双幅同步转体施工T型刚构桥设计浅析

2013-09-06赵云鹏

森林工程 2013年4期

赵云鹏

（辽宁省交通规划设计院，沈阳 110166）

1 概述

凌源至绥中高速公路建昌至兴城支线跨越京哈客运专线（秦沈段），跨越处铁路里程为高速公路K77+278.00，交角为 69.4°。起点里程为 K76+760.00，终点里程为 K77+440.00，全长 680.0 m（不计入耳墙长度），桥孔布置为:左幅（10×40）+（2×80）+（3×40）m;右幅为（12×40）+（2×80）+40 m。单幅全桥宽度为11.60 m，主桥为（2－80）mT型刚构，桥面和结构均为分幅的布置形式，转体法施工。引桥为先简支后连续装配式预应力混凝土T梁，桥面和结构均为分幅的布置形式，预制架设法施工。

2 工程地质、水文地质、地震烈度等自然情况

2.1 地层岩性

通过对桥位区地质勘察可知，该桥揭露的地层主要为粉质粘土、角砾（Q4），花岗岩（γ25），分述如下:

①粉质粘土:黄褐色，稍湿，可塑。［fa0］=150 kPa，qik=45 kPa。②角砾:黄色，很湿，中密，一般粒径20～40 mm，含量占25%，颗粒呈棱角形，充填砂类土。［fa0］=300 kPa，qik=100 kPa。③花岗岩:全风化花岗岩:黄褐色，结构构造基本破坏，有残余结构强度，岩芯呈砂土状，钻进速度2.8 m/h。［fa0］=260 kPa，qik=60 kPa。强风化花岗岩:褐灰色，结构大部分破坏，节理裂隙发育，岩芯呈砂砾状，少量碎石状，碎石一般粒径2～5 cm，锤击易碎，岩芯表面粗糙。［fa0］=500 kPa，qik=160 kPa。中风化花岗岩:黄褐色，中粒结构，块状构造，节理裂隙发育，矿物成分石英和长石，岩芯呈碎块状、短柱状，柱长多为5～11 cm，锤击声脆。［fa0］=1 800 kPa。

2.2 地震设计参数

根据《中国地震动峰值加速度区划图》GB18300—2001图A及《中国地震动反应谱特征周期区划图》GB18300—2001图B可知:桥位区地震动峰值加速度为0.05 g，地震基本烈度Ⅵ度，反应谱特征周期为0.35 s。

2.3 水文地质特征

桥址区沟谷干涸无水，只是在雨季时有短暂流水，地下水水位标高为33.2 m左右。

地下水类型为SO4—HCO3—Ca—Mg型水，地下水对砼无腐蚀性。

大气降水入渗补给为主要补给方式，受季节和气候的影响，水位变化较大。地下水位埋深为5.4～6.7 m，地下水类型为基岩裂隙水。

2.4 区域地质构造

桥位区位于阴山纬向构造体系中，位于大兴安岭－太行山新华构造体系东缘的交接部位，地质构造十分复杂，所处一级构造单元为中朝准地台，地壳基本稳定。

桥位区地势稍有起伏，在基础开挖时应注意，斜坡自然状态下稳定。

3 主桥设计要点

该主桥位于直线段上，桥梁设计为双向四车道，为分幅桥，单幅桥宽为11.60 m，左右幅桥间净距0.45 m。桥跨布置为80 m+80 m预应力混凝土T形刚构，采用挂篮悬臂浇筑、平面转体的施工方法，左右幅在铁路的两侧分别进行悬臂浇筑施工，同时进行转体施工［2－4，6］，转体长度为 64 m+64 m，转体段挂篮悬浇施工完成后转体与边墩旁支架现浇段完成合拢。

主桥自处于 1.01078%的上坡路段和－1.821 17%的下坡路段及R=12 000.0 m凸型竖曲线上。变坡点的道路里程为K77+31.00，变坡点高程为66.0 m。

3.1 上部结构设计

主梁横断面采用单箱单室直腹板截面，中墩顶处4.0 m段为等高段，梁高8.2 m，由中墩顶至跨中方向57.5 m为变高段，梁高经1.8次抛物线渐变至3.5 m，合拢段及边跨现浇段为3.5 m等高段。

箱梁顶板宽11.6 m，两侧悬臂2.7 m，悬臂端厚0.18 m，根部厚0.7 m。箱梁顶板厚由0.6 m渐变至0.28，再由0.28 渐变至0.9 m;底板厚0.6 m渐变至0.32，再由0.32渐变至0.9 m，墩顶处厚1.1 m;腹板厚由0.8 m 渐变至0.6 m，再由0.6 m渐变至0.8 m。箱梁构造顶、底板平行，坡度同路线横坡，左右幅均是向路线外侧的2%。腹板竖直，为平行四边形构造。

主桥共设4道墩顶横梁，其中主墩处每道横梁厚1.0 m横梁设置150×100 cm通行人孔，过渡墩墩顶横梁厚1.45 m。跨中横梁厚50 cm，设置150×100 cm通行人孔。边支点附近箱梁底板设置φ100 cm永久检查人孔。

主梁采用纵、横、竖三向预应力体系。纵横预应力束采用Φs15.2高强度低松弛钢绞线，标准强度均fpk=1 860 MPa，采用预埋塑料波纹管制孔，群锚锚固。其中纵向预应力束分为顶板束、腹板束和底板束，其中纵向悬浇顶板束、腹板束采用22－Φs15.2、19－Φs15.2钢绞线，顶、底板合拢束采用15－Φs15.2、13－Φs15.2、11－Φs15.2钢绞线;顶板横向预应力束采用3－Φs15.2钢绞线;墩顶横梁采用19 －Φs15.2 钢绞线［3，5］。

竖向预应力束采用JL32精轧螺纹钢筋，每道腹板双排布置，基本间距为0.5 m。

3.2 下部结构设计

T构中墩采用墩梁固结，单箱单室矩形截面，墩身为620×400 cm空心墩。基础为φ150 cm桩基础。过渡墩采用680×180 cm实心墩。基础为φ150 cm桩基础。过渡墩处与本桥相接的引桥为装配式预应力混凝土预制T梁，主引桥梁高不等，为保证主引桥顺接，设计中将过渡墩盖梁设计成带台阶式的钢筋混凝土盖梁，盖梁高2.0 m，宽2.4 m。

3.3 主要附属设施设计要点

桥面铺装:采用8 cm沥青混凝土+防水层+8 cmC50混凝土。

安全防护:全桥均设置防撞墙，其中跨越铁路处外侧设置双层防撞设施，内侧采用SS级加强型防撞护栏，外侧采用SS级防撞墙，防撞护栏与防撞墙间净距为0.5 m，跨越铁路桥孔外侧防撞墙顶设置高2.75 m防落网，防落网网眼尺寸为5 mm×5 mm。两幅桥内侧缝隙盖10 cm厚钢筋混凝土封闭板。为进一步保证铁路的安全运营，在防撞强侧面预埋螺栓及法兰，安装异物侵限检测网。

4 转动系统设计

转体结构由转体下盘、球铰、上转盘、转动牵引系统等组成（如图1、图2所示）。

图1 转动系统总立面图/cmFig.1 The general elevation of the rotation system/cm

图2 转动系统总平面图/cmFig.2 The master plan of the rotation system/cm

转体下盘为支撑转体结构全部重量的基础，转体完成后与上转盘共同形成桥梁基础。下转盘上设置转动系统的下球铰、保险撑脚环形滑道及转体拽拉千斤顶反力座等。千斤顶反力座用于转体的启动、止动和姿态微调等。

球铰直径为φ3 900 mm，定位中心转轴的直径为φ270 mm。分上下两片，是转体施工的转动体系，而转动体系的核心是转动球铰，它是转体施工的关键结构，制作及安装精度要求很高，必须精心制作，精心安装。球铰由上下两块钢质球面板组成，上面板为凸面，通过圆锥台与上部的牵转盘连接，上转盘就位于牵转盘上;下面板为凹面，嵌固于下转盘顶面。上下面板均为40 mm厚的钢板压制而成的球面，背部设置肋条，防止在加工、运输过程中变形，并方便球铰的定位，以及加强与周围混凝土的连接。钢球铰面在工厂制造加工，在下球铰面上按设计位置铣钻四氟板镶嵌孔。下球铰顶面安装后镶嵌760块φ6 cm的聚四氟乙烯滑动片，上下面板之间填充黄油聚四氟乙烯粉［2－3］。

转体上盘是转体的重要结构，在整个转体过程中形成一个多向、立体的受力状态，上盘布有纵向预应力筋。上盘边长1 200 cm，高270 cm;转台直径φ1 100 cm，高度80 cm。转台是球铰、撑脚与上盘相连接的部分，又是转体牵引力直接施加的部位。转台内预埋转体牵引索，预埋端采用P型锚具，同一对索的锚固端在同一直径线上并对称于圆心，注意每根索的预埋高度和牵引方向应一致，每根索埋入转盘长度大于300 cm，每对索的出口点对称于转盘中心。牵引索外露部分圆顺地缠绕在转盘周围，互不干扰地搁置于预埋钢筋上，并作好保护措施，防止施工过程中钢绞线损伤或严重生锈。待上转盘混凝土达到设计强度后，进行整个转动系统支承体系的转换。抽去垫板使转台支承于球铰上。施加转动力矩，使转台绕球铰中心轴转动。检查球铰的运转是否正常，测定其摩擦系数，为转体施工提供依据［4］。

摩擦系数按下式测算:

μ=3M/（2RG）;μ－摩擦系数;M－转动力矩（tm）;G－转台总重量（t）。

设计静摩擦系数为0.1，动摩擦系数为0.05，若测出的摩擦系数较设计出入较大，应分析找出原因，并作相应处理。

转体上盘撑脚即为转体时支撑转体结构平稳的保险腿。从转体时保险腿的受力情况考虑，转体对称的两个保险腿之间的中心线与上盘纵向中心线重合，使8个保险腿对称分布于纵轴线的两侧。在撑脚的下方（即下盘顶面）设有130 cm宽的滑道，滑道半径为500 cm，转体时保险腿可在滑道内滑动，以保持转体结构平稳。要求整个滑道面在一个水平面上，其相对高差≯2 mm［5］。

每个上盘下设有8个撑脚，每个撑脚为双圆柱形，下设24 mm厚钢板。双柱为两个φ800 mm×24 mm的钢管，全桥撑脚钢管内灌注C50微膨胀混凝土。撑脚在工厂整体制造后运进工地，在下盘混凝土灌注完成上球铰安装就位时即安装撑脚，并在撑脚走板下支垫6mm钢板（作为转体结构与滑道的间隙）［6－7］。