摘要 轉體橋施工在跨越深水、峽谷和既有線路等施工困難地形時，具有明顯的優(yōu)勢。文章以東陽高速公路上跨京九鐵路（2×75）m 預應力混凝土連續(xù)梁橋為工程依托，從總體方案出發(fā)，闡述了跨鐵路轉體橋的上、下部結構的設計要點，對上轉盤、轉體支座、下轉盤及轉體牽引系統(tǒng)等具體方案進行了重點說明，并給出轉體橋的主要技術參數(shù)，為此類轉體橋設計施工提供了一定的借鑒。

關鍵詞 轉體橋；計算分析；轉體施工

中圖分類號 U448. 21 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）04-0114-03

0 引言

轉體橋施工在復雜的地形條件下，如跨越深水、峽谷及既有線時，有其特有優(yōu)勢。按轉向的不同，將其劃分為豎轉法、平轉法和平轉豎轉結合法，其中，平轉法使用最為廣泛。該文以一座新建橋梁工程為依托，詳細闡述了上、下部結構和轉體系統(tǒng)的設計要點，并給出轉體橋的主要技術參數(shù)。以期為同類橋梁工程設計施工提供借鑒。

1 工程概述

東陽高速公路是山東省“十四五”綜合交通運輸發(fā)展規(guī)劃的重點項目，起自東阿縣銅城街道的東阿南樞紐，與高東高速和青蘭高速連接。主線全長58.495 km，設計速度120 km/h，雙向四車道，路基及小橋涵寬度27 m，大中橋寬26.5 m。路線于山東省陽谷縣趙堂村北上跨京九鐵路，設分離式立交。交叉里程樁號東陽K45+475=京九下行K461+474，交叉角90.9 °。

京九鐵路為國鐵Ⅰ級、雙線電氣化鐵路，設計速度160 km/h。交叉處京九鐵路為直線段，線間距4.1 m，路基總寬度13 m，路基高度3 m。兩側設有接觸網(wǎng)立柱，通信光電纜等設備。實測上跨鐵路處（轉體影響范圍）軌道頂面最大標高為40.6 m，橋下214#接觸網(wǎng)支柱頂標高為48.66 m，轉體影響范圍內213#接觸網(wǎng)支柱頂標高為48.88 m。

2 總體方案

跨京九鐵路分離式立交平面位于直線上，橋面為雙向2%橫坡，縱斷面位于半徑17 550.701 m的豎曲線上，橋墩橋臺徑向設置。涉鐵部分主橋起點樁號K45+353.0，終點樁號K45+503.0，主橋全長150 m，橋寬30.75 m，正交布設。上構為預應力混凝土連續(xù)箱梁，下構主墩為板式墩，基礎均為承臺、鉆孔樁基礎。

橋梁上跨京九鐵路，鐵路為雙線電氣化鐵路，主橋布置應保證全過程中梁體與接觸網(wǎng)帶電體之間的距離≥0.5 m，且不超出既有線路的容許界限。在此基礎上留出充足的安全間距^[1]，轉體過程及成橋狀態(tài)橋下凈高最小值為9.98 m，滿足不小于8.5 m的要求，充分考慮了施工凈空要求，轉體角度為逆時90.9 °。主橋采用2×75 m連續(xù)梁，轉體施工，轉體主墩位于既有京九鐵路東側，轉體部分跨徑組合為2×71.34 m，即兩側均預留3.66 m后澆段，轉體就位后澆筑。轉體采用一次轉體就位，設計轉體重量20 000 t。（見圖1～2）

主橋轉體就位前采用墩梁臨時固結體系，轉體就位主梁合龍后拆除臨時固結，設置摩擦擺支座；15#主墩墩底設置轉體系統(tǒng)，用于轉體施工；14#、16#邊墩墩頂設置摩擦擺支。

3 上部結構設計

3.1 橋面寬度

主橋標準橫斷面設計：2×[0.525 m（SS級護欄）+1.535 m（緩沖帶）+0.565 m（HA級護欄）+11.75 m（行車道）+0.525 m（SS級護欄）+0.475 m（1/2分隔帶）]=30.75 m。

3.2 梁體構造

主橋上部結構為（75+75）m預應力混凝土變高箱梁，路線中心線處梁高8 m（主墩位置）～3 m（標準段），在主墩順橋向兩側67.5 m范圍（橋墩結構邊緣起算）采用1.8次拋物線漸變。主梁采用單箱四室斜腹板截面，整幅斷面，梁頂設2%的雙向坡，頂?shù)灼叫?，邊腹板傾斜，斜率2.5∶1。箱梁頂板寬30.75 m，底板寬16.91 m（主墩位置）～20.91 m（標準段），兩側懸臂板長 4 m。箱梁頂板厚28 cm，底板厚由30 cm變厚至150 cm。邊腹板板厚由60 cm變厚至90 cm，在主墩根部變厚至120 cm。中腹板板厚由60 cm變厚至90 cm，在主墩根部變厚至130 cm。懸臂板端部厚20 cm，根部板厚70 cm。端橫梁厚度為2 m，中橫梁厚度為4 m。

3.3 梁體分段

主橋轉體前采用滿堂支架現(xiàn)澆施工，將整個箱梁劃分為4個梁段，其中0號梁段在支點處長10 m，隨后進行15 m的L1號梁段、20 m的L2號梁段、31.34 m的L3號梁段澆筑，在梁體轉動到位后澆筑3.42 m邊跨現(xiàn)澆段。

主梁采用縱向、橫向、豎向的三向預應力體系，按全預應力混凝土構件進行設計。縱向預應力：采用抗拉標準強度為1 860 MPa的高強低松弛鋼絞線，大噸位群錨體系，金屬波紋管?？v向預應力分為腹板束、頂板束和底板束，采用了φ^S15.2-19、φ^S15.2-17和φ^S15.2-12，一共3種規(guī)格。

橫向預應力：采用抗拉標準強度為1 860 MPa的高強低松弛鋼絞線，扁錨體系，金屬波紋管。箱梁橫向預應力采用φ^S15.2-3鋼束，間距模數(shù)為0.5 m，采用單端張拉，張拉端左右交替。豎向預應力：豎向預應力鋼束采用直徑為16 mm的無黏結預應力鋼棒，抗拉強度標準值f_pk=1 420 MPa，間距模數(shù)為0.5 m，鋼棒兩端采用φ16-3配套錨具，單端張拉。

3.4 結構分析

采用Midas Civil對主梁進行施工階段和成橋分析，并借助Midas Civil Designer進行設計驗算。共劃分為8個施工階段：施工橋墩及轉體段梁部、張拉轉體前鋼束、轉體、澆筑邊跨現(xiàn)澆段混凝土、張拉邊跨現(xiàn)澆段鋼束、體系轉換、施工二期恒載和收縮徐變。

結果顯示：在恒載、活載、溫度荷載和支座沉降等荷載組合下，各施工階段短暫狀況正應力滿足規(guī)范要求，抗彎和抗剪承載能力滿足規(guī)范要求，正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂和斜截面抗裂均滿足規(guī)范要求，正截面和主截面壓應力滿足規(guī)范要求，鋼束運營階段最大拉應力滿足規(guī)范要求。

4 下部構造設計

4.1 墩身及基礎

主墩采用等截面板式墩，平均墩高4.121 m，墩橫橋向為16.91 m，順橋向為4 m，四周倒R=40 cm圓角。上轉盤為圓形，轉體直徑18 m，厚3.6 m；下轉盤為正方形，邊長21.4 m，厚4.5 m，基礎采用25根直徑1.8 m的鉆孔灌注樁。

分聯(lián)墩采用柱式墩接蓋梁，橫向4根直徑2 m的墩柱，每根墩柱下接2.6×6.8 m（橫橋向×順橋向）矩形承臺，承臺厚2.5 m，每個承臺下設2根樁徑1.6 m鉆孔灌注樁。

4.2 轉體系統(tǒng)

轉體采用一次轉體就位，設計轉體重量20 000 t。轉體系統(tǒng)結構由下轉盤、轉體支座、上轉盤、轉動牽引系統(tǒng)組成^[2]。拆除主梁施工支架后，上構重量全由上轉盤施加給球鉸，再由球鉸傳遞給下轉盤^[3]。

4.2.1 轉體下轉盤

下轉盤為支承整個轉體結構重量的主墩基礎，轉體結束后，與轉體上轉盤一起構成基礎。設有轉體系統(tǒng)的轉體支座、保險撐腳環(huán)形滑道和轉體拽拉千斤頂反力座等^[4]，平面見圖3。

4.2.2 轉體支座

轉體支座是轉體系統(tǒng)的核心，也是轉體工程中最重要的結構。由上轉盤球鉸、下轉盤球鉸骨架、定位鋼軸、四氟乙烯滑動片組成。球鉸直徑為4.7 m，定位鋼軸直徑為39 cm。其對制造和裝配的準確性都有較高的要求，因此需精心加工和安裝。為了達到轉體支座的實用性能需要，轉體支座的上支承板表面經過電鍍或磨光處理?；酪诉x擇整體底板和下部底板嵌套，在特別要求下可進行拼接。上、下支承板上預先安裝相匹配的銷軸。

4.2.3 轉體上轉盤撐腳與滑道

上盤撐腳是在平轉過程中穩(wěn)定地支承轉動結構的保險腿。為了保證轉動過程中安全撐腳的受力，轉體平臺上對稱撐腳的中心線應與上轉盤的縱向中心線相一致，這樣撐腳就可以在縱向中心線左右兩端均勻地排列^[5]。在支撐腿下面（也就是下轉盤的頂面）設置一條滑道，上轉盤撐腳與滑道之間的楔形塊用于轉動前的臨時鎖定，以保證上下盤不會出現(xiàn)相互滑移。轉動時，保險撐腳可以在滑道上滑行，從而保證了整個轉體過程的順利進行。撐腳底與滑道頂面之間的距離宜在10～20 mm范圍內。整體滑道必須處于同一高度，且高度相差不超過2 mm。

4.2.4 轉體上轉盤

轉體結構的一個關鍵組件是上轉盤，當其轉動時，會構成一個三維多向受力狀態(tài)^[6]，上轉盤高3.6 m，設有縱向、橫向預應力鋼束。轉臺直徑18 m，高度2.7 m。旋轉平臺中預先設有牽引索，其端部為Р錨，同一對拉索的錨定點位于相同的徑線上，且與中心點對稱。轉盤處預埋鋼索的長度應超過4 m，鋼索的出線點與轉盤中心對稱。將牽引索的外露部分環(huán)繞于轉盤，并與預先埋設的鋼筋相互獨立放置，并采取相應的防護措施，以避免在施工時造成鋼絞線的損壞或銹蝕。

4.2.5 轉體結構的牽引力計算及設備配置

啟動時靜摩擦力：

F=W·u=200 000·0.1 =20 000 kN

轉動過程中動摩擦力：

F=W·p=200 000·0.06=12 000 kN

轉體拽拉力：

T=2/3·（R·W·u）/D

其中R=235 cm，W=200 000 kN，D=1 800 cm。

啟動時所需最大拖曳力T =1 741 kN；轉動過程中所需拖曳力T =1 044 kN。

因此該橋選擇了2套液壓同步自動連續(xù)牽引裝置，在1 800 cm直徑的圓盤上牽引兩根鋼束并將其固定，構成一個水平的旋轉力矩，帶動整個轉體系統(tǒng)的旋轉^[7]。單束由22條φ^S15.2鋼絞線組成。

5 結束語

相較于傳統(tǒng)施工方法，轉體施工法可最大限度降低對既有鐵路和城市交通的影響，采用球鉸對橋梁進行旋轉，使其上跨現(xiàn)有線路，達到預定的橋位。在上跨鐵路轉體橋的設計中，要根據(jù)現(xiàn)場情況選用合適的橋梁形式，在保證力學性能的基礎上，還應考慮轉體結構范圍內的建筑物、施工設施、設備等的空間位置，做好全過程實時監(jiān)控，確保橋梁轉體平穩(wěn)精確。

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收稿日期：2024-01-08

作者簡介：陳子格（1995—），男，碩士，助理工程師，從事公路橋梁設計工作。