淺析橋梁轉(zhuǎn)體施工工藝與關(guān)鍵技術(shù)

孫海波

摘要：橋梁轉(zhuǎn)體施工是指將橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計(jì)軸線位置制作（澆注或拼接）成形后，通過轉(zhuǎn)體就位的一種施工方法。它可以將在障礙上空的作業(yè)轉(zhuǎn)化為岸上或近地面的作業(yè)。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，它可分為豎向轉(zhuǎn)體施工法、水平轉(zhuǎn)體施工法（簡稱豎轉(zhuǎn)法和平轉(zhuǎn)法）以及平轉(zhuǎn)與豎轉(zhuǎn)相結(jié)合的方法，其中以平轉(zhuǎn)法應(yīng)用最多。本文論述了橋梁施工工藝的特點(diǎn)、工藝流程及施工方法，認(rèn)為此工藝為東北地區(qū)填補(bǔ)了橋梁轉(zhuǎn)體施工的空白。

關(guān)鍵詞：橋梁轉(zhuǎn)體 施工工藝 關(guān)鍵技術(shù)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁無支架施工不斷出現(xiàn)新工藝，轉(zhuǎn)體施工就是其中的一種。橋梁轉(zhuǎn)體施工適用跨越深谷急流、難以吊裝的特殊河道，具有節(jié)省吊裝費(fèi)用，安全、可靠、整體性好等特點(diǎn)。

1 橋梁轉(zhuǎn)體施工工藝的工作原理

所謂橋梁轉(zhuǎn)體施工工藝的工作原理，就像挖掘機(jī)鏟臂隨意旋轉(zhuǎn)一樣，在橋臺(單孔橋)或橋墩(多孔橋)上分別預(yù)制一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸心，以轉(zhuǎn)動(dòng)軸心為界把橋梁分為上、下兩部分，上部整體旋轉(zhuǎn)，下部為固定墩臺、基礎(chǔ)，這樣可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，上部構(gòu)造可在路堤上或河岸上預(yù)制，旋轉(zhuǎn)角度也可根據(jù)地形隨意旋轉(zhuǎn)。

2 橋梁轉(zhuǎn)體施工工藝的特點(diǎn)

2.1 橋梁轉(zhuǎn)體施工工藝適用于跨徑較大的單孔或多孔鋼筋混凝土橋梁施工。尤其適用于跨越深谷、水深流急和公鐵立交、風(fēng)景勝地、自然保護(hù)區(qū)等施工受限制的現(xiàn)場。

2.2 由于橋梁轉(zhuǎn)體施工是靠結(jié)構(gòu)自身旋轉(zhuǎn)就位，不用吊裝設(shè)備 ，并可節(jié)省大量支架木材或鋼材。

2.3 采用混凝土軸心轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體工藝簡便易行，轉(zhuǎn)體重量全部由橋墩(或橋臺)球面混凝土軸心承受，承載力大，轉(zhuǎn)動(dòng)安全、平衡、可靠。

2.4 可將半孔上部結(jié)構(gòu)整體預(yù)制，結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，更能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能的合理性。

2.5 施工工藝和所用施工機(jī)械簡單，轉(zhuǎn)體時(shí)僅需兩盤絞磨、幾組滑輪即可使上部結(jié)構(gòu)在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)體就位，簡便易行，易于掌握，便于推廣。

3 轉(zhuǎn)體施工法的關(guān)鍵技術(shù)

轉(zhuǎn)體施工法的關(guān)鍵技術(shù)問題是轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備與轉(zhuǎn)動(dòng)能力，施工過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和強(qiáng)度保證，結(jié)構(gòu)的合攏與體系的轉(zhuǎn)換。

3.1 豎轉(zhuǎn)法 豎轉(zhuǎn)法主要用于肋拱橋，拱肋通常在低位澆筑或拼裝，然后向上拉升達(dá)到設(shè)計(jì)位置，再合攏。

豎轉(zhuǎn)體系一般由牽引系統(tǒng)、索塔、拉索組成。豎轉(zhuǎn)的拉索索力在脫架時(shí)最大，因?yàn)榇藭r(shí)拉索的水平角最小，產(chǎn)生的豎向分力也最小，而且拱肋要實(shí)現(xiàn)從多跨支承到鉸支承和扣點(diǎn)處索支承的過渡，脫架時(shí)要完成結(jié)構(gòu)自身的變形與受力的轉(zhuǎn)化。為使豎轉(zhuǎn)脫架順利，有時(shí)需在提升索點(diǎn)安置助升千斤頂。

豎轉(zhuǎn)施工方案設(shè)計(jì)時(shí)，要合理安排豎轉(zhuǎn)體系。索塔高、支架高（拼裝位置高），則水平交角也大，脫架提升力也相對小，但索塔、拼裝支架受力（特別是受壓穩(wěn)定問題）也大，材料用量也多；反之亦然。在豎轉(zhuǎn)過程中，主要要考慮索塔的受力和拱肋的受力，尤其是風(fēng)力的作用。

在施工工藝上，豎轉(zhuǎn)鉸的構(gòu)造與安裝精度，索鞍與牽轉(zhuǎn)動(dòng)力裝置，索塔和錨固系統(tǒng)是保證豎轉(zhuǎn)質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)順利和安全的關(guān)鍵所在。國內(nèi)的拱橋基本上為無鉸拱，豎轉(zhuǎn)鉸是施工臨時(shí)構(gòu)造，所以，豎轉(zhuǎn)鉸的結(jié)構(gòu)與精度應(yīng)綜合考慮滿足施工要求和降低造價(jià)?？鐝捷^小時(shí)，可采用插銷式，跨徑較大時(shí)可采用滾軸。拉索的牽引系統(tǒng)當(dāng)跨徑較小時(shí)，可采用卷揚(yáng)機(jī)牽引；跨徑較大，要求牽引力較大，牽引索也較多時(shí)，則應(yīng)采用千斤頂液壓同步系統(tǒng)。

3.2 平轉(zhuǎn)法 平轉(zhuǎn)法的轉(zhuǎn)動(dòng)體系主要有轉(zhuǎn)動(dòng)支承系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動(dòng)牽引系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)。

轉(zhuǎn)動(dòng)支承系統(tǒng)是平轉(zhuǎn)法施工的關(guān)鍵設(shè)備，由上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤構(gòu)成。上轉(zhuǎn)盤支承轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，下轉(zhuǎn)盤與基礎(chǔ)相聯(lián)。通過上轉(zhuǎn)盤相對于下轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到轉(zhuǎn)體目的。轉(zhuǎn)動(dòng)支承系統(tǒng)必須兼顧轉(zhuǎn)體、承重及平衡等多種功能。按轉(zhuǎn)動(dòng)支承時(shí)的平衡條件，轉(zhuǎn)動(dòng)支承可分為磨心支承、撐腳支承和磨心與撐腳共同支承三種類型。

磨心支承由中心撐壓面承受全部轉(zhuǎn)動(dòng)重量，通常在磨心插有定位轉(zhuǎn)軸。為了保證安全，通常在支承轉(zhuǎn)盤周圍設(shè)有支重輪或支撐腳正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，支重輪或承重腳不與滑道面接觸，一旦有傾覆傾向則起支承作用。在已轉(zhuǎn)體施工的橋梁中，一般要求此間隙從2～20mm，間隙越小對滑道面的高差要求越高。磨心支承有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在我國以采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主。上下轉(zhuǎn)盤弧形接觸面的混凝土均應(yīng)打磨光滑，再涂以二硫化銅或黃油四氟粉等潤滑劑，以減小摩擦系數(shù)（一般在0.03～0.06之間）。

撐腳支撐形式下轉(zhuǎn)盤為一環(huán)道，上轉(zhuǎn)盤的撐腳有4個(gè)或4個(gè)以上，以保持平轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定。轉(zhuǎn)動(dòng)過程支撐范圍大，抗傾穩(wěn)定性能好，但阻力力矩也隨之增大，而且環(huán)道與撐腳的施工精度要求較高，撐腳形式有采用滾輪，也有采用柱腳的。滾輪平轉(zhuǎn)時(shí)為滾動(dòng)摩擦，摩阻力小，但加工困難，而且常因加工精度不夠或變形使?jié)L輪不滾。采用柱腳平轉(zhuǎn)時(shí)為滑動(dòng)摩擦，通常用不銹鋼板加四氟板再涂黃油等潤滑劑，其加工精度比滾輪容易保證，通過精心施工，已有較多成功的例子。

第三類支承為磨心與撐腳共同支承。大里營立交橋采用一個(gè)撐腳與磨心共同作用的轉(zhuǎn)動(dòng)體系，在撐腳與磨心連線的垂直方向設(shè)有保護(hù)撐腳。如果撐腳多于一個(gè)，則支承點(diǎn)多于2個(gè)，上轉(zhuǎn)盤類似于超靜定結(jié)構(gòu)，在施工工藝上保證各支撐點(diǎn)受力基本符合設(shè)計(jì)要求比較困難。

水平轉(zhuǎn)體施工中，能否轉(zhuǎn)動(dòng)是一個(gè)很關(guān)鍵的技術(shù)問題。一般情況下可把啟動(dòng)摩擦系數(shù)設(shè)在0.06～0.08之問，有時(shí)為保證有足夠的啟動(dòng)力，按0.1配置啟動(dòng)力。因此減小摩阻力，提高轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是保證平轉(zhuǎn)順利實(shí)施的兩個(gè)關(guān)鍵。轉(zhuǎn)動(dòng)力通常安排在上轉(zhuǎn)盤的外側(cè)，以獲得較大的力臂。轉(zhuǎn)動(dòng)力可以是推力，也可以是拉力。推力由千斤頂施加，但千斤頂行程短，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中千斤頂安裝的工作量又很大，為保證平轉(zhuǎn)過程的連續(xù)性，所以單獨(dú)采用千斤頂頂推平轉(zhuǎn)的較少。轉(zhuǎn)動(dòng)力通常為拉力，轉(zhuǎn)動(dòng)重量小時(shí)，采用卷揚(yáng)機(jī)，轉(zhuǎn)體重量大時(shí)采用牽引千斤頂，有時(shí)還輔以助推千斤頂，用于克服啟動(dòng)時(shí)靜摩阻力與動(dòng)摩阻力之間的增量。

平轉(zhuǎn)過程中的平衡問題也是一個(gè)關(guān)鍵問題。對于斜拉橋、T構(gòu)橋以及帶懸臂的中承式拱橋等上部恒載在墩軸線方向基本對稱的結(jié)構(gòu)，一般以橋墩軸心為轉(zhuǎn)動(dòng)中心，為使重心降低，通常將轉(zhuǎn)盤設(shè)于墩底。對于單跨拱橋、斜腿剛構(gòu)等，平轉(zhuǎn)施工分為有平衡重與無平衡重轉(zhuǎn)體兩種。有平衡重時(shí)，上部結(jié)構(gòu)與橋臺一起作為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)懸臂長，重量輕，橋臺則相反，在設(shè)置轉(zhuǎn)軸中心時(shí)，盡可能遠(yuǎn)離上部結(jié)構(gòu)方向，以求得平衡，如果還不平衡，則需在臺后加平衡重；無平衡重轉(zhuǎn)體，只轉(zhuǎn)動(dòng)上部結(jié)構(gòu)部分，利用背索平衡，使結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體過程中被轉(zhuǎn)體部分始終為索和轉(zhuǎn)鉸處兩點(diǎn)支承的簡支結(jié)構(gòu)。

3.3 轉(zhuǎn)體施工受力 轉(zhuǎn)體施工的受力分析目的是保證結(jié)構(gòu)的平衡，以防傾覆；保證受力在容許值內(nèi)，以防結(jié)構(gòu)破壞；保證錨固體系的可靠性。轉(zhuǎn)體過程歷時(shí)較短，少則幾十分鐘，最多不超過一天，所以主要考慮施工荷載。在大風(fēng)地區(qū)按常見的風(fēng)力考慮，通常不考慮地震荷載和臺風(fēng)影響，這主要從工期選擇來保證。此外，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的變形控制、合攏構(gòu)造與體系轉(zhuǎn)換也是轉(zhuǎn)體施工應(yīng)考慮的重要問題。

橋梁轉(zhuǎn)體施工是近年出現(xiàn)的一種新工藝，最適宜在跨越深谷、急流及公鐵立交情況下采用，通過有平衡重和無平衡重兩橋試驗(yàn)結(jié)果分析。橋梁轉(zhuǎn)體施工工藝，無論從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是可行的和經(jīng)濟(jì)的，特殊橋位處采用此工藝最好。