惠州至清远高速公路上跨公铁双线转体桥设计

刘清华， 梁健， 曹发辉， 李 畅

（1.四川公路工程咨询监理有限公司， 成都 610000，2.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司， 成都 610000）

0 引言

惠州至清远高速公路是广东省高速公路网中的重要组成部分，项目位于广东省清远市境内。北江转体桥在江口镇石梨村同时上跨京广铁路和省道253，与京广铁路交叉点位于京广铁路下行线里程桩号K2186+211m 处，交角87°，如图1 所示。

图1 北江转体桥效果图

1 桥梁概况

为确保在整个施工过程和运营状态中减少对京广铁路的影响，同时为铁路的发展预留空间以及日常检修维护的需要，根据与铁路相关部门沟通：桥梁跨径采用(56+56)m，铁路轨顶至高速公路梁底净空高度大于8.3m，需采用转体施工法进行施工。

为了方便施工，一次性转体到位，桥梁左右幅合修，采用整幅式横断面，桥梁全宽33 米，桥梁孔跨布置为(56m+56m)预应力混凝土T 形刚构桥。主梁为现浇预应力砼箱梁，箱梁横断面采用单箱四室直腹板形式[5]，主梁梁高从根部7.0m 渐变至边支点处的2.8m，梁顶宽33.0m，梁底宽26.0m。箱梁顶板厚度为28cm；底板厚度由跨中32cm 渐变到根部80cm；腹板在支点附近厚度为60cm，跨中段厚度为50cm[3]。

图2 桥梁总体布置及主梁断面构造图（cm）

主墩采用矩形实心墩，墩梁固结形式，如图3 所示，为了满足转体球铰安装的需要，承台需设置为上、下层，上承台厚2.5m，下承台厚4.5m（含上、下承台间隙0.8m，为操作空间）。上、下承台均采用C40 混凝土，下球铰的局部承压范围内采用C50 混凝土。主墩承台基础采用16 根直径1.5m桩基[3]。

图3 主墩一般构造（单位：cm）

根据与铁路相关部门的沟通以及调研跨越铁路桥梁的相关工程案例，确定本桥采用转体施工工艺，具体施工顺序如下：首先在满堂支架上沿京广铁路与省道253 中间地带（在铁路限界外）搭设支架浇筑主梁，主梁施工完成后，利用设置在墩底的球铰，采用无平衡重转体，实现平面转动，将桥梁结构转动到位。通过计算分析:转体重量为1.4 万吨，转体时长约80 分钟。

2 转体系统设计

2.1 转体系统概述

转体系统主要由上、下转盘、球铰和牵引体系等组成。下转盘包括主墩下承台、环道、牵引反力座和千斤顶底座等，环道仅起稳定的作用。上转盘包括主墩上承台、撑脚和牵引体系，是转体系统较为重要的部位之一，其受力也较为复杂。球铰包括上、下球铰，其作用是将转动体系的重量传递给下转盘及承台桩基础，亦是转动系统的核心。牵引体系主要由牵引钢绞线、千斤顶、多台辅助千斤顶组成（辅助启动作用），为结构转体提供牵引动力。

2.1.1 下转盘

下转盘为转体结构的传力基础，转体到位后，与上转盘通过钢筋连接，然后浇筑形成永久承台。下转盘构造图如图4 所示，下转盘除球铰下局部采用C50 混凝土，其余均为C40 混凝土，下转盘横桥向尺寸为14.6m，顺桥向尺寸为14.6m，厚度为3.7m。球铰位于下转盘的正上方，下转盘承受转体重量并将其传递到基础，其上设不锈钢板的环形滑道、2 个牵引反力座和16 个千斤顶底座。

2.1.2 球铰

球铰是平转法施工转动系统的核心，最常用的有混凝土球铰和钢球铰两种，考虑到本桥转体重量较大，采用钢球铰形式[2]。球铰分为上、下球铰，分别与上、下转盘相连，下球铰面板上镶嵌填充聚四氟乙烯滑板，并涂抹四氟黄油粉润滑，与上球面板组成摩擦副，上下球铰通过定位销轴连接，同时球铰的摩擦副设置防尘装置。

2.1.3 上转盘

上转盘长和宽均为11.5m，高2.5m，考虑到其横向受力的复杂性，防止转体过程中出现开裂，设置了两种规格的预应力束。同时在上转盘中提前预埋固定牵引索，待转体就位后，连接上下转盘的预埋钢筋，浇筑上下转盘间隙的混凝土。上转盘沿环道均匀布置了8 组撑脚，主要起到预防偏载、稳定的作用。

图4 下转盘构造图（单位：cm）

2.1.4 牵引系统

牵引体系主要由牵引钢绞线、牵引千斤顶、多台辅助千斤顶组成，为结构转体提供牵引动力。

2.2 牵引力计算

牵引力必须克服球铰的上下球面相对滑动的摩擦力矩。其计算方法如下：球铰的球面半径较大，而矢高很小，可近似承重面为均匀圆面，球铰大圆面半径为R2，中心定位轴孔半径为R1。计算简图如图5 所示。

图5 牵转力矩计算简图

3 结束语

本工程项目于2017 年底开工，已于2019 年4 月2 日凌晨转体成功。该转体桥是广东省同类型桥梁中一次性转体重量最重、转体角度最大的公路桥梁。桥梁在转体施工过程中，球铰、转盘等关键部位工作一切正常，启动力50T，转动力35T。

转体施工因其施工快速、对交通影响最小等显著特点，在跨越山（河）谷、跨线跨铁路桥应用十分广泛，随着转体桥型多样化、转体重量大、转体要求高等情况下，转体结构应根据结构自身特点合理选择转体方案和转体系统，对转体过程的结构受力和稳定性进行全过程计算，加强关键部位的构造设计和工艺设计，确保转体施工万无一失。