興郭路跨蘇嘉杭高速轉體橋梁的設計與施工分析

寧衛(wèi)強，許俊德

（蘇州市交通設計院研究院有限責任公司，江蘇 蘇州 215007）

0 引言

跨越有高速公路橋梁時常用的施工方案有頂推鋼箱梁、水平轉體、懸澆施工、預制拼裝等。水平轉體施工法可以通過在高速公路兩側支架現(xiàn)澆橋梁結構，利用轉盤、滑道、牽引設備將橋梁結構轉體就位，對交通繁忙的高速公路來說，施工期間對高速公路的運營影響小，通常為第一選擇。

蘇嘉杭高速公路是江蘇省“四縱四橫四聯(lián)”高速公路網(wǎng)的重要組成部分，也是蘇州市南北向唯一的快速通道，不但溝通著蘇北與蘇南的經濟聯(lián)系，也促進了江蘇省與浙江省的往來，交通運輸壓力一直很大。興郭路跨蘇嘉杭高速公路的橋梁方案經過前期比選，為最大限度的減少對蘇嘉杭高速公路的交通影響，最終確定為水平轉體施工法。以下結合該橋的設計、施工情況，介紹連續(xù)梁水平轉體技術。

1 設計要點

1.1 上部結構

興郭路跨蘇嘉杭高速公路大橋主橋采用55+85+55m預應力混凝土連續(xù)箱梁結構。上部構造為變截面單箱雙室，垂直腹板，單箱頂寬20.0m，單箱底寬12.0m，外側翼緣板長4.0m，支點處梁高5.2m，跨中梁高2.2m，梁底緣按二次拋物線變化。腹板厚50～80cm，底板厚度25～70cm。為減少施工期間對高速公路交通的影響，采用水平轉體施工。

1.2 主墩設計

主墩采用薄璧墩身，墩身厚3m，寬12m，墩高約為8m，上承臺縱向寬7m，橫向寬14.2m，上承臺厚2m，下承臺縱向寬11.2m，橫向寬14.2m，下承臺厚2.5m，群樁基礎。上下承臺之間留20cm空隙，待轉體完成后用C50微膨脹混凝土填充。主墩構造如圖1所示。

圖1 主墩一般構造圖

1.3 轉動體系構造

本橋采用以中心支承為主，結合滑道支承的轉動體系。磨心設計在下承臺上，高出承臺26.6cm，磨心直徑為3m，為半徑10m的曲面，球面矢高11.3cm，磨心中心設計為直徑20cm，高度70cm鋼柱，鋼柱表面鍍鉻與磨蓋中的鋼套筒相結合形成轉體的中心轉動軸?；馈h(huán)道平面布置如圖2所示。

圖2 滑道、環(huán)道平面布置圖

磨蓋為上承臺與磨心的接觸部分，為了方便磨合減小起吊重量，上承臺分兩次澆筑，先澆筑磨蓋部分，磨蓋尺寸為3.5×3.5×1.0m，其重量為32t。磨心、磨蓋構造如圖3所示。

由于箱梁T構的前后左右重量相對磨心很難保證平衡，箱梁轉體穩(wěn)定由滑道來控制，滑道下層為寬度50cm，半徑為5.3m，下部設置厚度1cm的A3鋼板和5mm厚的F4鋼板，上部為厚度1cm的A3鋼板和厚度5mm的不銹鋼板和組成，在澆筑上承臺時預埋道上承臺支腿下側。滑道構造如圖4所示。

環(huán)道是橋梁轉體過程中千斤頂?shù)姆戳χё到y(tǒng)，環(huán)道與下承臺一次澆筑成型。環(huán)道半徑為7m，上面預留30×30cm槽口，槽口深50cm。

圖3 磨心、磨蓋構造圖

圖4 滑道構造大樣圖

1.4 磨心平均應力的計算

假設全部轉體重量由磨心支承，則磨心平均壓應力，經簡化計算：

式中：G——轉體總重量，kN，為箱梁、墩身、上承臺重量=65138kN；

S——磨心水平投影面積，m2；

γ——磨心與磨蓋接觸系數(shù)，一般取0.7；

R1——磨心水平投影半徑，m；

R2——磨心中心鋼軸半徑，m。

1.5 頂推力的計算

在轉體時，要求2臺千斤頂對稱布置在下承臺的反力座上同時等速施加頂推力。根據(jù)全部轉體重量由磨心支承的假定，以磨心的鋼軸為中心，建立力學平衡方程：

式中：M頂推——頂推力產生的頂推力矩，kN/m；

M摩擦——磨心和磨蓋之間摩擦產生的摩擦力矩，kN/m。

式中：F——2臺千斤頂?shù)捻斖屏狭Γ?臺千斤頂出力相同，則每臺千斤頂?shù)捻斖屏Γ?.5F/kN；

L——千斤頂作用點距離磨心的鋼軸中心的水平距離，m。

式中：μ——磨心與磨蓋之間的摩阻系數(shù)，靜摩阻系數(shù)取0.15，動摩阻系數(shù)取0.08。

1.6 合攏段長度計算

如果兩個T構同步轉體，不考慮預埋鋼筋的問題，經分析可知最不利的情況應該是兩個T構角點相互觸碰在一起，可得到下列公式：

式中：L——主跨跨徑；

B——橋梁全寬。

如果兩個T構不同步轉體時，不考慮預埋鋼筋的問題，經分析可知最不利的情況應該是一個T構轉體就位，另外一個T構的一個角點與已就位箱梁中心相互碰觸，可得到下列公式：

一般合攏段最小長度應該由上述計算數(shù)值加上預留鋼筋的長度之和求的。

2 施工要點

2.1 磨心施工

磨心模板根據(jù)磨心直徑制作定型鋼模，鋼模安裝固定在下承臺頂面，磨心的球面通過按照設計的球型直徑定做的母線器來形成。在安裝磨心鋼模過程中要嚴格控制模板頂面高程。

2.2 磨蓋施工

把磨心做為底模進行磨蓋的澆筑，磨心的外底模為砌磚然后中間填砂，頂層為砂漿抹面，隔水層為SBS防水油氈層。磨蓋施工完畢并達到設計強度的90%后用千斤頂將磨蓋與磨心分離，搭建貝雷梁桁架于下承臺上，然后吊起磨蓋之后，由工人清除磨心處垃圾雜物，清理完畢后放下磨蓋開始磨合。

2.3 磨心磨蓋的磨合

磨心和磨蓋的磨合方法參考以往經驗，采用水磨法。即在磨蓋周圍砌筑水池，使水面高于磨合面，這樣水可以浸入磨合面起到潤滑和降溫的作用，再磨合過程中要不斷從磨蓋頂注水，這樣磨合產生的磨渣可以通過水流帶出。采用水磨法大大節(jié)省磨合時間，并且磨合效果也明顯較好。磨心和磨蓋磨合完畢，驗收合格后在磨心涂上1cm厚的黃油，然后將磨蓋放下，繼續(xù)進行上承臺施工。

2.4 滑道施工

在以往轉體橋梁施工過程中滑道F4鋼板容易被擠壓變形，為了防止此類問題的再次發(fā)生，本工程采用A3鋼板和F4鋼板在廠家加工黏結，現(xiàn)場組合拼裝。

2.5 箱梁轉體

根據(jù)箱梁澆筑過程中對每個節(jié)段混凝土澆筑量的統(tǒng)計計算每個節(jié)段對箱梁轉體段中心產生的力矩，與計算的傾覆彎矩對比，如果力矩小于傾覆彎矩則可以轉體，如果力矩大于傾覆彎矩，需平衡配重才能進行轉體。

轉體過程中要觀測梁端部位高程變化，記錄勻速轉動時油泵壓力表的讀數(shù)，以判斷頂推是否正常。如果兩側梁端標高偏差較大，應停止轉體，在標高較高的一側加載平衡配重。

3 結論

興郭路跨蘇嘉杭高速公路大橋順利完成施工，結合設計與施工工程中出現(xiàn)的問題有以下體會。

3.1 轉體施工法和掛籃施工法相比較，由于掛籃施工階段較小而且主要是高空作業(yè)危險性較大，施工需設置防護柵；而轉體施工箱梁采用滿堂支架施工分段可以增長，可以節(jié)省大量錨具，加快施工進度，施工簡單容易控制。相對掛籃施工來說對橋梁所跨河道、公路、鐵路的影響也較小，設計橋面標高也較掛籃施工低。

3.2 通過監(jiān)測轉體頂推力數(shù)據(jù)，轉體結構初始起動力約為規(guī)范計算值的2倍左右。結構轉動后，實測頂推力約為按規(guī)范計算值的0.7～1倍，主要是因為理論簡化受力狀態(tài)與實際復雜情況不符，可進一步進行研究。

3.3 磨心、磨蓋要保證平穩(wěn)堅固，在磨合的過程中采用水磨法工藝磨合，不僅節(jié)省了工期，同時磨渣可隨水流出，磨合面平整。避免了由于干磨法施工造成轉體驅動力較大，轉體不穩(wěn)，甚至會出現(xiàn)箱梁轉體段無法轉動等不利情況。

3.4 轉體合攏段施工時最理想的狀態(tài)為在既有高速公路中分帶內支架現(xiàn)澆或掛模施工，對通行能力影響最小。橋梁寬度越大、跨線橋與高速公路的交角越大，合攏段施工時對高速公路的通行影響就會越大。

3.5 轉體施工技術應用將會越來越廣泛。興郭路跨蘇嘉杭高速公路大橋的設計、施工技術資料，對該類橋型今后的設計、施工及進一步發(fā)展提供了有益經驗。

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