談橋梁轉體施工工藝與關鍵技術
2010-11-18
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。本文論述了橋梁施工工藝的特點、工藝流程及施工方法，認為此工藝為東北地區(qū)填補了橋梁轉體施工的空白。
引言
隨著科學技術的不斷發(fā)展，橋梁無支架施工不斷出現(xiàn)新工藝，轉體施工就是其中的一種。橋梁轉體施工適用跨越深谷急流、難以吊裝的特殊河道，具有節(jié)省吊裝費用，安全、可靠、整體性好等特點。
1、橋梁轉體施工工藝的工作原理
所謂橋梁轉體施工工藝的工作原理，就像挖掘機鏟臂隨意旋轉一樣，在橋臺（單孔橋）或橋墩（多孔橋）上分別預制一個轉動軸心，以轉動軸心為界把橋梁分為上、下兩部分，上部整體旋轉，下部為固定墩臺、基礎，這樣可根據(jù)現(xiàn)場實際情況，上部構造可在路堤上或河岸上預制，旋轉角度也可根據(jù)地形隨意旋轉。
2、橋梁轉體施工工藝的特點
2.1 橋梁轉體施工工藝適用于跨徑較大的單孔或多孔鋼筋混凝土橋梁施工。尤其適用于跨越深谷、水深流急和公鐵立交、風景勝地、自然保護區(qū)等施工受限制的現(xiàn)場。
2.2 由于橋梁轉體施工是靠結構自身旋轉就位，不用吊裝設備 ，并可節(jié)省大量支架木材或鋼材。
2.3 采用混凝土軸心轉體施工，轉體工藝簡便易行，轉體重量全部由橋墩（或橋臺）球面混凝土軸心承受，承載力大，轉動安全、平衡、可靠。
2.4 可將半孔上部結構整體預制，結構整體性強，穩(wěn)定性好，更能體現(xiàn)結構的力學性能的合理性。
2.5 施工工藝和所用施工機械簡單，轉體時僅需兩盤絞磨、幾組滑輪即可使上部結構在短時間內(nèi)轉體就位，簡便易行，易于掌握，便于推廣。
3、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。
3.1 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(zhì)量、轉動順利和安全的關鍵所在。國內(nèi)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?？鐝捷^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)。
3.2 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)。
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。
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。
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。
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。
3.3 轉體施工受力 轉體施工的受力分析目的是保證結構的平衡，以防傾覆；保證受力在容許值內(nèi)，以防結構破壞；保證錨固體系的可靠性。轉體過程歷時較短，少則幾十分鐘，最多不超過一天，所以主要考慮施工荷載。在大風地區(qū)按常見的風力考慮，通常不考慮地震荷載和臺風影響，這主要從工期選擇來保證。此外，轉體結構的變形控制、合攏構造與體系轉換也是轉體施工應考慮的重要問題。
橋梁轉體施工是近年出現(xiàn)的一種新工藝，最適宜在跨越深谷、急流及公鐵立交情況下采用，通過有平衡重和無平衡重兩橋試驗結果分析。橋梁轉體施工工藝，無論從技術上和經(jīng)濟上都是可行的和經(jīng)濟的，特殊橋位處采用此工藝最好。
