎn)體的目的。頂推牽引系統(tǒng)主要由牽引設(shè)備、2臺(tái)ZLD100型連續(xù)千斤頂（100 t）、2臺(tái)YCW100普通型助推千斤頂（100 t）、牽引反力支座及頂推反力支座組成。平衡系統(tǒng)由結(jié)構(gòu)體本身、上承臺(tái)鋼混圓形撐腳、大噸位的千斤頂和備用水箱構(gòu)成，備用水箱應(yīng)置于梁頂部，容積為5 m3，數(shù)量為4個(gè)。

4.3 施工方法

本工程案例中在承臺(tái)和連續(xù)梁的橋墩之間設(shè)置轉(zhuǎn)體球鉸，鋼球鉸設(shè)置在承臺(tái)正中心處，球鉸的下轉(zhuǎn)盤(pán)在承臺(tái)頂部進(jìn)行錨固，而上轉(zhuǎn)盤(pán)錨固在墩身底部，如此，球鉸上下轉(zhuǎn)盤(pán)便可圍繞中心位置的鋼軸進(jìn)行相對(duì)轉(zhuǎn)體運(yùn)動(dòng)，涂以四氟滑片或硅脂等潤(rùn)滑劑來(lái)減少轉(zhuǎn)體過(guò)程中的動(dòng)摩阻力。轉(zhuǎn)體施作時(shí)以球鉸為中心對(duì)稱架設(shè)2臺(tái)連續(xù)千斤頂，通過(guò)千斤頂產(chǎn)生的力偶來(lái)抵消球鉸摩阻力所產(chǎn)生的力偶，使墩身箱梁整體能夠相對(duì)承臺(tái)和樁基進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，直至轉(zhuǎn)動(dòng)到設(shè)計(jì)位置為止。

箱梁澆筑前，應(yīng)按指定位置預(yù)埋φ32 mm精軋螺紋鋼用以臨時(shí)固定上、下轉(zhuǎn)盤(pán)，此外應(yīng)使用木楔鋼板來(lái)加固撐腳并施作焊接，最終使撐腳和承臺(tái)臨時(shí)性固結(jié)，達(dá)到梁體施工過(guò)程中橫向的抗傾覆性提高的目的，避免在箱梁澆筑過(guò)程中出現(xiàn)承臺(tái)和墩身的相對(duì)移位。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文重點(diǎn)討論了橋梁工程轉(zhuǎn)體施工的技術(shù)要點(diǎn)，分別列舉了水平轉(zhuǎn)體施工法和豎向轉(zhuǎn)體施工法，結(jié)合具體案例，分析了球鉸法轉(zhuǎn)體施工技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用情況。隨著我國(guó)橋梁工程領(lǐng)域的施工技術(shù)在不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的大跨徑橋梁項(xiàng)目順利通過(guò)竣工驗(yàn)收并投入使用，這其中轉(zhuǎn)體施工技術(shù)發(fā)揮了巨大作用，不僅有效避開(kāi)了正在運(yùn)營(yíng)的既有線路和其他不利施工的環(huán)境，近地面施工對(duì)保障工程的質(zhì)量和作業(yè)人員的安全也具有重要意義。