杭黃鐵路上跨皖贛線轉(zhuǎn)體橋梁設(shè)計(jì)

金　城

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司　武漢　430062)

杭黃鐵路上跨皖贛線轉(zhuǎn)體橋梁設(shè)計(jì)

金城

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司武漢430062)

摘要以實(shí)際工程為背景，介紹了跨越皖贛鐵路轉(zhuǎn)體橋的設(shè)計(jì)條件，上、下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和球面轉(zhuǎn)動(dòng)體系的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以及結(jié)構(gòu)分析情況。該設(shè)計(jì)方案解決了交通運(yùn)輸繁忙的鐵路跨線橋建設(shè)中的難題，與同等規(guī)模的其他橋型相比優(yōu)勢(shì)明顯。

關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)體施工橋梁球面轉(zhuǎn)動(dòng)體系設(shè)計(jì)

杭黃鐵路跨既有皖贛線鐵路橋位于黃山市績(jī)溪縣揚(yáng)之水村境內(nèi)，是杭黃鐵路建設(shè)的重點(diǎn)工點(diǎn)之一。杭黃鐵路在DK240+062段與既有皖贛鐵路斜交，斜交角度為44°。

鑒于既有皖贛線為營(yíng)運(yùn)鐵路，為減小對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全的影響，設(shè)計(jì)人員在安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的前提下，對(duì)跨越既有皖贛線鐵路橋梁進(jìn)行了多個(gè)橋型方案的設(shè)計(jì)比較，最終采用主橋64 m+116 m+116 m+64 m連續(xù)梁方案，其中跨越既有皖贛線采用平面轉(zhuǎn)體施工。立面布置見(jiàn)圖1。

圖1　立面布置圖(單位：cm)

1主要設(shè)計(jì)條件

(1) 鐵路等級(jí)?？瓦\(yùn)專線250 km/h。

(2) 設(shè)計(jì)活載[1]。鐵路，雙線ZK活載。

2主橋上、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上部結(jié)構(gòu)為單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，梁高由支點(diǎn)處8.9 m漸變至端部5.2 m。箱梁橫斷面全寬12.2 m，其中懸臂2.75 m，底板寬8.6 m。主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)體前需達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度并張拉完畢，轉(zhuǎn)體到位后需先合龍邊跨，再合龍中跨。

主墩為圓端型實(shí)體橋墩，墩高8 m，順線路方向?yàn)?.5 m，橫橋向?yàn)?0.5 m，主墩與梁部采用球型鋼支座連接，轉(zhuǎn)動(dòng)墩設(shè)置臨時(shí)支墩把梁體與主墩固結(jié)，主墩與承臺(tái)之間設(shè)置球面轉(zhuǎn)動(dòng)支座，轉(zhuǎn)體重量為8 343 t。

為了保證主梁施工不影響皖贛鐵路的正常營(yíng)運(yùn)，且考慮橋梁受力的科學(xué)合理性及施工便利，該橋不在底部設(shè)置張拉槽口，所有預(yù)應(yīng)力筋的張拉均在箱體內(nèi)進(jìn)行，避免轉(zhuǎn)體結(jié)束后還需掛模對(duì)底板張拉槽進(jìn)行封錨澆筑而影響鐵路的正常運(yùn)營(yíng)。

3轉(zhuǎn)動(dòng)體系設(shè)計(jì)

目前轉(zhuǎn)動(dòng)體系主要有平面轉(zhuǎn)動(dòng)體系與球面轉(zhuǎn)動(dòng)體系2種，在我國(guó)施工技術(shù)均成熟。如滬昆客專跨武廣客專的南西聯(lián)絡(luò)線特大橋斜拉轉(zhuǎn)體(轉(zhuǎn)動(dòng)重量約14 500 t)，貴州水柏鐵路北盤(pán)江大橋轉(zhuǎn)體(轉(zhuǎn)動(dòng)重量約12 000 t)等采用了球面轉(zhuǎn)動(dòng)體系；廣東佛山的東平大橋轉(zhuǎn)體(轉(zhuǎn)動(dòng)重量約15 000 t)采用了平面轉(zhuǎn)動(dòng)體系。平面轉(zhuǎn)動(dòng)體系具有加工簡(jiǎn)單、工程費(fèi)用相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，但是球面轉(zhuǎn)動(dòng)體系具有滑動(dòng)性好、平衡稱重及糾偏能力較好、轉(zhuǎn)動(dòng)體系所要求的平面空間較小等優(yōu)點(diǎn)。

本橋經(jīng)過(guò)初步設(shè)計(jì)階段論證，最終采用球面轉(zhuǎn)動(dòng)體系。其由下轉(zhuǎn)盤(pán)、球鉸、上轉(zhuǎn)盤(pán)、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)、助推系統(tǒng)、軸線微調(diào)系統(tǒng)組成。轉(zhuǎn)動(dòng)體系總體布置見(jiàn)圖2。

圖2　轉(zhuǎn)動(dòng)體系布置圖(單位：cm)

(1) 轉(zhuǎn)體下轉(zhuǎn)盤(pán)。下轉(zhuǎn)盤(pán)是轉(zhuǎn)體重要支撐結(jié)構(gòu)，布置有轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的下球鉸、撐腳的環(huán)形滑道、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)的反力座、助推系統(tǒng)、軸線微調(diào)系統(tǒng)等。下轉(zhuǎn)盤(pán)置于下承臺(tái)直徑11.0 m、高1.0 m的圓槽內(nèi)，布置有局部承壓鋼筋網(wǎng)以及連接鋼筋。通過(guò)在下轉(zhuǎn)盤(pán)預(yù)埋型鋼骨架的方式，將轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的下球鉸、撐腳的環(huán)行滑道設(shè)置在C50混凝土結(jié)構(gòu)的下轉(zhuǎn)盤(pán)上。轉(zhuǎn)體完成后，通過(guò)封鉸混凝土將下轉(zhuǎn)盤(pán)與上轉(zhuǎn)盤(pán)共同組成承臺(tái)。

(2) 球鉸。本橋設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)重量8 343 t，球鉸豎向承載力按90 000 kN設(shè)計(jì)。本橋轉(zhuǎn)動(dòng)體系采用鋼球鉸，分上下2片，平面直徑3 000 mm，球面直徑6 000 mm。球鉸是轉(zhuǎn)動(dòng)體系的核心，需精確安裝并在精密對(duì)位后鎖定，球鉸安裝完后在上下球鉸吻合面外周用膠帶纏繞密封，防止雜物進(jìn)入球鉸摩擦部位[2]。

(3) 轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)盤(pán)撐腳與下轉(zhuǎn)盤(pán)滑道。上轉(zhuǎn)盤(pán)撐腳為轉(zhuǎn)體時(shí)保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)的保險(xiǎn)腿。從保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和方便施工出發(fā)，在上轉(zhuǎn)盤(pán)周圍對(duì)稱布置8個(gè)撐腳。在撐腳的下方(即下盤(pán)頂面)設(shè)有1.2 m寬的滑道，滑道中心半徑4.5 m，轉(zhuǎn)體時(shí)保險(xiǎn)撐腳可在滑道內(nèi)滑動(dòng)，以保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)。為保證轉(zhuǎn)體的順利實(shí)施，要求整個(gè)滑道面在一個(gè)水平面上，其相對(duì)高差不大于0.5 mm。每個(gè)撐腳為雙圓柱形，下設(shè)20 mm厚鋼走板。雙圓柱為2個(gè)直徑900 mm×8 mm的鋼管，撐腳鋼管內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土。撐腳在工廠整體制造后運(yùn)進(jìn)工地，在下轉(zhuǎn)盤(pán)混凝土灌注完成上球鉸安裝就位時(shí)即安裝撐腳，并在撐腳走板下支墊10 mm鋼板(作為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)與滑道的間隙)。上轉(zhuǎn)盤(pán)施工完成后抽掉墊板。轉(zhuǎn)動(dòng)前在接觸下滑道的支撐腿下面鋪裝3 mm四氟滑板，并在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中及時(shí)添加，以減小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力。

(4) 轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)盤(pán)。上轉(zhuǎn)盤(pán)在整個(gè)轉(zhuǎn)體過(guò)程中以受壓為主，根據(jù)上轉(zhuǎn)盤(pán)的結(jié)構(gòu)外形，布置有多層鋼筋網(wǎng)及抗剪鋼材、鋼筋，施工時(shí)應(yīng)綁扎好各鋼

筋、鋼材，同時(shí)注意預(yù)埋橋墩伸入上轉(zhuǎn)盤(pán)鋼筋。上轉(zhuǎn)盤(pán)是球鉸、撐腳與上轉(zhuǎn)盤(pán)相連接的部分，又是轉(zhuǎn)體牽引力直接施加的部分。施工時(shí)在布設(shè)牽引索時(shí)應(yīng)注意：①同一對(duì)索的錨固端在同一直徑線上并對(duì)稱于圓心，每根索的預(yù)埋高度和牽引方向應(yīng)一致；②每根索的出口點(diǎn)對(duì)稱于轉(zhuǎn)盤(pán)中心，牽引索外露部分圓順地纏繞在轉(zhuǎn)盤(pán)周圍，互不干擾地?cái)R置于預(yù)埋鋼筋上；③作好保護(hù)措施，防止施工過(guò)程中鋼絞線損壞或生銹。

待上盤(pán)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行整個(gè)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)支承體系轉(zhuǎn)換。抽去墊板使轉(zhuǎn)臺(tái)支承于球鉸上。施加轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使轉(zhuǎn)臺(tái)沿球鉸中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。檢查球鉸的運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，測(cè)定其摩擦系數(shù)，為轉(zhuǎn)體施工提供依據(jù)。

4結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)目前規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了如下計(jì)算：①牽引力計(jì)算；②承臺(tái)結(jié)構(gòu)計(jì)算；③空間動(dòng)力分析；④顫振穩(wěn)定性驗(yàn)算；⑤結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能計(jì)算分析；⑥風(fēng)致平轉(zhuǎn)效應(yīng)計(jì)算，主要計(jì)算橫向風(fēng)導(dǎo)致平轉(zhuǎn)彎矩作用下?lián)文_的受力情況；⑦風(fēng)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算，主要計(jì)算了風(fēng)致內(nèi)力的控制截面在轉(zhuǎn)體過(guò)程中的受力情況；⑧轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)曲屈穩(wěn)定分析。

以上計(jì)算結(jié)果表明，本橋在施工過(guò)程及后期營(yíng)運(yùn)階段均處于安全狀態(tài)，且計(jì)算結(jié)果滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

5結(jié)語(yǔ)

轉(zhuǎn)體橋梁能較好地解決在高山峽谷、水深流急或經(jīng)常通航的河道上架設(shè)大跨度構(gòu)造物的難題，尤其是對(duì)交通運(yùn)輸繁忙的城市立交橋和鐵路跨線橋，其優(yōu)勢(shì)更加明顯，與同等規(guī)模的其他橋梁相比其建造費(fèi)用相當(dāng)。目前我國(guó)轉(zhuǎn)體橋梁的最大轉(zhuǎn)體噸位達(dá)到了2.24萬(wàn)t，隨著新技術(shù)、新工藝的不斷應(yīng)用，該方法會(huì)更加安全可靠、操作簡(jiǎn)便、實(shí)施快速、降低造價(jià)，在橋梁建設(shè)中將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

本文介紹的橋梁的轉(zhuǎn)體噸位不到9 000 t，小噸位的轉(zhuǎn)體橋在我國(guó)報(bào)道不多，因此本設(shè)計(jì)將為跨越營(yíng)運(yùn)線路時(shí)的橋式方案提供參考。目前該橋已進(jìn)入施工階段，預(yù)計(jì)2016年中旬完成轉(zhuǎn)體施工。

參考文獻(xiàn)

[1]TB10621-2014高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2014.

[2]楊自政.客運(yùn)專線轉(zhuǎn)體橋球鉸封固混凝土施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(7)：46-49.

收稿日期：2015-02-09

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.006