省道南鶴公路南渡江特大橋設(shè)計簡介

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摘要：近年來隨著交通運輸事業(yè)的快速發(fā)展，橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)得到了更加廣泛的應用。無論是在山區(qū)崇山峻嶺、深山峽谷的單孔拱橋工地，還是在平原地區(qū)的跨河、跨線和市政立交橋上，轉(zhuǎn)體施工都以其施工簡易、質(zhì)量可靠、施工安全、經(jīng)濟、不干擾既有公路、航道、鐵路的運輸?shù)泉毺貎?yōu)勢顯現(xiàn)出強大的競爭力和生命力。本文以南渡江特大橋（凈跨190m上承式箱型拱橋）為例，對其主橋設(shè)計及轉(zhuǎn)體施工工藝進行簡要闡述。

關(guān)鍵詞：上承式箱型拱橋；凈跨190m；轉(zhuǎn)動體系；轉(zhuǎn)體施工

1 工程概況

南鶴公路是湖北省鶴峰縣境內(nèi)重要的干線公路，是連接鶴峰縣東部五里鄉(xiāng)、走馬鎮(zhèn)、鐵爐鄉(xiāng)三大鄉(xiāng)鎮(zhèn)的重要通道，又是鶴峰縣和恩施州其它各縣通達湖南、廣東等省的重要省際出口通道。本項目是南鶴公路上的一座山區(qū)特大跨度鋼筋混凝土拱橋，橋梁凈跨190m，橋高163m。

2 總體設(shè)計及橋跨布置

本橋全長272.276m。主橋凈跨190.0m，位于直線段，走馬岸為2孔18.6m引橋，位于緩和曲線和圓曲線內(nèi)，鶴峰岸為1孔25.0m引橋，位于緩和曲線內(nèi)。橋面縱向設(shè)置雙向1.0%的縱坡；橋高163.0m。橫斷面布置為凈9.0m行車道+兩側(cè)0.5m的防撞墻，總寬10.0m。

圖1 橋梁立面圖

3 主橋上部結(jié)構(gòu)

主孔為上承式普通鋼筋砼箱形拱橋，凈跨190.0m，凈矢高38.0m，凈矢跨比1/5，拱軸系數(shù)m=1.988。主拱圈為等截面懸鏈線單箱雙室箱形拱。

上承式普通鋼筋混凝土箱形拱橋由主拱圈和拱上建筑組成。全橋拱上建筑由11孔跨度18.6m的裝配式預制小箱梁橋組成，全橋按三聯(lián)設(shè)計，聯(lián)跨組合為（2.93+2×18.6m）+（11×18.6m）+（25.0+2.53m），即只在交界墩背墻處設(shè)伸縮縫，聯(lián)內(nèi)跨間以及橋臺處設(shè)橋面連續(xù)。拱上建筑包括墊梁、立柱、蓋梁、簡支小箱梁以及橋面鋪裝砼。

主拱圈箱寬7.50m，高3.3m，拱箱側(cè)腹板、中腹板之間中至中距離為3.02m，頂、底板厚0.3m，側(cè)腹板和中腹板厚0.38m，每個室的四角設(shè)有0.5m×0.2m倒角。每排立柱下和每排立柱間（兩道）設(shè)有拱箱橫隔板，橫隔板厚度為0.25m。拱腳至第二道橫隔板長度范圍內(nèi)設(shè)置頂、底加厚段，頂、底板厚度由30cm加厚至拱腳斷面的50cm。

墊梁設(shè)在每排立柱下，主要作用是擴散立柱集中力對主拱圈的作用。墊梁寬度1.3m，長度7.50m，靠拱頂一側(cè)高度0.5m。

拱上立柱橫橋向為三根，三根立柱分別支承在主拱圈的邊腹板和中腹板上。拱上建筑三片小箱梁梁的中心對應立柱布置，立柱間距3.28m，立柱間不設(shè)橫系梁。

圖2 主橋橫斷面

立柱上蓋梁寬1.6m，高0.8m，長8.5m，由于立柱直接承擔小箱梁的豎向作用力，蓋梁主要承擔立柱系梁以及抗震擋塊功能。

蓋梁以上的行車道橋面系選用跨徑18.6m的C50簡支預應混凝土小箱梁作為拱上建筑的基本結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于自重輕、外觀美觀，可以在兩岸的勁性骨架的預拼裝場地預制，材料用量比空心板更省。

拱上小孔每一孔橫向設(shè)3片小箱梁，梁中距離3.35m，小箱梁高1.2m，中梁預制寬度2.4m，邊梁預制寬度2.85m。濕接縫寬度0.95m，端部和跨中設(shè)置橫隔板。小箱梁行車道板上設(shè)有10-16.7cm厚的鋼筋混凝土橋面鋪裝。

4 主橋下部結(jié)構(gòu)

主橋下部結(jié)構(gòu)包括下盤基礎(chǔ)、上盤、交界墩背墻和轉(zhuǎn)體設(shè)施：磨心、磨蓋、保險墩等。

由于本橋主拱圈采用轉(zhuǎn)體工藝施工，主橋轉(zhuǎn)動體系的上、下盤之間在轉(zhuǎn)體合攏后用封盤砼封填密實形成整體。

普通鋼筋砼球鉸分為下球鉸（磨心）和上球鉸（磨蓋），磨心直徑為2.6m，下球鉸是一個高出基礎(chǔ)下盤頂面10cm的“圓餅”狀的砼實體。球鉸表面是一個矢高10cm左右的凸形球缺面，它是承受全部轉(zhuǎn)動體系質(zhì)量的關(guān)鍵部位；采用C50砼，磨心頂面的壓應力是13.5MPa。

上轉(zhuǎn)盤是把整個轉(zhuǎn)動體系質(zhì)量傳遞給磨心的一個厚重的大體積砼實體，受力復雜，但通過局部應力分析，可以十分可靠的用三向預應力把上轉(zhuǎn)盤設(shè)計成一個可靠的剛體，保證在施工的全過程，上轉(zhuǎn)盤單獨通過磨心承受全部轉(zhuǎn)體重量時，任一截面都有足夠的壓應力儲備。

圖3 背墻及上下盤構(gòu)造圖

交界墩背墻采用空心墩形式，寬9.0m，厚4.0m，高約41m；磨心軸線設(shè)在主孔起拱線處。背墻不僅在轉(zhuǎn)體階段起平衡重心的作用，還是扣索和背索的反力墻，在形成轉(zhuǎn)動體系過程中，通過逐級交替張拉扣索、背索鋼絞線，最終實現(xiàn)脫架形成轉(zhuǎn)動體系以便轉(zhuǎn)體。通過有效的施工監(jiān)控，保證交界墩墩頂位移滿足規(guī)范，墩身任何截面在任何工況下都受壓為主，不發(fā)生不允許的拉應力。

由于主橋采用轉(zhuǎn)體施工工藝設(shè)計，主橋除考慮永久性基礎(chǔ)設(shè)計外，為保證轉(zhuǎn)動體系制作及轉(zhuǎn)體過程中的安全，在永久性基礎(chǔ)外，轉(zhuǎn)動體系可能轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)均需澆筑臨時基礎(chǔ)，臨時基礎(chǔ)可采用片石砼，但必須保證臨時基礎(chǔ)落于可靠巖面上。

本橋由于橋臺基礎(chǔ)落在陡峭的山腰上，基坑開挖石方量大，基坑邊坡不但高、陡，基坑開挖時根據(jù)巖石的巖性情況可適當調(diào)整開挖邊坡的坡度。

基坑開挖邊坡應根據(jù)開挖揭露的巖性現(xiàn)場調(diào)整，為確保大橋施工及運營期的安全，必要時邊坡采用噴錨防護?；蛘卟捎霉饷姹?，以減少開挖范圍。

5 轉(zhuǎn)動體系構(gòu)造

轉(zhuǎn)出的橋體是帶混凝土底板的小直徑鋼管混凝土勁性骨架，是半跨鋼—混組合結(jié)構(gòu)的拱形空間網(wǎng)架。下弦是寬7.5m、15cm厚的鋼筋混凝土底板，它把三片上弦是φ377×12mm的鋼管混凝土桿件和腹桿是雙肢角鋼2∠110×10的平面桁架聯(lián)成整體，桁架中—中距離為3.4m，桁架的縱向節(jié)間距離約為2.9m，它的腹桿、上平聯(lián)以及橫剖面上的橫向剪刀撐都用型鋼通過節(jié)點板聯(lián)結(jié)形成幾何不變的、穩(wěn)定的三角形。勁性骨架交叉腹桿選用加強型角鋼，即在∠110×10的兩肢端加焊2φ25鋼筋。這種轉(zhuǎn)動體系的特點是重量輕、剛度和強度大。轉(zhuǎn)動體系構(gòu)造見下圖（圖4～6）：

圖4 轉(zhuǎn)動體系構(gòu)造圖

圖5 勁性骨架典型橫斷面

圖6 拱圈細部

下盤基礎(chǔ)、磨心球鉸、環(huán)道與撐腳（亦稱保險墩）、上轉(zhuǎn)盤、交界墩背墻、拉桿扣索、帶砼底板的勁行骨架組成一個完整的轉(zhuǎn)體體系。

轉(zhuǎn)體階段，上弦為空鋼管，轉(zhuǎn)動體系質(zhì)量為5145t，其重心基本控制在磨心處，向后偏心約3cm?？鬯骼?340KN。本橋按“中心承重轉(zhuǎn)體”的構(gòu)思設(shè)計。

6 橋梁施工重難點——有平衡重轉(zhuǎn)體施工

本橋主拱圈跨度190m，跨越南渡江。采用有平衡重轉(zhuǎn)體施工。

所謂有平衡重轉(zhuǎn)體施工就是在兩岸利用地形，開挖出土牛拱胎，按照盡量少挖、少破壞植被、保護生態(tài)的原則選擇合理的拱胎底模制作軸線，搭設(shè)簡易支架，安裝簡易支架之間的簡支鋼桁架，在鋼桁架上鋪設(shè)半跨拱圈的底模板，要求底模板安裝牢靠、標高符合設(shè)計，要求鋼桁架能承受澆筑底板砼的荷載。并且要求能夠方便的拆除底模板。在岸邊支架上焊接組裝勁性骨架，澆筑部分底板砼，形成半跨整體的帶砼底板的小直徑鋼管砼勁性骨架，待強度形成。穿扣索、背索，然后逐級交替張拉背索、扣索，實現(xiàn)脫架，形成轉(zhuǎn)動體系，轉(zhuǎn)體，實現(xiàn)合攏成拱，再在勁性骨架拱圈上逐段澆筑側(cè)壁、二期底板和頂板砼，形成設(shè)計斷面的單箱雙室主拱圈。

為了使帶砼底板的小直徑鋼管砼勁性骨架能平穩(wěn)脫架，要在土牛拱胎端部拱頂處對應腹板的下方設(shè)置一排三個堅固穩(wěn)妥的支撐柱，以備放置千斤頂輔助脫架。支撐柱高度以方便千斤頂操作為原則。

通過張拉扣索、背索鋼絞線把半跨帶砼底板的小直徑鋼管砼勁性骨架和橋墩背墻、上盤聯(lián)結(jié)成一個完整的轉(zhuǎn)動體系，整個轉(zhuǎn)動體系約5145t完全支承在磨心上，四周的保險墩在環(huán)道上完全脫空，轉(zhuǎn)動體系的重心基本就在磨心上，真正實現(xiàn)中心承重的設(shè)計意圖。轉(zhuǎn)動體系脫架后即可用普通千斤頂平穩(wěn)地驅(qū)動轉(zhuǎn)體合攏。半跨轉(zhuǎn)動體系，轉(zhuǎn)體90度一般需12小時。

當鋼管混凝土勁性骨架轉(zhuǎn)體合攏后，即可將轉(zhuǎn)動體系上、下盤之間的空隙以及上盤背后基坑超挖的部分用混凝土封填，再將鋼管混凝土勁性骨架拱頂段接頭接好，然后灌注上弦管內(nèi)微膨脹C50砼。至此，在兩岸橋臺之間，河溝的高空已架設(shè)好一個有足夠剛度、強度和穩(wěn)定安全系數(shù)的空間拱形骨架，在這個拱形骨架上按設(shè)計加載程序無支架先澆筑拱圈側(cè)壁和中腹板的混凝土，再加厚底板混凝土，最后澆拱圈頂板混凝土形成單箱雙室的鋼筋混凝土主拱圈。此時即可松去拉索，實現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換成為拱式結(jié)構(gòu)。原有勁性骨架中的鋼管、角鋼均被包裹在主拱圈的混凝土內(nèi)，成為主拱圈內(nèi)的勁性配筋。

7 結(jié)語

① 轉(zhuǎn)體橋的轉(zhuǎn)體過程可以按“中心承重”的思路來設(shè)計構(gòu)思，轉(zhuǎn)動體系在轉(zhuǎn)體過程中的穩(wěn)定是可以保證的。

② 普通鋼筋砼球鉸完全是在工地上用常規(guī)的材料和施工方法加工制作，不但工藝簡單，而且質(zhì)量標準明確、容易控制，特別是在山區(qū)交通不便的深山峽谷需要修建轉(zhuǎn)體橋的橋位，普通鋼筋砼球鉸更會顯示出強大的生命力。

參考文獻：

[1]肖碩剛 梅志軍等人合著.用普通鋼筋砼球鉸修建轉(zhuǎn)體橋.中國土木工程學會橋梁及結(jié)構(gòu)工程分會，2012.05.