转体施工

【苏州市苏南运河整治工程指挥部 苏州 215002】

摘 要：苏南运河苏州段北津桥为主跨65m变截面箱形预应力混凝土连续刚构，于1994年10月建成。主桥采用转体施工，本文仅就该桥的转体施工工艺作简要介绍。 关键词：桥梁 转体施工 工艺 1 工程概况

北津桥位于苏南运河苏州段浒墅关镇北端。原桥是一座双曲拱人行桥，建于70年代初期，由于通航孔桥跨小，船舶流量大，航道堵塞及撞桥事故经常发生，三根主拱肋全部被撞掉，成为严重的危险碍航桥梁，这次苏南运河整治被列为改建桥梁。为了确保航道在施工期间不断航，经有关专家反复商讨，决定主桥施工采用转体工艺，这在平原地区连续刚构桥型中，特别在航运繁忙的苏南运河上尚属首次。该桥由上海城建学院设计研究院设计，浙江湖州镇西桥梁工程公司施工。 1.1 技术标准

桥面净宽：净-7+2×1.5m； 车辆荷载：汽车-20，挂车-100； 人群荷载：3.5kN/m2；

通航净空：50×7m(通航净宽×最高设计通航水位以上净高)。 1.2 桥型总体布置

北津桥桥型布置如图1所示。 图1 北津桥总体布置图

桥梁全长327.46m，主桥为一组变截面箱形预应力混凝土连续刚构(40+65+40)m；东引桥为5跨梁，长20m预应力混凝土简支转换成连续梁；西引桥为5跨梁，其中2跨为长20m预应力混凝土简支转换成连续梁，另3跨为长13m的简支板。 1.3 施工工期

北津桥1993年3月15日开工，1994年10月竣工，工期较长。其主要原因是由于该桥位于房屋密集区，拆迁房屋数量达4900m2，直到1993年底房屋拆迁工作才基本结束。在此期间一直处于边拆迁、边施工状态，影响了该桥的施工进度。 2 转体工艺 2.1 转盘设计

北津桥的转动体系构造见图2。转盘设计与常用的四氟板环道、钢滚轮、钢转轴和卷扬机滑轮牵引系统有所不同，结构较简单，其主要部件是一个现浇的混凝土球铰，混凝土标号为C40，可形象地称为“磨盘”。下磨盘称磨心，上磨盘称磨盖。磨心直径1.9m，顶面是一个球面，矢高仅10cm。磨盖以上部分的全部重量约1200t，重心通过磨心中心。磨盖直径5.84m，周边下面对称设置4个钢筋混凝土支撑脚，藉以控制转体不平衡引起的倾斜，并用作转体驱动力的传力杆，转体所需驱动力是由千斤顶提供。磨心顶面涂有润滑脂，起润滑作用。

图2 北津桥转动体系构造图 2.2 主要施工步骤 2.2.1 磨心制作

主要依靠母线样板在混凝土终凝前反复刮制，确保磨心顶面的施工精度符合设计要求。 2.2.2 磨盖制作

首先在制作好的磨心顶面上沿周边10cm的范围内垫上三层油毛毡，目的是使该部位磨盖与磨心顶面保持一定的间隙，以防止转体时发生卡死现象，然后铺上三层塑料薄膜，立侧模后直接在上面浇筑磨盖。 2.2.3 球铰研磨、上油

待磨盖达到一定的强度后，提起磨盖，撕掉塑料薄膜和油毛毡，再将磨盖安装在磨心上，以人工转动研磨，使磨盖和磨心顶面吻合、密贴又转动灵活。开始约需30人方能推动，逐渐减少到8～10人，磨心、磨盖接触面积要求达到70%以上。随即将磨心顶面清洗干净、晾干后，涂上2～3mm厚普通润滑脂作为润滑剂。再合上磨盖试转，要求一个普通的工人用距磨心中心3m长的推杆即可使磨盖旋转360°，则此道工序验收合格。这虽然十分简易，但必须切实做好，因为这是近1200t的转体得以顺利转动的基本保证。验收合格后，磨心、磨盖的接触面必须再一次彻底清洗干净，并在磨心球顶面上均匀涂抹3～5mm厚的普通润滑脂，盖上磨盖，将其固定好，就可进行下道工序的施工。 2.2.4 箱梁施工

平行于河岸搭设支架，在支架上浇筑混凝土，可节省部分钢筋，施工进度也较快。 2.2.5 转体

箱梁落架后，拆除固定磨盖的固定件，使磨盖四周全部悬空，整个转动体系的重量都落在磨心上，至此转动体系即已形成，观察结构一切正常就可准备转体。北津桥转体采用2台150t的普通千斤顶斜卧在承台顶面，千斤顶的一端对准磨盖的支撑脚，另一端靠在临时后座上。在承台沿磨盖支撑脚所在环道上预先设置了许多缺口，用以设置千斤顶后座。北津桥东、西主墩上箱梁转体都比较顺利，整个转体过程十分平稳，最大驱动力为700kN，旋转83°共用3h,充分显示了工艺简单、施工方便、安全的特点。转体合拢后，详细测定并调整中线和箱梁顶标高。 2.2.6 封盘

转体合拢后，必须间隔一个时期后方能封盘，封盘时温度宜控制在年平均气温，以减少混凝土收缩、徐变、温度变化引起的弹塑性变形对结构内力的影响。 3 应力监测

为了积累转体桥设计和施工经验，工程指挥部委托上海城建学院建设工程测试中心对北津桥进行了监测。

3.1 磨心与磨盖测点布置

图3为磨心测点布置图，共10只钢弦式应变传感器均匀地布置，目的是尽可能准确地反映出磨心上的压应力。图4为磨盖中测点布置，为了解上部构造重量的作用及转体过程中在磨盖顶部产生的拉应力大小，故在磨盖最大负弯矩截面的受拉部位(顶面)布置3只传感器。

图3 图4 3.2 临测结果

图5为实测磨心各测点的应变时程曲线(未经混凝土收缩和温度变化修正)，图6为磨心、磨盖各测点平均应变的时程曲线(经混凝土收缩和温度变化修正)。 3.3 测试结论

测试结果表明：北津桥在转体过程中，磨盘、墩壁、箱梁根部等部位实际承受的应力与设计计算值基本相等，说明设计是合理的，施工是精确的，工艺是成功的。 图5图6

(1)由磨心实测竖直应变可知，转体时磨心受力不均匀。这是由于磨心制作时不可能理想光滑，个别测点有应力集中现象。由于磨心处于三向受力状态，极限压应力较高，磨心不会因为个别应力集中而破坏。

(2)磨盖受力为双悬臂状态，其顶部拉应力较小，不会开裂，是安全的。

(3)磨盘转体时，设作用在磨心上的实测总压力为P和作用在磨盖立柱上水平千斤顶的推力为F，可推导出转体系统摩擦系数μK的计算公式：

式中：MK——作用在磨盖上的旋转力矩，在本工程中MK=2FR2； Ｆ——作用在磨盖支撑脚上千斤顶的水平推力； R1——磨心半径，R1=0.95m；

R2——千斤顶作用点至磨心中心的距离，R2=2.94m。

在旋转过程中，一台千斤顶的推力F在175～220kN之间变化，也就是旋转启动后，摩阻系数μK在0.063～0.079范围内变化。说明这类磨盘采用润滑脂作润滑剂，能大大减少转体所需顶推力，使桥梁转体极为省力。 4 技术经济分析

(1)连续体系箱梁采用转体施工与用挂篮施工相比，它具有结构合理、施工荷载小、节约施工用料、降低造价的优点。现将北津桥和兴贤桥作一简单比较：

兴贤桥是一座同期在浒关镇建造的横跨苏南运河的桥梁，主桥桥型为三跨连续箱梁。其桥型结构、荷载等级、桥宽、桥长等与北津桥基本一致，且由同一个施工队伍中标承建，但兴贤桥采用了挂篮施工。北津桥主桥与兴贤桥主桥相比，混凝土指标：上部是兴贤桥的78%，下部是兴贤桥的36.8%；钢材指标：上部是兴贤桥的85.3%，下部是兴贤桥的74.2%；钢绞线指标是兴贤桥的72.3%。北津桥的总造价为676.74万元，兴贤桥的总造价为3.56万元，北津桥总造价是兴贤桥的75.7%。两桥主桥每平方米的材料指标见表1。 北津桥和兴贤桥主桥每平方米的材料指标 表1 桥名 桥型 主跨 (m) 载重

标准 混凝土(m3) 钢材(kg) 合 计

上部 下部 钢筋 钢铰线 混凝土 (m2) 钢材 (kg)

上部 下部 上部 北津桥 连续梁 65 汽-20

挂-100 0.60 0.56 75.08 34.15 22.69 1.16 131.92 兴贤桥 连续刚构 60 汽-20

挂-100 0.77 1.52 88.00 60.14 31.40 2.29 179.54

从表1分析的结果可以看出，采用转体施工材料比较节省，因而成本降低，减少了投资，经济效益是明显的。

(2)转体施工与挂篮施工相比，由于箱梁在陆地支架上浇筑，不像挂篮施工受节段自重的，使分段零碎，它可以分得较长，能加快施工进度。

(3)转体施工与挂篮施工相比，设备简单，施工方便，质量容易控制。它变挂篮施工的高空作业为岸边陆地作业，对预拱度(挠度)也比挂篮施工易于控制，对施工和航行安全也较有保障。 (4)转体施工经济合理，容易推广，具有很强的生命力。 5 体会

(1)北津桥的转体设施有些地方有待进一步改进、完善。如支撑脚与承台顶面的设计间隙太小时，旋转很容易卡住；太大时，万一转体失稳就起不到平衡作用。究竟多大间隙或采用什么支撑形式为宜，值得深入探讨。

(2)施工方案的选择很重要，直接关系到工程造价和工程进度。桥梁转体施工具有结构合理、受力明确、工艺简便、节约材料，施工周期短、安全可靠的特点。在通航航道上采用转体施工工艺，优点较多，基本上达到不断航施工要求，具有社会效益好、工程造价低的优点，对船舶流量大、断航困难的情况尤其适宜。这种桥梁施工技术无论山区还是平原，无论农村或者城市，无论在航道、公路和铁路施工中都具有很大的推广价值。