橋梁轉(zhuǎn)體工程的施工探討
2016-12-05
1. 概述
橋梁轉(zhuǎn)體施工是指將橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計軸線位置制作（澆注或拼接）成形后，通過轉(zhuǎn)體就位的一種施工方法。它可以將在障礙上空的作業(yè)轉(zhuǎn)化為岸上或近地面的作業(yè)。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動方向，它可分為豎向轉(zhuǎn)體施工法、水平轉(zhuǎn)體施工法（簡稱豎轉(zhuǎn)法和平轉(zhuǎn)法）以及平轉(zhuǎn)與豎轉(zhuǎn)相結(jié)合的方法，其中以平轉(zhuǎn)法應(yīng)用最多。橋梁轉(zhuǎn)體法施工與傳統(tǒng)施工方法相比，具有如下優(yōu)點：
（1）施工所需的機(jī)具設(shè)備少、工藝簡單、操作安全。
（2）具有結(jié)構(gòu)合理，受力明確，力學(xué)性能好。
（3）轉(zhuǎn)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(shè)大跨度構(gòu)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(zhuǎn)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(jì)效益和社會效益十分顯著。如用轉(zhuǎn)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(zhuǎn)體施工法的關(guān)鍵技術(shù)
轉(zhuǎn)體施工法的關(guān)鍵技術(shù)問題是轉(zhuǎn)動設(shè)備與轉(zhuǎn)動能力，施工過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和強(qiáng)度保證，結(jié)構(gòu)的合攏與體系的轉(zhuǎn)換。
2.1 豎轉(zhuǎn)法。豎轉(zhuǎn)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(dá)到設(shè)計位置，再合攏。豎轉(zhuǎn)體系一般由牽引系統(tǒng)、索塔、拉索組成。豎轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)自身的變形與受力的轉(zhuǎn)化。為使豎轉(zhuǎn)脫架順利，有時需在提升索點安置助升千斤頂。豎轉(zhuǎn)施工方案設(shè)計時，要合理安排豎轉(zhuǎn)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(zhuǎn)過程中，主要要考慮索塔的受力和拱肋的受力，尤其是風(fēng)力的作用。在施工工藝上，豎轉(zhuǎn)鉸的構(gòu)造與安裝精度，索鞍與牽轉(zhuǎn)動力裝置，索塔和錨固系統(tǒng)是保證豎轉(zhuǎn)質(zhì)量、轉(zhuǎn)動順利和安全的關(guān)鍵所在。國內(nèi)的拱橋基本上為無鉸拱，豎轉(zhuǎn)鉸是施工臨時構(gòu)造，所以，豎轉(zhuǎn)鉸的結(jié)構(gòu)與精度應(yīng)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(dāng)跨徑較小時，可采用卷揚機(jī)牽引；跨徑較大，要求牽引力較大，牽引索也較多時，則應(yīng)采用千斤頂液壓同步系統(tǒng)。
2.2 平轉(zhuǎn)法。平轉(zhuǎn)法的轉(zhuǎn)動體系主要有轉(zhuǎn)動支承系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動牽引系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)。
?。?）轉(zhuǎn)動支承系統(tǒng)是平轉(zhuǎn)法施工的關(guān)鍵設(shè)備，由上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤構(gòu)成。上轉(zhuǎn)盤支承轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，下轉(zhuǎn)盤與基礎(chǔ)相聯(lián)。通過上轉(zhuǎn)盤相對于下轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，達(dá)到轉(zhuǎn)體目的。轉(zhuǎn)動支承系統(tǒng)必須兼顧轉(zhuǎn)體、承重及平衡等多種功能。按轉(zhuǎn)動支承時的平衡條件，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動重量，通常在磨心插有定位轉(zhuǎn)軸。為了保證安全，通常在支承轉(zhuǎn)盤周圍設(shè)有支重輪或支撐腳正常轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在我國以采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主。上下轉(zhuǎn)盤弧形接觸面的混凝土均應(yīng)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(zhuǎn)盤為一環(huán)道，上轉(zhuǎn)盤的撐腳有4個或4個以上，以保持平轉(zhuǎn)時的穩(wěn)定。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dāng)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)懸臂較大，抗傾覆穩(wěn)定要求突出時，往往采用此種結(jié)構(gòu)，廣州丫髻沙大橋平轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動體系，在撐腳與磨心連線的垂直方向設(shè)有保護(hù)撐腳。如果撐腳多于一個，則支承點多于2個，上轉(zhuǎn)盤類似于超靜定結(jié)構(gòu)，在施工工藝上保證各支撐點受力基本符合設(shè)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(zhuǎn)體施工中，能否轉(zhuǎn)動是一個很關(guān)鍵的技術(shù)問題。一般情況下可把啟動摩擦系數(shù)設(shè)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(zhuǎn)動力矩是保證平轉(zhuǎn)順利實施的兩個關(guān)鍵。轉(zhuǎn)動力通常安排在上轉(zhuǎn)盤的外側(cè)，以獲得較大的力臂。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動過程中千斤頂安裝的工作量又很大，為保證平轉(zhuǎn)過程的連續(xù)性，所以單獨采用千斤頂頂推平轉(zhuǎn)的較少。轉(zhuǎn)動力通常為拉力，轉(zhuǎn)動重量小時，采用卷揚機(jī)，轉(zhuǎn)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。
（6）平轉(zhuǎn)過程中的平衡問題也是一個關(guān)鍵問題。對于斜拉橋、T構(gòu)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(jié)構(gòu)，一般以橋墩軸心為轉(zhuǎn)動中心，為使重心降低，通常將轉(zhuǎn)盤設(shè)于墩底。對于單跨拱橋、斜腿剛構(gòu)等，平轉(zhuǎn)施工分為有平衡重與無平衡重轉(zhuǎn)體兩種。有平衡重時，上部結(jié)構(gòu)與橋臺一起作為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)懸臂長，重量輕，橋臺則相反，在設(shè)置轉(zhuǎn)軸中心時，盡可能遠(yuǎn)離上部結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)體，只轉(zhuǎn)動上部結(jié)構(gòu)部分，利用背索平衡，使結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體過程中被轉(zhuǎn)體部分始終為索和轉(zhuǎn)鉸處兩點支承的簡支結(jié)構(gòu)。
