西溪河大桥万吨转体系统设计

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· 施工技术与测量技术 ·
向预应力钢束采用 16 束 1515．24 钢绞线布置在球铰区上盘 顶面。在背索锚固端附近、 交界墩墩底的上盘顶面、 底面及拱 脚承压斜面的横向拉应力较大区域布置 100 束 415．24 钢绞 线。上盘布置了 618 根 32 mmPSB830 预应力用精轧螺纹钢。 转体系统上盘竖向、 横向预应力钢束在张拉完成后及时 压浆。上盘纵向预应力钢束在张拉完成后不压浆处理， 待转 体完成后拆除纵向预应力钢束并压浆封闭预应力孔道 。 2． 2 下盘结构 下盘为转体结构的基础， 支撑整个转体系统， 转体完成 后， 下盘与上盘连接成整体共同形成主拱基础 。 下盘在球铰 正下方， 为一个横桥向 30 m， 顺桥向 9．0 m， 厚度 3 m 的条形 基础， 其上部 1 m 在顺桥向前端加大形成半径 9 m 的圆盘。 下盘上设置有保险腿滑道 、 牵引反力座。 保险腿与滑道表面 预留 10 mm 间隙， 保险腿滑道上铺设 8 mm 厚钢板， 钢板上 涂润滑黄油及聚四氟乙烯复合材料滑板， 以降低保险腿与滑 道之间的滑动摩擦系数， 以降低转体时对牵引系统的要求， 降低工程造价。 2． 3 球铰结构 球铰为转体结构的转动中心， 连接上盘和下盘， 传递转 体结构的全部重量。转体球铰由上、 下两个球面及中心定位 轴组成， 球面采用 50 mm 厚的钢板加工成 40 mm 厚的球面， 球面半径 8．0 m， 上球面位于上盘底部， 为凸面， 下球面位于 转体下盘上， 为凹面， 球铰半径 1．99 m。 为防止球铰在加工、 运输过程中变形， 保证球铰与上、 下盘之间混凝土连接牢固， 球面背部设置多根径向及环向加劲肋 。 下球面钢板上设置 有滑片凹槽， 用来镶嵌聚四氟乙烯复合材料滑动片， 以减小 上、 下球面之间的摩察系数 。 球铰中心设置直径 270 mm 钢 定位轴， 上下球面设置定位轴套筒， 套筒直径 289 mm， 球面 之间及套筒间隙中均注入黄油， 黄油中掺入一定比例聚四氟 。 4 乙烯粉 球铰结构图如图 所示。
图2
转体系统组成
图3
转体上盘结构（ 单位： cm）
2． 1
上盘结构
上盘支承交界墩和拱肋， 并锚固背索， 转体时上盘单点 支撑在转动球铰上。上盘横向宽度 30 m， 纵向长度 21．6 m， 厚度 6．5 m。转体上盘结构如图 3 所示。 上盘采用横向、 纵向、 竖向三向预应力混凝土结构， 三向 预应力钢束的张拉和背索 、 扣索的张拉交替进行 。 上盘纵向
（ a） 正面 图6 交界墩顶帽构造 （ b） 侧面 （ a） 侧面 图5 （ b） 正面 交界墩构造（ 单位： cm）
2． 5
扣索 用来 扣索两端分别锚固在交界墩顶帽及拱肋悬臂前端，
平衡拱肋的悬臂重量， 拱肋的脱架也是通过张拉扣索来完 成， 转体时拱肋通过扣索悬吊于交界墩上， 拱肋转体到位后 可通过扣索来调整拱肋标高 。 扣索前端用 P 锚锚固在拱肋 下弦节点预设的锚梁上， 然后通过上弦节点处的转向块， 拉锚 于交界墩顶帽上。在转向块处， 扣索分散开成一排， 避免相互 打绞。扣索采用 8 束 15－75 的 1 860 MPa 级低松驰钢铰线。
3
结束语
成贵铁路西溪河大桥是成贵线的重点工程， 主跨采用 240 m 上承式铁路钢管砼提篮拱， 主拱圈采用半拱平转法施
4 工， 单铰转体重量达 1．4×10 t。该桥技术含量高，设计施工 难度大。转体施工是本桥的特色， 解决了特殊地形条件下主
拱肋安装的难题， 减少了高空作业， 大大降低了施工风险， 对 保证施工质量也有很大的帮助 。 本文全面的介绍了转体系 统的设计， 对今后同类型桥梁设计， 具有非常高的指导价值 。
图4
球铰结构（ 单位： mm）
2． 4
交界墩 交界墩作为扣索塔架通过扣索支承拱圈， 同时也起平衡
在交界墩墩顶顶帽端单端张拉， 主拱上的扣点设计为固定端。 2． 6 背索 背索采用 56 根 21－75 的 1 860 MPa 级低松驰钢铰线。 上端锚固于交界墩顶帽， 下端锚固与转体系统上盘上 。 也采 用单端张拉， 张拉端设置在交界墩墩顶 。 2． 7 牵引系统 牵引系统由牵引索、 反力座及连续张拉千斤顶三部分组 成。设计静摩擦系数按 0．1 控制， 动摩擦系数按 0．06 控制。 牵引索为两对（ 四束） 12－ 75 的 1 860 MPa 级钢铰线， 张拉 ZLD200 ZTB25 系统采用 型连续牵引千斤顶及相应的 油泵。 牵引反力座设于下盘之上， 共 4 个。 下盘据转动中心 7． 5m 半径的周围 均 匀 设 置 了 14 个 千 斤 顶 底 座， 千斤顶底座高 60cm。转体时根据监测数据的需要在合适的下盘底面上设 千斤顶， 调节上盘水平， 保证转体平衡进行（ 图 7） 。 （ 下转第 203 页）
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为了调整支架拼装时拱脚钢管内力及拱肋线型， 在拱脚 设竖向临时转动装置， 拱肋合龙后封闭临时转动装置 。 2． 9 主拱圈结构 主桥结构为上承式 X 型钢管混凝土提篮拱， 拱圈由两条 拱肋与横向连接系构成， 拱肋横向内倾 7．5° ， 拱趾处中心距 23．192 m， 拱顶拱肋中心距 8．71 m， 主拱轴线为悬链线， 拱轴 系数 m = 2．2， 矢跨比约 1 /4．4。 拱肋高 5．7 m， 宽 3．0 m， 每肋 由 4 肢 1 100×20 mm 钢管构成， 其上下弦各由两肢钢管与 20 mm 其间的两块 厚钢板联结呈哑铃形， 在拱肋的全长上
压重的作用。交界墩采用矩形空心墩。 空心墩设置于上盘 顶面， 墩高 52． 95 m。 由于转体扣索、 背索均锚固于其顶帽 上， 针对顶帽进行了加强设计 。顶帽及托盘采用 C40 钢筋混 凝土， 高度为 5．5 m， 纵向宽 5．2 m， 横向宽为 11．0 m。墩颈纵 向宽 5．2 m， 横向宽 8．4 m， 墩颈壁厚为 0．6 m， 墩身纵、 横两个 1， 1。交界墩构造图如图 5 方向放坡， 纵横向外坡 50 ∶ 内坡 60 ∶ 所示。 交界墩顶帽需要锚固扣索 、 背索， 受力复杂， 设计时在横 桥向布置 36 束 1215．24 钢绞线， 横向预应力钢束张拉完成 后孔道不压浆， 转体施工完成后扣索、 背索拆除后将横向预 应力拆除， 预应力孔道进行灌浆封闭处理（ 图 6） 。
预应力钢束采用 66 束 1915．24 钢绞线， 并设置 2 个备用预 应力孔道， 沿上盘底面均匀布置成两层， 两端张拉。 上盘横 ［ 2015－12－30 定稿日期］ ［ 作者简介］ 郭占元 （ 1981 ～ ） ， 男， 硕士研究生， 工程师， 从事工程设计工作。
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· 建筑设备与建筑材料 ·
2． 3 混凝土实体质量与生产管理 （ 1） 用聚羧酸高性能减水剂配制的混凝土， 用水量可减 50 kg 28 d 少 左右， 试 件 抗 压 强 度 可 达 到 设 计 值 的 140 %
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结论
在确保混凝土工 利用聚羧酸高性能减水剂配制混凝土，
安全需要有一定的后倾力 。 设计时球铰中心相对于转体中 心向前偏移了 0．18 m， 理论情况下后保险腿反力为 600 t， 但 是考虑施工偏差等因素， 在交界墩后侧的上盘顶预留有配重
图7 牵引系统结构
2． 8
拱脚临时竖向转动铰
区域， 可设置压重水箱或者砂箱， 转体前进行后保险腿称重， 600 t 若反力小于 则增加一定配重， 保证转体安全。
以上。 （ 2） 经过试验， 砂率增加 2 % 时， 实体回弹值 （ C30 ） 在 44．2 MPa， 与试验结果相符。宽幅试验得到验证。 （ 3） 定期（ 一个月） 对搅拌楼秤体进行校验 。 确保计量 准确， 是聚羧酸高性能减水剂有效使用的前提 。 （ 4） 原材料在堆放和使用时采用 “横堆竖切 ” 工艺， 确保 原材料的均化。
转体系统；
设计 【文献标志码】 B 确定主桥采用 240 m 的上承式钢管混凝土提篮拱 。 全桥孔 跨布置为： 3－32 m 预应力混凝土简支梁 +240 m 上承式钢管 砼提篮拱 +4－32 预应力混凝土简支梁， 全长 493．6 m。 主拱 肋采用在两岸形成半拱， 然后再单铰平转合龙的施工方法 。 全桥总布置图如图 1 所示。
1
工程概况
该桥位于贵州省 西溪河大桥是成贵铁路重点工程之一，
毕节市大方县与黔西县交界处， 跨越两县交界西溪河， 西溪 河河谷下切强烈， 河谷深度达约 260 m， 河谷两岸悬崖绝壁高 达约 180 m。结合现场地形， 经过多次专家论证及方案比选，
图1
全桥布置（ 单位： cm）
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转体系统设计
单铰平转系统以半拱为一转体单位， 先在两岸形成半拱 及转体系统， 两岸半拱分别转至桥梁轴线上进行拱肋合龙 。 西溪河大桥按小里程半拱逆时针平转 133° ， 大里程半拱顺时 120° 。 针平转 设计 整个转体系统由交界墩 、 上盘、 下盘、 球 铰、 扣索和背索、 牵转系统、 竖向临时转动铰、 半跨主拱圈及 4 平衡重组成。设计转体球铰承载力约为 1．4× 10 t。 转体系 统组成如图 2 所示。
· 施工技术与测量技术 ·
西溪河大桥万吨转体系统设计
郭占元，鄢
【摘
勇，李
锐，吴再新
（ 中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031）
4 要】 成贵铁路西溪河大桥主桥采用半拱单铰平面转体方法施工 ， 转体重量为 1．4×10 t。 文章详 细介绍了西溪河大桥的转体系统设计 。
【关键词】 单铰平面转体； 【中图分类号】 U445．465
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（ 上接第 200 页） 均为等截面； 从拱趾起拱肋两端各约 53．0 m 范围内实腹段， 其余为腹杆空腹区。主拱圈断面图如图 8 所示。
图8
主拱圈断面（ 单位： mm）
2． 10
平衡重 西溪河大桥半拱转体为非对称平衡转体， 转体时为保证
作性同时， 能降低混凝土水胶比， 保证混凝土的试块强度和 实体强度。是保证预拌混凝土质量稳定性的重要举措和必 经之路。为保证聚羧酸高性能减水剂的有效利用， 加强原材 料质量管理和配合比的管理是聚羧酸高性能减水剂使用的 最强有力保证。也为企业研发高性能混凝土奠定了基础 。
参 考 文 献 ［ 1］ 杨绍林， M］ ． 中国建筑工业出版社，2012． 张彩霞． 预拌混凝土［