桥梁转体施工方法及发展应用

桥梁转体施工方法及发展应用文／胡素敏桥梁转体施工的发展应用桥梁转体施工特点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，利用摩擦系数很小的滑道及合理的转盘结构，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：　施工所需的机具设备少、工艺简单、操作安全。　具有结构合理，受力明确，力学性能好。　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。　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著。桥梁转体施工方法的发展应用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　ｍ的钢筋混凝土箱肋拱。此后，平转法在山区的钢筋混凝土拱桥中得到推广应用。７０年代末８０年代初我国平转法施工的拱桥，跨径均在１００ｍ以下，且均为有平衡重转体施工。为解决大跨径拱桥转体重量大的问题，我国桥梁专家提出无平衡重转体施工法，并于１９８７年成功地进行了跨径为１２２　ｍ的四川巫山龙门桥试验桥的施工。１９８８年四川涪陵乌江大桥采用该法转体成功，使我国拱桥的跨径首次跃上２００ｍ大关。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１３４４ｔ）；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）。２００３年８月６日北京石景山混凝土斜拉桥建成，该桥是北京市五环路的标志性工程，位于北京石景山南站咽喉区，现有电气化铁路７股道，远期规划为１１股道，行车密度大，平均每３ｍｉｎ就有一趟列车通过，为避免对铁路产生频繁的干扰，采用了转体法施工的预应力混凝土曲线斜拉桥方案。该桥主桥为４５ｍ＋６５ｍ＋９５ｍ＋４０ｍ四跨连续独塔单索面的预应力混凝土部分斜拉桥，转体结构总重１４０００ｔ，直接依靠主牵引系统实现转体并精确定位，最终合拢误差２ｍｍ。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１１４ｍ）和１９９９年施工的广西鸳江钢管混凝土拱桥（主跨１７５ｍ）采用竖转法，后者的竖转体系采用了液压同步提升技术，使竖转技术跃上了新的台阶，徐州京杭运河钢管混凝土提篮拱桥（主跨２３５ｍ）也将采用这一技术进行竖转施工。２００１年贵州北盘江大桥是铁路桥梁上第一次采用钢管拱结构，跨度２３６ｍ，转体重量达到１０２３０ｔ。在平转方面，１９９６年施工的三峡黄柏河和下牢溪两座钢管混凝土上承式拱桥采用该法施工，两桥主跨均为１６０ｍ，转体重量达３５００ｔ。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１３５ｍ钢管混凝土拱桥首次采用这一方法转体成功。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３６０ｍ（净跨３４４ｍ），平转重量１３６８５ｔ。转体施工法在我国西南各省使用较多，近几年转体施工工艺在河北省干线公路、高速公路铁路跨线桥施工中开始应用。目前正在建设的张石高速公路、廊涿高速公路、石环公路铁路跨线桥施工中，为避免对铁路线运营的影响，均采用了转体施工法。其中石环公路与石太铁路相交，跨越六股电气化铁路轨道并预留两股，主桥为跨径４５＋８５＋８５＋４５ｍ独2008年　第1期　（１月上）《交通世界》129B桥梁隧道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。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RIDGE&TUNNEL塔单索面预应力混凝土斜拉桥，桥宽３３ｍ，采用平转法，转体重量达１６５００ｔ。转体施工法的关键技术转体施工法的关键技术问题是转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、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。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。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。130TRANSPOWORLD2008 No.1(Jan)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２～２０ｍｍ，间隙越小对滑道面的高差要求越高。磨心支承有钢结构和钢筋混凝土结构。在我国以采用钢筋混凝土结构为主。上下转盘弧形接触面的混凝土均应打磨光滑，再涂以二硫化铜或黄油四氟粉等润滑剂，以减小摩擦系数（一般在０．０３～０．０６之间）。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之间，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。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防水层对桥面铺装使用寿命的影响文／刘银霞高速公路桥面铺装的早期破损以及板梁铰缝漏水现象，引起了人们气施工。如果干燥不彻底，聚脂毡极易形成含水层起到相反作用。合，应该有良好的使用性能。高掺量ＳＢＳ改性沥青防水层高掺量ＳＢＳ改性沥青延度＞６０ｃｍ，对桥面混凝土平整度要求较低，施工时只需对桥面混凝土彻底清扫。由于改性沥青需要较高的温度方能均匀喷洒，因此，需要具有自动加温、自动控制洒布量的高性能洒布车。喷洒后需及时机械洒布０．３～０．８的干净石屑，覆盖率７０～８０％，沥青膜厚度＞２ｍｍ。对桥面防水层施工工艺与材料的关注。选择合适的防水层型式不仅能起到良好的防水效果，保证桥梁主体结构的安全，还能延长桥面铺装的使用寿命和降低造价。优良的桥面防水层应具有如下特性：良好的不透水性能；与混凝土桥面和沥青面层有足够的粘结力；面层碾压后的无破损性；良好的耐高、低温性能；对桥面准备状况有广泛的适应性；能抵御桥面裂缝的影响；不低于面层设计寿命的耐久性；施工简单、快捷。Ｍ１５００水溶性防水涂料防水层人工喷洒对桥面混凝土平整度要求较低，但需要清洁桥面，并在喷洒前用水冲洗。此种防水层由于防水材料渗入混凝土的毛细孔中，在表面不成层，因此看上去似乎没有防水层，与沥青面层的粘结差，需要做粘层。ＡＰＰ卷材防水层ＡＰＰ防水卷材是沥青基的防水材料，为使其与桥面混凝土紧密贴合，对桥面混凝土的平整度具有较高的要求，对桥面混凝土的清使用效果　聚胺脂防水涂料与桥面混凝土结常见的几种防水层型式聚胺脂防水涂料防水层由两种材料按比例掺配施工。要求桥面混凝土有一定的平整度并彻底清洁后，人工涂刷２遍。根据需要可调整涂料的使用量，直到一定厚度。洁要求也较高。施工时，人工或半自动加热使卷材底面沥青融化，边融化边铺设与桥面混凝土紧密聚脂毡加４遍防水涂料（沥青基）贴合。施工中操采用一层聚脂毡、４遍沥青基防水涂料成型。要求桥面混凝土具有良好的平整度并彻底清洁，否则易产生空鼓。施工时由于涂料类似乳化沥青，需等待破乳及彻底干燥，要求交通管制和晴朗天作人员的工作态度和责任心对质量影响很大。如果每一部位均热融良好、紧密贴载。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。原区的拱桥、大型馆堂工程及其它跨越结构，可望取得较好的技术经济效益；随着新材料研究的进展以及施工阶段结构轻型化研究的不断深入，将有可能利用简单的设备修建３００～５００ｍ的特大桥梁，从而省去大量施工设备，取得显著的桥梁施工方法，随着新技术、新工艺的不断出现以及在工程中的应用，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。作者单位：石家庄交通勘察设计院转体施工发展前景采用平转与竖转相结合，可用于平技术经济效益。桥梁转体施工是一套比较成熟的《交通世界》2008年　第1期　（１月上）131