橋梁轉體工程的施工探討
2016-12-05
1. 概述
橋梁轉體施工是指將橋梁結構在非設計軸線位置制作（澆注或拼接）成形后，通過轉體就位的一種施工方法。它可以將在障礙上空的作業(yè)轉化為岸上或近地面的作業(yè)。根據(jù)橋梁結構的轉動方向，它可分為豎向轉體施工法、水平轉體施工法（簡稱豎轉法和平轉法）以及平轉與豎轉相結合的方法，其中以平轉法應用最多。橋梁轉體法施工與傳統(tǒng)施工方法相比，具有如下優(yōu)點：
?。?）施工所需的機具設備少、工藝簡單、操作安全。
?。?）具有結構合理，受力明確，力學性能好。
（3）轉體法能較好地克服在高山峽谷、水深流急或經(jīng)常通航的河道上架設大跨度構造物的困難，尤其是對修建處于交通運輸繁忙的城市立交橋和鐵路跨線橋，其優(yōu)勢更加明顯。
?。?）施工速度快、造價低、節(jié)約投資。在相同條件下，拱橋采用轉體法與傳統(tǒng)的懸吊拼裝法、桁架伸臂法、搭架法相比，經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。如用轉體法修建的湖南資興市游垅橋，與用懸吊拼裝法和搭架法相比，造價降低了11.5～17.4％。
2. 轉體施工法的關鍵技術
轉體施工法的關鍵技術問題是轉動設備與轉動能力，施工過程中的結構穩(wěn)定和強度保證，結構的合攏與體系的轉換。
2.1 豎轉法。豎轉法主要用于肋拱橋，拱肋通常在低位澆筑或拼裝，然后向上拉升達到設計位置，再合攏。豎轉體系一般由牽引系統(tǒng)、索塔、拉索組成。豎轉的拉索索力在脫架時最大，因為此時拉索的水平角最小，產(chǎn)生的豎向分力也最小，而且拱肋要實現(xiàn)從多跨支承到鉸支承和扣點處索支承的過渡，脫架時要完成結構自身的變形與受力的轉化。為使豎轉脫架順利，有時需在提升索點安置助升千斤頂。豎轉施工方案設計時，要合理安排豎轉體系。索塔高、支架高（拼裝位置高），則水平交角也大，脫架提升力也相對小，但索塔、拼裝支架受力（特別是受壓穩(wěn)定問題）也大，材料用量也多；反之亦然。在豎轉過程中，主要要考慮索塔的受力和拱肋的受力，尤其是風力的作用。在施工工藝上，豎轉鉸的構造與安裝精度，索鞍與牽轉動力裝置，索塔和錨固系統(tǒng)是保證豎轉質量、轉動順利和安全的關鍵所在。國內的拱橋基本上為無鉸拱，豎轉鉸是施工臨時構造，所以，豎轉鉸的結構與精度應綜合考慮滿足施工要求和降低造價。跨徑較小時，可采用插銷式，跨徑較大時可采用滾軸。拉索的牽引系統(tǒng)當跨徑較小時，可采用卷揚機牽引；跨徑較大，要求牽引力較大，牽引索也較多時，則應采用千斤頂液壓同步系統(tǒng)。
2.2 平轉法。平轉法的轉動體系主要有轉動支承系統(tǒng)、轉動牽引系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)。
（1）轉動支承系統(tǒng)是平轉法施工的關鍵設備，由上轉盤和下轉盤構成。上轉盤支承轉動結構，下轉盤與基礎相聯(lián)。通過上轉盤相對于下轉盤轉動，達到轉體目的。轉動支承系統(tǒng)必須兼顧轉體、承重及平衡等多種功能。按轉動支承時的平衡條件，轉動支承可分為磨心支承、撐腳支承和磨心與撐腳共同支承三種類型。
（2）磨心支承由中心撐壓面承受全部轉動重量，通常在磨心插有定位轉軸。為了保證安全，通常在支承轉盤周圍設有支重輪或支撐腳正常轉動時，支重輪或承重腳不與滑道面接觸，一旦有傾覆傾向則起支承作用。在已轉體施工的橋梁中，一般要求此間隙從2～20mm，間隙越小對滑道面的高差要求越高。磨心支承有鋼結構和鋼筋混凝土結構。在我國以采用鋼筋混凝土結構為主。上下轉盤弧形接觸面的混凝土均應打磨光滑，再涂以二硫化銅或黃油四氟粉等潤滑劑，以減小摩擦系數(shù)（一般在0.03～0.06之間）。
?。?）撐腳支撐形式下轉盤為一環(huán)道，上轉盤的撐腳有4個或4個以上，以保持平轉時的穩(wěn)定。轉動過程支撐范圍大，抗傾穩(wěn)定性能好，但阻力力矩也隨之增大，而且環(huán)道與撐腳的施工精度要求較高，撐腳形式有采用滾輪，也有采用柱腳的。滾輪平轉時為滾動摩擦，摩阻力小，但加工困難，而且常因加工精度不夠或變形使?jié)L輪不滾。采用柱腳平轉時為滑動摩擦，通常用不銹鋼板加四氟板再涂黃油等潤滑劑，其加工精度比滾輪容易保證，通過精心施工，已有較多成功的例子。當轉體結構懸臂較大，抗傾覆穩(wěn)定要求突出時，往往采用此種結構，廣州丫髻沙大橋平轉就采用了此體系。
?。?）第三類支承為磨心與撐腳共同支承。大里營立交橋采用一個撐腳與磨心共同作用的轉動體系，在撐腳與磨心連線的垂直方向設有保護撐腳。如果撐腳多于一個，則支承點多于2個，上轉盤類似于超靜定結構，在施工工藝上保證各支撐點受力基本符合設計要求比較困難。廣州丫髻沙大橋原采用多撐腳與磨心共同受力體系，后考慮到這種困難，減小了磨心受壓的比例，使其蛻化為撐腳體系。
?。?）水平轉體施工中，能否轉動是一個很關鍵的技術問題。一般情況下可把啟動摩擦系數(shù)設在0.06～0.08之問，有時為保證有足夠的啟動力，按0.1配置啟動力。因此減小摩阻力，提高轉動力矩是保證平轉順利實施的兩個關鍵。轉動力通常安排在上轉盤的外側，以獲得較大的力臂。轉動力可以是推力，也可以是拉力。推力由千斤頂施加，但千斤頂行程短，轉動過程中千斤頂安裝的工作量又很大，為保證平轉過程的連續(xù)性，所以單獨采用千斤頂頂推平轉的較少。轉動力通常為拉力，轉動重量小時，采用卷揚機，轉體重量大時采用牽引千斤頂，有時還輔以助推千斤頂，用于克服啟動時靜摩阻力與動摩阻力之間的增量。
?。?）平轉過程中的平衡問題也是一個關鍵問題。對于斜拉橋、T構橋以及帶懸臂的中承式拱橋等上部恒載在墩軸線方向基本對稱的結構，一般以橋墩軸心為轉動中心，為使重心降低，通常將轉盤設于墩底。對于單跨拱橋、斜腿剛構等，平轉施工分為有平衡重與無平衡重轉體兩種。有平衡重時，上部結構與橋臺一起作為轉體結構，上部結構懸臂長，重量輕，橋臺則相反，在設置轉軸中心時，盡可能遠離上部結構方向，以求得平衡，如果還不平衡，則需在臺后加平衡重；無平衡重轉體，只轉動上部結構部分，利用背索平衡，使結構轉體過程中被轉體部分始終為索和轉鉸處兩點支承的簡支結構。
