永临结合的墩顶转体法在铁路连续梁桥施工中的应用研究

2019-01-23邹永伟徐升桥高静青

铁道标准设计 2019年2期

李辉,邹永伟,徐升桥,高静青,鲍薇

(中铁工程设计咨询集团有限公司桥梁工程设计研究院,北京 100055)

1 国内外桥梁转体法施工的现状

转体法施工是指将桥梁结构在非设计轴线位置制作(浇筑或拼接)成形后，转体就位的一种施工方法。转体法分为竖转法、平转法、竖转与平转结合法，其优点是能较好地克服桥下障碍，减少对桥下交通的影响，施工速度快、造价低。竖转法多应用于拱桥[1]，平转法主要应用于斜拉桥、T构桥、连续梁桥和拱桥。

平转法于1976年首创于维也纳多瑙河运河桥的施工中，并因其要求的施工设备少、操作简便且安全性较高，在我国公路桥梁建设中应用较多。国内首座采用转体法施工的铁路桥梁为大秦铁路配套工程—大秦至京秦下行联络线大里营转体斜拉桥[2]，主桥跨径(50+40.75) m。近年来在高速铁路建设中，转体法在连续梁桥设计施工中的应用也逐渐增多。部分平转法施工桥梁见表1。

转体桥梁大多采用墩底转体法施工，转体合龙前墩梁进行临时固结，转体系统布置于地面上，施工较为方便，例如北京市五环路(45+65+95+40) m转体斜拉桥[6]。

图1 北京市五环路斜拉桥(转体前)

但当桥墩较高、桥墩体量较大或基础地下水位埋深较浅时，采用墩底转体会导致转体质量、转盘和上下球铰体量以及基础尺寸和防护工程数量等均大幅增加，最终通常会导致主跨跨径也相应增大。因此在近年来的工程中也先后出现了一些墩顶及墩中间转体的施工实例。例如北京市西六环跨丰沙铁路斜拉桥[7]，主桥全长263 m，桥面宽30.26 m，为减少转体质量，采用墩顶转体法施工(图2)。康祁公路永定河大桥[8]上跨丰沙铁路、永定河及既有村道，桥梁布置为(58+93+97+58) m刚构连续梁桥，转体桥墩墩高56 m，为保证结构安全，控制转体质量，降低施工难度，转体球铰安装于桥墩中部(图3)。

图3 康祁公路永定河大桥(转体后)

上述两项转体工程，虽然转体部位与墩底转体有所区别，但转体机构的布置形式与墩底转体完全相同，在桥梁转体就位后，全部转体机构作为施工临时设备均被封闭于桥墩混凝土中，其本质上与墩底转体是一致的。并且为了放置及封闭全部转体机构，局部结构尺寸需要加大较多。见图4、图5。

图4 北京市西六环跨丰沙铁路斜拉桥墩顶局部加大

图5 康祁公路永定河大桥转体桥墩局部加大

2012年10月湘桂铁路扩能改造工程下行联络线跨东外环特大桥，采用墩顶转体跨越武广高速铁路，该桥为单线铁路桥，桥跨布置为(40+64+40) m，转体质量1 900 t。该桥原设计为在武广高速铁路接触网送电之前采用悬臂浇筑法完成连续梁施工，后来因为高铁提前送电并开通运营，导致原设计无法实施。此时连续梁中墩墩身已经施工了8 m。为减少对高速铁路运输的干扰，保证运营安全、减少工程浪费，故将连续梁变更设计为墩顶转体法施工。该工程用钢结构搭制了转体下转盘，在转体桥梁合龙后，进行体系转换，拆除下转盘及施工支架。与墩底转体相比，此种施工工法减少了转体质量，降低了施工难度，但临时工程费用较高，工程代价较大。见图6。

图6 湘桂铁路下行联络线特大桥墩顶临时转盘

2 墩顶转体法研究的必要性

与墩底转体相比，墩顶转体法减少了转体质量，降低了球铰的制造、运输及安装的难度和费用[7]；转体结构布置于墩顶，承台结构尺寸较小，有利于减小主跨跨径和转体长度，承台基坑的防护工程数量也相应减少；转体重心降低，提高了转体的稳定性；同时无需等待梁体转体就位后再封闭基坑，大大缩短了承台基坑敞口时间，对于跨越线路的安全性有较大提高。因此墩顶转体法将会成为铁路连续梁桥转体施工新的发展方向，应用前景广泛。

目前制约墩顶转体法大规模应用的主要原因有以下两点：(1)墩顶位置有限，常规转体机构的布设和桥梁支点处结构形式及支座位置等相互冲突；(2)如何使转体机构适应桥梁在使用过程中的要求。

综上所述，针对转体球铰的结构特点，结合永久支座布置及桥梁的抗震要求，提出既能满足转体施工需要，又能满足桥梁结构正常使用功能的安全可靠、经济合理的墩顶转体系统及配套施工工艺，是目前迫切需要解决的问题。

3 永临结合的墩顶转体系统研究

常规铁路连续梁桥，墩顶空间较小，中支点位置梁底至墩顶高度一般为0.6～0.8 m，墩顶平面尺寸根据垫石布置、顶梁需要及墩身尺寸确定。常规铁路连续梁桥立面布置见图7。

图7 常规铁路连续梁桥立面布置示意(单位：cm)

为布置墩顶转体系统，需对桥梁中支点处的墩顶和梁体结构做如下改变：墩顶设置下转盘，梁底设置圆形上转盘；上下转盘间设置圆形转台，转台布置于两永久支座中间，圆形转台与墩顶接触位置设置球铰；转体就位后，圆形转台作为防落梁设施永久保留。墩顶转体系统立面布置见图8，墩顶转体系统平面布置见图9。

图8 墩顶转体系统立面布置(单位：cm)

图9 墩顶转体系统平面布置(单位：cm)

为适应墩顶转体的要求，在对传统转体施工方法深入研究的基础上，提出了如下优化与改进措施。

(1)引入钢管混凝土[9-10]转台，大大减小了上转盘结构尺寸。

(2)在转台设计中引入夹层钢板，通过抽取夹层钢板，实现转体球铰到防落梁挡块的功能转换。

(3)在转体系统中取消助推千斤顶反力座，并通过增大牵引索及牵引索反力座安全储备的方法，达到既优化了转体系统尺寸，简化了结构构造，又能保证施工安全的双重效果。

(4)结合转体系统布置于墩顶的特点，对支撑体系进行优化，将转体系统临时撑脚数量减少为4组。

(5)提出了与墩顶转体相配套的永久支座设计及安装方法。

(6)提出了与墩顶转体相适应的桥墩及梁体构造，梁部图纸仍采用悬浇施工的通用参考图，仅对0号块进行局部调整，可以更好地适应工法变更。

(7)提出了桥梁墩顶转体、永久支座安装、结构体系转换等全套的施工工艺。

4 推广应用前景

转体桥梁具有不影响相交道路或铁路运营的优点，是跨线桥梁的首选方案。墩顶转体法施工的铁路连续梁桥，减轻了转体质量，降低了施工难度，减少了跨线施工对既有线路运营安全的影响，大大降低了施工安全风险，经济效应显著。

以张呼高速铁路怀安站特大桥为例，该桥跨越京包铁路桥跨布置为(60+100+60) m连续梁，采用墩顶转体法，转体质量减小3 800 t，减少了基坑防护和止水费用，与墩底施工方法相比，全桥可节省投资1 000万元左右。

墩顶转体施工的铁路连续梁，梁部图纸仍主要采用悬浇施工的部通用参考图，仅对桥墩顶帽及连续梁0号块进行局部构造调整，下部基础及墩身与悬浇施工桥梁完全一致，对于施工方法变更具有较强的适应性。例如，京张高速铁路新保安高架特大桥跨沙西货场的(69+112+69) m连续梁，原设计采用挂篮悬臂浇筑法施工，主墩32号墩墩顶梁段已经悬臂浇筑至9号块，31号主墩因受制于改移进度滞后的高压线安全距离影响，墩帽及墩顶梁段一直无法开展施工。为避免桥梁梁部进入冬施，后将31号墩一侧的梁体施工方法变更为现浇施工+墩顶转体，顺利保证了桥梁施工的工期要求。

目前，已有张呼高铁、京张高铁、广清城际铁路等多条线路共计10余处工点，相继完成了永临结合的墩顶转体铁路连续梁施工，具体见表2。