惠州至清遠(yuǎn)高速公路上跨公鐵雙線轉(zhuǎn)體橋設(shè)計(jì)

劉清華， 梁健， 曹發(fā)輝， 李 暢

（1.四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司， 成都 610000，2.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 成都 610000）

0 引言

惠州至清遠(yuǎn)高速公路是廣東省高速公路網(wǎng)中的重要組成部分，項(xiàng)目位于廣東省清遠(yuǎn)市境內(nèi)。北江轉(zhuǎn)體橋在江口鎮(zhèn)石梨村同時(shí)上跨京廣鐵路和省道253，與京廣鐵路交叉點(diǎn)位于京廣鐵路下行線里程樁號(hào)K2186+211m 處，交角87°，如圖1 所示。

圖1 北江轉(zhuǎn)體橋效果圖

1 橋梁概況

為確保在整個(gè)施工過程和運(yùn)營(yíng)狀態(tài)中減少對(duì)京廣鐵路的影響，同時(shí)為鐵路的發(fā)展預(yù)留空間以及日常檢修維護(hù)的需要，根據(jù)與鐵路相關(guān)部門溝通：橋梁跨徑采用(56+56)m，鐵路軌頂至高速公路梁底凈空高度大于8.3m，需采用轉(zhuǎn)體施工法進(jìn)行施工。

為了方便施工，一次性轉(zhuǎn)體到位，橋梁左右幅合修，采用整幅式橫斷面，橋梁全寬33 米，橋梁孔跨布置為(56m+56m)預(yù)應(yīng)力混凝土T 形剛構(gòu)橋。主梁為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼箱梁，箱梁橫斷面采用單箱四室直腹板形式[5]，主梁梁高從根部7.0m 漸變至邊支點(diǎn)處的2.8m，梁頂寬33.0m，梁底寬26.0m。箱梁頂板厚度為28cm；底板厚度由跨中32cm 漸變到根部80cm；腹板在支點(diǎn)附近厚度為60cm，跨中段厚度為50cm[3]。

圖2 橋梁總體布置及主梁斷面構(gòu)造圖（cm）

主墩采用矩形實(shí)心墩，墩梁固結(jié)形式，如圖3 所示，為了滿足轉(zhuǎn)體球鉸安裝的需要，承臺(tái)需設(shè)置為上、下層，上承臺(tái)厚2.5m，下承臺(tái)厚4.5m（含上、下承臺(tái)間隙0.8m，為操作空間）。上、下承臺(tái)均采用C40 混凝土，下球鉸的局部承壓范圍內(nèi)采用C50 混凝土。主墩承臺(tái)基礎(chǔ)采用16 根直徑1.5m樁基[3]。

圖3 主墩一般構(gòu)造（單位：cm）

根據(jù)與鐵路相關(guān)部門的溝通以及調(diào)研跨越鐵路橋梁的相關(guān)工程案例，確定本橋采用轉(zhuǎn)體施工工藝，具體施工順序如下：首先在滿堂支架上沿京廣鐵路與省道253 中間地帶（在鐵路限界外）搭設(shè)支架澆筑主梁，主梁施工完成后，利用設(shè)置在墩底的球鉸，采用無平衡重轉(zhuǎn)體，實(shí)現(xiàn)平面轉(zhuǎn)動(dòng)，將橋梁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)到位。通過計(jì)算分析:轉(zhuǎn)體重量為1.4 萬噸，轉(zhuǎn)體時(shí)長(zhǎng)約80 分鐘。

2 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)概述

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)主要由上、下轉(zhuǎn)盤、球鉸和牽引體系等組成。下轉(zhuǎn)盤包括主墩下承臺(tái)、環(huán)道、牽引反力座和千斤頂?shù)鬃龋h(huán)道僅起穩(wěn)定的作用。上轉(zhuǎn)盤包括主墩上承臺(tái)、撐腳和牽引體系，是轉(zhuǎn)體系統(tǒng)較為重要的部位之一，其受力也較為復(fù)雜。球鉸包括上、下球鉸，其作用是將轉(zhuǎn)動(dòng)體系的重量傳遞給下轉(zhuǎn)盤及承臺(tái)樁基礎(chǔ)，亦是轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的核心。牽引體系主要由牽引鋼絞線、千斤頂、多臺(tái)輔助千斤頂組成（輔助啟動(dòng)作用），為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體提供牽引動(dòng)力。

2.1.1 下轉(zhuǎn)盤

下轉(zhuǎn)盤為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的傳力基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)體到位后，與上轉(zhuǎn)盤通過鋼筋連接，然后澆筑形成永久承臺(tái)。下轉(zhuǎn)盤構(gòu)造圖如圖4 所示，下轉(zhuǎn)盤除球鉸下局部采用C50 混凝土，其余均為C40 混凝土，下轉(zhuǎn)盤橫橋向尺寸為14.6m，順橋向尺寸為14.6m，厚度為3.7m。球鉸位于下轉(zhuǎn)盤的正上方，下轉(zhuǎn)盤承受轉(zhuǎn)體重量并將其傳遞到基礎(chǔ)，其上設(shè)不銹鋼板的環(huán)形滑道、2 個(gè)牽引反力座和16 個(gè)千斤頂?shù)鬃?/p>

2.1.2 球鉸

球鉸是平轉(zhuǎn)法施工轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的核心，最常用的有混凝土球鉸和鋼球鉸兩種，考慮到本橋轉(zhuǎn)體重量較大，采用鋼球鉸形式[2]。球鉸分為上、下球鉸，分別與上、下轉(zhuǎn)盤相連，下球鉸面板上鑲嵌填充聚四氟乙烯滑板，并涂抹四氟黃油粉潤(rùn)滑，與上球面板組成摩擦副，上下球鉸通過定位銷軸連接，同時(shí)球鉸的摩擦副設(shè)置防塵裝置。

2.1.3 上轉(zhuǎn)盤

上轉(zhuǎn)盤長(zhǎng)和寬均為11.5m，高2.5m，考慮到其橫向受力的復(fù)雜性，防止轉(zhuǎn)體過程中出現(xiàn)開裂，設(shè)置了兩種規(guī)格的預(yù)應(yīng)力束。同時(shí)在上轉(zhuǎn)盤中提前預(yù)埋固定牽引索，待轉(zhuǎn)體就位后，連接上下轉(zhuǎn)盤的預(yù)埋鋼筋，澆筑上下轉(zhuǎn)盤間隙的混凝土。上轉(zhuǎn)盤沿環(huán)道均勻布置了8 組撐腳，主要起到預(yù)防偏載、穩(wěn)定的作用。

圖4 下轉(zhuǎn)盤構(gòu)造圖（單位：cm）

2.1.4 牽引系統(tǒng)

牽引體系主要由牽引鋼絞線、牽引千斤頂、多臺(tái)輔助千斤頂組成，為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體提供牽引動(dòng)力。

2.2 牽引力計(jì)算

牽引力必須克服球鉸的上下球面相對(duì)滑動(dòng)的摩擦力矩。其計(jì)算方法如下：球鉸的球面半徑較大，而矢高很小，可近似承重面為均勻圓面，球鉸大圓面半徑為R2，中心定位軸孔半徑為R1。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖5 所示。

圖5 牽轉(zhuǎn)力矩計(jì)算簡(jiǎn)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本工程項(xiàng)目于2017 年底開工，已于2019 年4 月2 日凌晨轉(zhuǎn)體成功。該轉(zhuǎn)體橋是廣東省同類型橋梁中一次性轉(zhuǎn)體重量最重、轉(zhuǎn)體角度最大的公路橋梁。橋梁在轉(zhuǎn)體施工過程中，球鉸、轉(zhuǎn)盤等關(guān)鍵部位工作一切正常，啟動(dòng)力50T，轉(zhuǎn)動(dòng)力35T。

轉(zhuǎn)體施工因其施工快速、對(duì)交通影響最小等顯著特點(diǎn)，在跨越山（河）谷、跨線跨鐵路橋應(yīng)用十分廣泛，隨著轉(zhuǎn)體橋型多樣化、轉(zhuǎn)體重量大、轉(zhuǎn)體要求高等情況下，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)合理選擇轉(zhuǎn)體方案和轉(zhuǎn)體系統(tǒng)，對(duì)轉(zhuǎn)體過程的結(jié)構(gòu)受力和穩(wěn)定性進(jìn)行全過程計(jì)算，加強(qiáng)關(guān)鍵部位的構(gòu)造設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，確保轉(zhuǎn)體施工萬無一失。