桥梁转体施工在交叉桥梁中的应用研究

韦 楼

(广西桂海高速公路有限公司，广西 来宾 546100)

0 引言

随着科学技术的不断进步，桥梁施工技术取得了长足进步，特别是以转体施工为代表的无支架施工技术得到了较为广泛的推广应用。转体施工技术的出现，极大减小桥梁建设的地域范围限制，倡导了一种新的桥梁建设思想：将桥梁分阶段建设，半跨结构在偏离轴线处施工，成型后通过转体施工将两部分旋转就位，在跨中位置合龙。与传统桥梁施工技术相比，转体施工能够使用特殊的施工技术在深谷急流导致难以吊装的特殊环境下跨越河流，具有安全、便捷和整体性能佳的特点。随着转体施工技术和理论研究的逐步深入，万吨级别、超常悬臂的转体桥梁也逐渐出现在桥梁建设领域中。随着转体施工技术的不断发展，转体施工技术的应用范围，已经从山区到平原地区，从拱桥到斜拉桥、连续梁桥和刚构桥，从竖转到平转再到竖平转相结合的方式。

查阅当前文献，对于转体施工技术的应用例子较多，但对于转体施工技术原理和技术控制的研究相对较少，因此本文对转体施工原理和关键技术控制进行了研究，以期为今后类似工程提供一定的理论支持。

1 转体施工技术概要

1.1 桥梁转体施工工艺的工作原理

桥梁转体施工，就是在桥台或桥墩上安装转动轴心，通过转动轴心将桥梁分为上下两个部位，上部可以整体旋转，下部则为固定墩台和基础，这样可以将上下两部分的浇筑工序分开，上部结构可以选择在别处预制或者顺着跨越物建造，然后运至转台进行旋转施工。对于施工旋转角度则可以灵活设置，大大方便了跨越特殊环境的桥梁工程的施工。具体转体如图1所示。

图1 转体结构立面图

1.2 转体施工分类及组成

根据梁板结构的转动方向，转体施工可以分为竖转施工、平转施工和平竖转相结合施工。近年来对于大跨径桥梁应用更多的则是平竖转相结合的施工方式。对于竖转施工，可以分为向下和向上两种方式；对于平转施工，则可以分为平衡转动体系施工和无平衡转动体系施工，具体分类如图2所示。

图2 转体施工方法分类图

根据图2，对转体施工的不同转体方法进行简要介绍：

1.2.1 竖转法

对于竖转体系，在转体施工时由于拉索的水平角度较小，因此产生的竖向分力也较小，因而只有在拉索索力脱架时最大，鉴于梁板需要实现从多点支撑到铰支撑再到扣点处索支承的一个整体过程，为了保证顺转脱架成功，在提升索点安置千斤顶用以助升。

根据转体角度的不同，竖向转体可以分为正角度和负角度转体，前者又称为“旋转降低法”，该方法将桥梁在跨中分为两端，然后在端部沿竖直方向进行预制，接着将两段向前方旋转施工，在跨中进行合龙施工；负角度转体则与正角度转体施工顺序相反，从最下方向上方旋转，然后进行合龙施工。

1.2.2 平转法

根据转体体系施工控制平衡方式的不同，平转法施工分为平衡转动体转体施工和无平衡转动体施工两种：

1.2.2.1 平衡转动体转体施工

对于平衡转动体，其重心需要落在球铰中心，然后以球铰中心为圆心进行转体施工。根据平衡方式的不同，平衡转动体施工又分为自平衡转体施工和配重转体施工。前者是指依靠结构自身就能够实现平衡，同时能够满足转体施工阶段对于结构强度的受力要求，因此在施工中需要对梁体强度达到一定要求并进行确认后才能进行进一步的转体施工；后者是指自身无法实现整体平衡，需要进行配重才能实现平衡，使得整体转动体系的重心在球铰中心，从而进行进一步的转体施工。

1.2.2.2 无平衡重转体施工

无平衡转动体系，主要由锚固体系、转动体系和位控体系组成。相对平衡转动体转体施工，无平衡重转体施工则是利用锚固体系达到整体平衡，节省了施工中对于平衡体系的控制，然后利用转动体系和位控体系，实现桥梁转体施工合龙。

1.2.3 平竖转相结合转体施工

对于平竖转相结合的转体施工方式，则是充分借鉴了竖转的施工方便和平转的作业范围大的优点，在大跨径拱桥的施工中得到了较为充分的应用。

1.3 桥梁转体施工特点

与传统悬吊拼装法、桁架伸臂法和支架安装法相比，转体施工具有如下优势：

(1)适用范围广。相比传统施工方式对于施工环境和工期的严格要求，转体施工则对于环境要求较低，对于跨越深谷、湍急水流、公铁立交以及自然保护区等施工环境要求苛刻的跨越桥梁具有很好的适用性，尤其是一些跨径较大的钢筋混凝土桥梁。

(2)费用较低。转体施工是依靠结构自身旋转，然后进行合龙，因此在施工过程中不需要吊装设备的辅助，节约了辅助费用。鉴于转体施工工艺简便易行，转体的质量由桥墩或桥台承担，因此承载力较大，转动稳定可靠。

(3)施工简单。桥梁上部结构可以采用整体预制的方式，而预制结构的整体性强、稳定性好，更能保证上部结构受力平衡；同时因转体施工对于施工环境和辅助设备要求较低，铰磨、滑轮即可完成上部结构的转体就位，大大节省了施工时间，对于成本控制和工期控制具有一定的促进作用。

2 转体施工关键技术控制

保证桥梁转体施工的顺利进行以及实现桥梁转体施工“转得动、转得稳、转得准”的目标，需要在转动体系构成、布置和稳定性控制方面做好控制，以高标准进行要求。

2.1 转动体系构成

桥梁转体施工的关键在于转动体系。转动体系主要包括上转盘、下转盘和转动接触面，具体如图3所示。

图3 转盘剖面图

桥梁转体施工时，桥梁的整体重心集中在转盘处，因此要实现上部构造转动的顺利进行，不仅需要对桥型的刚度和质量有一定的要求，而且对转动体系的设计和支座也需要进行合理的计算。对于转动体系，需要满足转动灵活和安全稳定两个要求。根据计算和工程实践，球形铰支由于具有强度高、转动灵活和可重复性利用的特点，在当前工程中得到了较为广泛的应用。

2.1.1 上转盘设计与制作

对于上转盘，主要用来承受转动体系的质量，并通过接触凹凸性球面传递至下转盘上。传递受力结构如图4所示。

图4 承重系统示意图

由于上转盘需要有较高的强度、刚度，同时对于接触面积要求较高。为了施工方便，往往需要浇筑直径略大于设计直径的圆盘，在达到一定强度后再进行磨光处理；同时为了上下转盘间转动的灵活，需要在上下转盘之间涂抹润滑剂。

为了上磨盘和上转盘的良好粘结，需要在上磨盘打磨完毕后，将上磨盘和上转盘整体浇筑，这样既可以减轻后续吊装质量，方便施工；也可以在后期圆盘转动过程中发现问题并及时处理，避免在加载转动期间出现问题影响施工进程。

2.1.2 下转盘设计与制作

对于下转盘，主要用来承受上转盘传递过来的竖向力，同时由于上下转盘直接接触，因压力产生的摩擦力作用很大，所以对于下转盘的材料多选择抗压承载能力较强的钢筋混凝土结构。基于对减小摩擦力的考虑，上下转盘接触面多进行粘贴聚四氟乙烯板，具体如图5所示。

图5 下转盘平面图

由于下转盘轴心承受上部转动体系的全部重量且需要进行转动施工，因此对下转盘的强度、刚度和光滑度有较高的要求。对下转盘施工多采用钢筋混凝土结构，同时采用严格的施工(加螺旋网筋)、养护、打磨(先粗磨后精磨)工艺，保证打磨后的混凝土具有足够的光滑度，直至呈水磨石状。

2.2 转动体系布置

转动体系的布置，主要由牵引及助推系统、防过转微调和测量系统组成。

(1)关于转动牵引系统，为了增大动力和稳定性的目的，多采用全液压、自动和连续运行的系统。对于上转盘，通过固定在上转盘预埋件上的牵引索，逐次沿着既定索道排列缠绕后穿过千斤顶。见图6。

图6 顶推牵引系统示意图

(2)为了避免发生过转现象，设置微调系统进行调节。这是在转体施工快到临界位置时，通过微调调节直至最终设计位置，避免了转体过快带来的过转危害；同时对于转体施工速度也有一定程度的提高。

(3)关于测量系统，则是通过在转体上布置测量点的方式对转体施工过程中进行位置测量，实时了解转体施工状态，对于进一步的施工提供基础数据支持。在转体施工完毕后，进行测量能够很好地保证施工精度，可以极大方便后期助推施工，降低对牵引设备的功率要求，同时助推过程稳定性较好。

2.3 转体稳定性控制

对于转体施工，稳定性控制是施工成败的关键因素。对于转体施工稳定性的控制，目前主要针对以下两个方面进行：

2.3.1 转动体倾覆稳定性控制

在梁体浇筑养护支架拆除后，对于转体施工的过程，转动体采取自平衡或采取配重平衡，对转体施工的安全性具有重要的控制性作用。对于转动体的平衡体系，在支架拆除后将会出现以下情况：

(1)转动体球铰的摩擦阻力小于转动体不平衡力矩，即在支架拆除后，转体部分在自身重力作用下不会发生转动，需要借助外力才能进行转体施工。

(2)转动体球铰的摩擦阻力大于转动体不平衡力矩，这意味着在支架拆除完毕后，转动体在自身不平衡力矩作用下会发生转动。

鉴于上述转动体的平衡关系，在桥梁转体施工准备中，尤其是一些转动体较重的情况下，为了确保转体过程的稳定和安全，需要在转体施工中对转体部分的不平衡力矩进行计算和验证，为转体施工提供理论支撑。

2.3.2 拱肋屈曲稳定性控制

转体施工过程中，拱肋的稳定性是需要重点关注的关键技术。目前对于拱肋的稳定性的研究，仅限于光滑的理想拱轴线，而在实际施工过程中，理想拱轴线并不可能存在。同时在桥梁转体施工过程中，为了减轻自身重量，往往通过采用薄壁的方式以达到减轻自重、方便施工的目的，因此桥梁在整体转体施工过程和二期荷载加载过程中，整体结构的稳定性问题是关乎转体施工成败的关键性因素。特别是钢箱薄壁界面拱肋结构，由于主拱结构转体施工合龙的前后施工过程中容易发生加劲肋板和侧板的局部应力集中而发生屈曲现象。在二期混凝土的浇筑过程中，鉴于初期混凝土没有承载力，加上转体施工中无法采取有效的支架体系，因此在二期混凝土浇筑过程中，桥梁容易因为应力集中而发生平面外屈曲。

3 结语

对于跨越深谷、急流以及跨越公路、铁路的桥梁，转体施工得到了较为充分的应用。根据上述分析，转体施工具有以下特点：

(1)混凝土轴心转动体系，制作方便，承压大、稳定性好；(2)主要施工体系在上部完成，对于环境适应性强；(3)节省大量吊装费用，尤其是对跨越深谷急流、重要公路铁路等难以采取有效支架措施或采取支架体系费用较高的情况，能够节约大量成本，优越性较强。

转体施工在我国起步较晚，但是随着基础设施的大量建设，得到了较为广泛的应用，因此对于今后转体施工技术的应用，需要国内相关专家和学者进行科研攻关；随着新技术新材料的发展，一些新型材料在转体施工中会得到更为充分的应用，如新型高强混凝土、新型纤维材料等一系列材料，结合转体施工技术会有更好的工程适用性。

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