杭黄铁路上跨皖赣线转体桥梁设计

金　城

(中铁第四勘察设计院集团有限公司　武汉　430062)

杭黄铁路上跨皖赣线转体桥梁设计

金城

(中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430062)

摘要以实际工程为背景，介绍了跨越皖赣铁路转体桥的设计条件，上、下结构设计和球面转动体系的设计要点，以及结构分析情况。该设计方案解决了交通运输繁忙的铁路跨线桥建设中的难题，与同等规模的其他桥型相比优势明显。

关键词转体施工桥梁球面转动体系设计

杭黄铁路跨既有皖赣线铁路桥位于黄山市绩溪县扬之水村境内，是杭黄铁路建设的重点工点之一。杭黄铁路在DK240+062段与既有皖赣铁路斜交，斜交角度为44°。

鉴于既有皖赣线为营运铁路，为减小对铁路运营安全的影响，设计人员在安全、适用、经济、美观的前提下，对跨越既有皖赣线铁路桥梁进行了多个桥型方案的设计比较，最终采用主桥64 m+116 m+116 m+64 m连续梁方案，其中跨越既有皖赣线采用平面转体施工。立面布置见图1。

图1　立面布置图(单位：cm)

1主要设计条件

(1) 铁路等级。客运专线250 km/h。

(2) 设计活载[1]。铁路，双线ZK活载。

2主桥上、下部结构设计

上部结构为单箱单室预应力混凝土箱梁，梁高由支点处8.9 m渐变至端部5.2 m。箱梁横断面全宽12.2 m，其中悬臂2.75 m，底板宽8.6 m。主梁为预应力混凝土结构，转体前需达到设计强度并张拉完毕，转体到位后需先合龙边跨，再合龙中跨。

主墩为圆端型实体桥墩，墩高8 m，顺线路方向为4.5 m，横桥向为10.5 m，主墩与梁部采用球型钢支座连接，转动墩设置临时支墩把梁体与主墩固结，主墩与承台之间设置球面转动支座，转体重量为8 343 t。

为了保证主梁施工不影响皖赣铁路的正常营运，且考虑桥梁受力的科学合理性及施工便利，该桥不在底部设置张拉槽口，所有预应力筋的张拉均在箱体内进行，避免转体结束后还需挂模对底板张拉槽进行封锚浇筑而影响铁路的正常运营。

3转动体系设计

目前转动体系主要有平面转动体系与球面转动体系2种，在我国施工技术均成熟。如沪昆客专跨武广客专的南西联络线特大桥斜拉转体(转动重量约14 500 t)，贵州水柏铁路北盘江大桥转体(转动重量约12 000 t)等采用了球面转动体系；广东佛山的东平大桥转体(转动重量约15 000 t)采用了平面转动体系。平面转动体系具有加工简单、工程费用相对较低等优点，但是球面转动体系具有滑动性好、平衡称重及纠偏能力较好、转动体系所要求的平面空间较小等优点。

本桥经过初步设计阶段论证，最终采用球面转动体系。其由下转盘、球铰、上转盘、转体牵引系统、助推系统、轴线微调系统组成。转动体系总体布置见图2。

图2　转动体系布置图(单位：cm)

(1) 转体下转盘。下转盘是转体重要支撑结构，布置有转体系统的下球铰、撑脚的环形滑道、转体牵引系统的反力座、助推系统、轴线微调系统等。下转盘置于下承台直径11.0 m、高1.0 m的圆槽内，布置有局部承压钢筋网以及连接钢筋。通过在下转盘预埋型钢骨架的方式，将转动系统的下球铰、撑脚的环行滑道设置在C50混凝土结构的下转盘上。转体完成后，通过封铰混凝土将下转盘与上转盘共同组成承台。

(2) 球铰。本桥设计转动重量8 343 t，球铰竖向承载力按90 000 kN设计。本桥转动体系采用钢球铰，分上下2片，平面直径3 000 mm，球面直径6 000 mm。球铰是转动体系的核心，需精确安装并在精密对位后锁定，球铰安装完后在上下球铰吻合面外周用胶带缠绕密封，防止杂物进入球铰摩擦部位[2]。

(3) 转体上转盘撑脚与下转盘滑道。上转盘撑脚为转体时保持转体结构平稳的保险腿。从保持转体结构的稳定性和方便施工出发，在上转盘周围对称布置8个撑脚。在撑脚的下方(即下盘顶面)设有1.2 m宽的滑道，滑道中心半径4.5 m，转体时保险撑脚可在滑道内滑动，以保持转体结构平稳。为保证转体的顺利实施，要求整个滑道面在一个水平面上，其相对高差不大于0.5 mm。每个撑脚为双圆柱形，下设20 mm厚钢走板。双圆柱为2个直径900 mm×8 mm的钢管，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，在下转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10 mm钢板(作为转体结构与滑道的间隙)。上转盘施工完成后抽掉垫板。转动前在接触下滑道的支撑腿下面铺装3 mm四氟滑板，并在转动过程中及时添加，以减小转动时的摩擦力。

(4) 转体上转盘。上转盘在整个转体过程中以受压为主，根据上转盘的结构外形，布置有多层钢筋网及抗剪钢材、钢筋，施工时应绑扎好各钢

筋、钢材，同时注意预埋桥墩伸入上转盘钢筋。上转盘是球铰、撑脚与上转盘相连接的部分，又是转体牵引力直接施加的部分。施工时在布设牵引索时应注意：①同一对索的锚固端在同一直径线上并对称于圆心，每根索的预埋高度和牵引方向应一致；②每根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；③作好保护措施，防止施工过程中钢绞线损坏或生锈。

待上盘混凝土达到设计强度后，进行整个转体系统支承体系转换。抽去垫板使转台支承于球铰上。施加转动力矩，使转台沿球铰中心轴转动。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结构分析

根据目前规范对结构进行了如下计算：①牵引力计算；②承台结构计算；③空间动力分析；④颤振稳定性验算；⑤结构抗风性能计算分析；⑥风致平转效应计算，主要计算横向风导致平转弯矩作用下撑脚的受力情况；⑦风致结构内力计算，主要计算了风致内力的控制截面在转体过程中的受力情况；⑧转体结构曲屈稳定分析。

以上计算结果表明，本桥在施工过程及后期营运阶段均处于安全状态，且计算结果满足现行规范要求。

5结语

转体桥梁能较好地解决在高山峡谷、水深流急或经常通航的河道上架设大跨度构造物的难题，尤其是对交通运输繁忙的城市立交桥和铁路跨线桥，其优势更加明显，与同等规模的其他桥梁相比其建造费用相当。目前我国转体桥梁的最大转体吨位达到了2.24万t，随着新技术、新工艺的不断应用，该方法会更加安全可靠、操作简便、实施快速、降低造价，在桥梁建设中将发挥越来越大的作用。

本文介绍的桥梁的转体吨位不到9 000 t，小吨位的转体桥在我国报道不多，因此本设计将为跨越营运线路时的桥式方案提供参考。目前该桥已进入施工阶段，预计2016年中旬完成转体施工。

参考文献

[1]TB10621-2014高速铁路设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2014.

[2]杨自政.客运专线转体桥球铰封固混凝土施工技术[J].铁道标准设计，2011(7)：46-49.

收稿日期：2015-02-09

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.006