1.0 概述
桥梁转体施工是指将桥梁结构在非设计轴线位置制作(浇注或拼接)成形后,通过转体就位 的一种施工方法。它可以将在障碍上空的作业转化为岸上或近地面的作业。根据桥梁结构的转动方向,它可分为竖向转体施工法、水平转体施工法(简称竖转法和平 转法)以及平转与竖转相结合的方法,其中以平转法应用最多。
桥梁转体法施工与传统施工方法相比,具有如下优点:
(1)施工所需的机具设备少、工艺简单、操作安全。
(2)具有结构合理,受力明确,力学性能好。
(3)转体法能较好地克服在高山峡谷、水深流急或经常通航的河道上架设大跨度构造物的困难,尤其是对修建处于交通运输繁忙的城市立交桥和铁路跨线桥,其优势更加明显。
(4)施工速度快、造价低、节约投资。在相同条件下,拱桥采用转体法与传统的悬吊拼装法、桁架伸臂法、搭架法相比,经济效益和社会效益十分显着。如用转体法修建的湖南资兴市游垄桥,与用悬吊拼装法和搭架法相比,造价降低了11.5~17.4%
2.0 转体施工法的关键技术
转体施工法的关键技术问题是转动设备与转动能力,施工过程中的结构稳定和强度保证,结构的合拢与体系的转换。
2.1 竖转法
竖转法主要用于肋拱桥,拱肋通常在低位浇筑或拼装,然后向上拉升达到设计位置,再合拢。
竖转体系一般由牵引系统、索塔、拉索组成。竖转的拉索索力在脱架时最大,因为此时拉索的水平角最小,产生的竖向分力也最小,而且拱肋要实现从多跨支承到 铰支承和扣点处索支承的过渡,脱架时要完成结构自身的变形与受力的转化。为使竖转脱架顺利,有时需在提升索点安置助升千斤顶。
竖转施工方案设计时,要合理安排竖转体系。索塔高、支架高(拼装位置高),则水平交角也大,脱架提升力也相对小,但索塔、拼装支架受力(特别是受压稳定问题)也大,材料用量也多;反之亦然。在竖转过程中,主要要考虑索塔的受力和拱肋的受力,尤其是风力的作用。
在施工工艺上,竖转铰的构造与安装精度,索鞍与牵转动力装置,索塔和锚固系统是保证竖转质量、转动顺利和安全的关键所在。国内的拱桥基本上为无铰拱,竖 转铰是施工临时构造,所以,竖转铰的结构与精度应综合考虑满足施工要求和降低造价。跨径较小时,可采用插销式,跨径较大时可采用滚轴。拉索的牵引系统当跨 径较小时,可采用卷扬机牵引;跨径较大,要求牵引力较大,牵引索也较多时,则应采用千斤顶液压同步系统。
2.2 平转法
平转法的转动体系主要有转动支承系统、转动牵引系统和平衡系统。
转动支承系统是平转法施工的关键设备,由上转盘和下转盘构成。上转盘支承转动结构,下转盘与基础相联。通过上转盘相对于下转盘转动,达到转体目的。转动 支承系统必须兼顾转体、承重及平衡等多种功能。按转动支承时的平衡条件,转动支承可分为磨心支承、撑脚支承和磨心与撑脚共同支承三种类型。
磨 心支承由中心撑压面承受全部转动重量,通常在磨心插有定位转轴。为了保证安全,通常在支承转盘周围设有支重轮或支撑脚正常转动时,支重轮或承重脚不与滑道 面接触,一旦有倾覆倾向则起支承作用。在已转体施工的桥梁中,一般要求此间隙从2~
撑脚支撑形式下转盘为一环道,上转盘的撑脚有4个或4个以上,以保持平转时的稳定。转动过程支撑范围 大,抗倾稳定性能好,但阻力力矩也随之增大,而且环道与撑脚的施工精度要求较高,撑脚形式有采用滚轮,也有采用柱脚的。滚轮平转时为滚动摩擦,摩阻力小, 但加工困难,而且常因加工精度不够或变形使滚轮不滚。采用柱脚平转时为滑动摩擦,通常用不锈钢板加四氟板再涂黄油等润滑剂,其加工精度比滚轮容易保证,通 过精心施工,已有较多成功的例子。当转体结构悬臂较大,抗倾覆稳定要求突出时,往往采用此种结构,广州丫髻沙大桥平转就采用了此体系。
第三类支承为磨心与撑脚共同支承。大里营立交桥采用一个撑脚与磨心共同作用的转动体系,在撑脚与磨心连线的垂直方向设有保护撑脚。如果撑脚多于一个,则 支承点多于2个,上转盘类似于超静定结构,在施工工艺上保证各支撑点受力基本符合设计要求比较困难。广州丫髻沙大桥原采用多撑脚与磨心共同受力体系,后考 虑到这种困难,减小了磨心受压的比例,使其蜕化为撑脚体系。
水平转体施工中,能否转动是一个很关键的技术问题。一般情况下可把启动 摩擦系数设在0.06~0.08之问,有时为保证有足够的启动力,按0.1配置启动力。因此减小摩阻力,提高转动力矩是保证平转顺利实施的两个关键。转动 力通常安排在上转盘的外侧,以获得较大的力臂。转动力可以是推力,也可以是拉力。推力由千斤顶施加,但千斤顶行程短,转动过程中千斤顶安装的工作量又很 大,为保证平转过程的连续性,所以单独采用千斤顶顶推平转的较少。转动力通常为拉力,转动重量小时,采用卷扬机,转体重量大时采用牵引千斤顶,有时还辅以 助推千斤顶,用于克服启动时静摩阻力与动摩阻力之间的增量。
平转过程中的平衡问题也是一个关键问题。对于斜拉桥、T构桥以及带悬臂 的中承式拱桥等上部恒载在墩轴线方向基本对称的结构,一般以桥墩轴心为转动中心,为使重心降低,通常将转盘设于墩底。对于单跨拱桥、斜腿刚构等,平转施工 分为有平衡重与无平衡重转体两种。有平衡重时,上部结构与桥台一起作为转体结构,上部结构悬臂长,重量轻,桥台则相反,在设置转轴中心时,尽可能远离上部 结构方向,以求得平衡,如果还不平衡,则需在台后加平衡重;无平衡重转体,只转动上部结构部分,利用背索平衡,使结构转体过程中被转体部分始终为索和转铰 处两点支承的简支结构。
2.3 转体施工受力
转体施工的受力分析目的是保证结构的平衡,以防倾覆;保证受力在容许值 内,以防结构破坏;保证锚固体系的可靠性。转体过程历时较短,少则几十分钟,最多不超过一天,所以主要考虑施工荷载。在大风地区按常见的风力考虑,通常不 考虑地震荷载和台风影响,这主要从工期选择来保证。此外,转体结构的变形控制、合拢构造与体系转换也是转体施工应考虑的重要问题。
3.0 桥梁转体施工的应用
3.1 国外应用情况
转体施工法最先出现的是竖转法。50年代意大利曾用此法修建了多姆斯河桥,跨径达
平转法于1976年首次在奥地利维也纳的多瑙河运河桥上应用。该桥为斜拉桥,跨径布置为
3.2 国内应用情况
1975年我国桥梁工作者开始进行拱桥转体施工工艺的研究,并于1977年首次在四川省遂宁县采用平转法建成跨径为
70年代末80年代初我国平转法施工的拱桥,跨径均在
随着转体施工工艺的进步,主要是转动构造中磨擦系数的降低和牵引能力的提高,这一方法在我国的斜拉桥和 刚构桥中也得到应用,并且使其从山区推广至平原,尤其是跨线桥的施工。例如,1980年四川金川县的曾达桥(独塔斜拉桥,转体重量l344t);1985 年江西贵溪跨线桥(斜脚刚构桥,转体重量1100t);1990年四川绵阳桥(T构桥,转体重量2350t);1997年山东大里营立交桥(刚性索斜拉 桥,转体重量3040t);1998年贵州都拉营桥(T构桥,转体重量7100t)。
钢管混凝土拱桥近 10年来在我国的应用与发展迅猛。为拱桥的轻型化和向大跨度发展提供了可能,转体施工方法也被广泛应用于这种桥型之中。在竖转方面,虽然我国在80年代初 期就应用该法进行了钢筋混凝土桁架拱的施工,但其应用一直没有得到推广。1996年施工的三峡莲沱钢管混凝土拱桥(主跨
更为重要的是,竖向转体与平面转体结合应用的方法在钢管混凝土拱桥中的应用,使桥梁转体施工法进入了一个新的发展时期。1995年安阳文峰路
1999年10月广州丫髻沙大桥也采用此法顺利合拢,并于2000年6月建成通车,丫髻沙大桥主跨达
4.0 小结
转体施工是一套比较成熟的桥梁施工方法,随着新技术、新工艺的不断出现以及在188金宝博平台中的应用,该方法会更加安全可靠、操作简洁、实施快速、降低造价,在桥梁建设中将发挥越来越大的作用,产生越来越好的社会和经济效益。