兴郭路跨苏嘉杭高速转体桥梁的设计与施工分析

宁卫强，许俊德

（苏州市交通设计院研究院有限责任公司，江苏 苏州 215007）

0 引言

跨越有高速公路桥梁时常用的施工方案有顶推钢箱梁、水平转体、悬浇施工、预制拼装等。水平转体施工法可以通过在高速公路两侧支架现浇桥梁结构，利用转盘、滑道、牵引设备将桥梁结构转体就位，对交通繁忙的高速公路来说，施工期间对高速公路的运营影响小，通常为第一选择。

苏嘉杭高速公路是江苏省“四纵四横四联”高速公路网的重要组成部分，也是苏州市南北向唯一的快速通道，不但沟通着苏北与苏南的经济联系，也促进了江苏省与浙江省的往来，交通运输压力一直很大。兴郭路跨苏嘉杭高速公路的桥梁方案经过前期比选，为最大限度的减少对苏嘉杭高速公路的交通影响，最终确定为水平转体施工法。以下结合该桥的设计、施工情况，介绍连续梁水平转体技术。

1 设计要点

1.1 上部结构

兴郭路跨苏嘉杭高速公路大桥主桥采用55+85+55m预应力混凝土连续箱梁结构。上部构造为变截面单箱双室，垂直腹板，单箱顶宽20.0m，单箱底宽12.0m，外侧翼缘板长4.0m，支点处梁高5.2m，跨中梁高2.2m，梁底缘按二次抛物线变化。腹板厚50～80cm，底板厚度25～70cm。为减少施工期间对高速公路交通的影响，采用水平转体施工。

1.2 主墩设计

主墩采用薄璧墩身，墩身厚3m，宽12m，墩高约为8m，上承台纵向宽7m，横向宽14.2m，上承台厚2m，下承台纵向宽11.2m，横向宽14.2m，下承台厚2.5m，群桩基础。上下承台之间留20cm空隙，待转体完成后用C50微膨胀混凝土填充。主墩构造如图1所示。

图1 主墩一般构造图

1.3 转动体系构造

本桥采用以中心支承为主，结合滑道支承的转动体系。磨心设计在下承台上，高出承台26.6cm，磨心直径为3m，为半径10m的曲面，球面矢高11.3cm，磨心中心设计为直径20cm，高度70cm钢柱，钢柱表面镀铬与磨盖中的钢套筒相结合形成转体的中心转动轴。滑道、环道平面布置如图2所示。

图2 滑道、环道平面布置图

磨盖为上承台与磨心的接触部分，为了方便磨合减小起吊重量，上承台分两次浇筑，先浇筑磨盖部分，磨盖尺寸为3.5×3.5×1.0m，其重量为32t。磨心、磨盖构造如图3所示。

由于箱梁T构的前后左右重量相对磨心很难保证平衡，箱梁转体稳定由滑道来控制，滑道下层为宽度50cm，半径为5.3m，下部设置厚度1cm的A3钢板和5mm厚的F4钢板，上部为厚度1cm的A3钢板和厚度5mm的不锈钢板和组成，在浇筑上承台时预埋道上承台支腿下侧。滑道构造如图4所示。

环道是桥梁转体过程中千斤顶的反力支座系统，环道与下承台一次浇筑成型。环道半径为7m，上面预留30×30cm槽口，槽口深50cm。

图3 磨心、磨盖构造图

图4 滑道构造大样图

1.4 磨心平均应力的计算

假设全部转体重量由磨心支承，则磨心平均压应力，经简化计算：

式中：G——转体总重量，kN，为箱梁、墩身、上承台重量=65138kN；

S——磨心水平投影面积，m2；

γ——磨心与磨盖接触系数，一般取0.7；

R1——磨心水平投影半径，m；

R2——磨心中心钢轴半径，m。

1.5 顶推力的计算

在转体时，要求2台千斤顶对称布置在下承台的反力座上同时等速施加顶推力。根据全部转体重量由磨心支承的假定，以磨心的钢轴为中心，建立力学平衡方程：

式中：M顶推——顶推力产生的顶推力矩，kN/m；

M摩擦——磨心和磨盖之间摩擦产生的摩擦力矩，kN/m。

式中：F——2台千斤顶的顶推力合力，若2台千斤顶出力相同，则每台千斤顶的顶推力＝0.5F/kN；

L——千斤顶作用点距离磨心的钢轴中心的水平距离，m。

式中：μ——磨心与磨盖之间的摩阻系数，静摩阻系数取0.15，动摩阻系数取0.08。

1.6 合拢段长度计算

如果两个T构同步转体，不考虑预埋钢筋的问题，经分析可知最不利的情况应该是两个T构角点相互触碰在一起，可得到下列公式：

式中：L——主跨跨径；

B——桥梁全宽。

如果两个T构不同步转体时，不考虑预埋钢筋的问题，经分析可知最不利的情况应该是一个T构转体就位，另外一个T构的一个角点与已就位箱梁中心相互碰触，可得到下列公式：

一般合拢段最小长度应该由上述计算数值加上预留钢筋的长度之和求的。

2 施工要点

2.1 磨心施工

磨心模板根据磨心直径制作定型钢模，钢模安装固定在下承台顶面，磨心的球面通过按照设计的球型直径定做的母线器来形成。在安装磨心钢模过程中要严格控制模板顶面高程。

2.2 磨盖施工

把磨心做为底模进行磨盖的浇筑，磨心的外底模为砌砖然后中间填砂，顶层为砂浆抹面，隔水层为SBS防水油毡层。磨盖施工完毕并达到设计强度的90%后用千斤顶将磨盖与磨心分离，搭建贝雷梁桁架于下承台上，然后吊起磨盖之后，由工人清除磨心处垃圾杂物，清理完毕后放下磨盖开始磨合。

2.3 磨心磨盖的磨合

磨心和磨盖的磨合方法参考以往经验，采用水磨法。即在磨盖周围砌筑水池，使水面高于磨合面，这样水可以浸入磨合面起到润滑和降温的作用，再磨合过程中要不断从磨盖顶注水，这样磨合产生的磨渣可以通过水流带出。采用水磨法大大节省磨合时间，并且磨合效果也明显较好。磨心和磨盖磨合完毕，验收合格后在磨心涂上1cm厚的黄油，然后将磨盖放下，继续进行上承台施工。

2.4 滑道施工

在以往转体桥梁施工过程中滑道F4钢板容易被挤压变形，为了防止此类问题的再次发生，本工程采用A3钢板和F4钢板在厂家加工黏结，现场组合拼装。

2.5 箱梁转体

根据箱梁浇筑过程中对每个节段混凝土浇筑量的统计计算每个节段对箱梁转体段中心产生的力矩，与计算的倾覆弯矩对比，如果力矩小于倾覆弯矩则可以转体，如果力矩大于倾覆弯矩，需平衡配重才能进行转体。

转体过程中要观测梁端部位高程变化，记录匀速转动时油泵压力表的读数，以判断顶推是否正常。如果两侧梁端标高偏差较大，应停止转体，在标高较高的一侧加载平衡配重。

3 结论

兴郭路跨苏嘉杭高速公路大桥顺利完成施工，结合设计与施工工程中出现的问题有以下体会。

3.1 转体施工法和挂篮施工法相比较，由于挂篮施工阶段较小而且主要是高空作业危险性较大，施工需设置防护栅；而转体施工箱梁采用满堂支架施工分段可以增长，可以节省大量锚具，加快施工进度，施工简单容易控制。相对挂篮施工来说对桥梁所跨河道、公路、铁路的影响也较小，设计桥面标高也较挂篮施工低。

3.2 通过监测转体顶推力数据，转体结构初始起动力约为规范计算值的2倍左右。结构转动后，实测顶推力约为按规范计算值的0.7～1倍，主要是因为理论简化受力状态与实际复杂情况不符，可进一步进行研究。

3.3 磨心、磨盖要保证平稳坚固，在磨合的过程中采用水磨法工艺磨合，不仅节省了工期，同时磨渣可随水流出，磨合面平整。避免了由于干磨法施工造成转体驱动力较大，转体不稳，甚至会出现箱梁转体段无法转动等不利情况。

3.4 转体合拢段施工时最理想的状态为在既有高速公路中分带内支架现浇或挂模施工，对通行能力影响最小。桥梁宽度越大、跨线桥与高速公路的交角越大，合拢段施工时对高速公路的通行影响就会越大。

3.5 转体施工技术应用将会越来越广泛。兴郭路跨苏嘉杭高速公路大桥的设计、施工技术资料，对该类桥型今后的设计、施工及进一步发展提供了有益经验。

[1]张联燕，等.桥梁转体施工[M].北京：人民交通出版社，2003.

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