省道南鹤公路南渡江特大桥设计简介

省道南鹤公路南渡江特大桥设计简介

陈聪

陈聪

中国瑞林工程技术有限公司深圳分公司

摘要：近年来随着交通运输事业的快速发展，桥梁转体施工技术得到了更加广泛的应用。无论是在山区崇山峻岭、深山峡谷的单孔拱桥工地，还是在平原地区的跨河、跨线和市政立交桥上，转体施工都以其施工简易、质量可靠、施工安全、经济、不干扰既有公路、航道、铁路的运输等独特优势显现出强大的竞争力和生命力。本文以南渡江特大桥（净跨190m上承式箱型拱桥）为例，对其主桥设计及转体施工工艺进行简要阐述。

关键词：上承式箱型拱桥净跨190m转动体系转体施工

1工程概况

南鹤公路是湖北省鹤峰县境内重要的干线公路，是连接鹤峰县东部五里乡、走马镇、铁炉乡三大乡镇的重要通道，又是鹤峰县和恩施州其它各县通达湖南、广东等省的重要省际出口通道。本项目是南鹤公路上的一座山区特大跨度钢筋混凝土拱桥，桥梁净跨190m，桥高163m。

2总体设计及桥跨布置

本桥全长272.276m。主桥净跨190.0m，位于直线段，走马岸为2孔18.6m引桥，位于缓和曲线和圆曲线内，鹤峰岸为1孔25.0m引桥，位于缓和曲线内。桥面纵向设置双向1.0%的纵坡；桥高163.0m。横断面布置为净9.0m行车道+两侧0.5m的防撞墙，总宽10.0m。

3主桥上部结构

主孔为上承式普通钢筋砼箱形拱桥，净跨190.0m，净矢高38.0m，净矢跨比1/5，拱轴系数m=1.988。主拱圈为等截面悬链线单箱双室箱形拱。

上承式普通钢筋混凝土箱形拱桥由主拱圈和拱上建筑组成。全桥拱上建筑由11孔跨度18.6m的装配式预制小箱梁桥组成，全桥按三联设计，联跨组合为(2.93+2×18.6m)+(11×18.6m)+(25.0+2.53m)，即只在交界墩背墙处设伸缩缝，联内跨间以及桥台处设桥面连续。拱上建筑包括垫梁、立柱、盖梁、简支小箱梁以及桥面铺装砼。

主拱圈箱宽7.50m，高3.3m，拱箱侧腹板、中腹板之间中至中距离为3.02m，顶、底板厚0.3m，侧腹板和中腹板厚0.38m，每个室的四角设有0.5m×0.2m倒角。每排立柱下和每排立柱间（两道）设有拱箱横隔板，横隔板厚度为0.25m。拱脚至第二道横隔板长度范围内设置顶、底加厚段，顶、底板厚度由30cm加厚至拱脚断面的50cm。

垫梁设在每排立柱下，主要作用是扩散立柱集中力对主拱圈的作用。垫梁宽度1.3m，长度7.50m，靠拱顶一侧高度0.5m。

拱上立柱横桥向为三根，三根立柱分别支承在主拱圈的边

腹板和中腹板上。拱上建筑三片小箱梁梁的中心对应立柱布置，立柱间距3.28m，立柱间不设横系梁。

立柱上盖梁宽1.6m，高0.8m，长8.5m，由于立柱直接承担小箱梁的竖向作用力，盖梁主要承担立柱系梁以及抗震挡块功能。

盖梁以上的行车道桥面系选用跨径18.6m的C50简支预应混凝土小箱梁作为拱上建筑的基本结构。这种结构的优点在于自重轻、外观美观，可以在两岸的劲性骨架的预拼装场地预制，材料用量比空心板更省。

拱上小孔每一孔横向设3片小箱梁，梁中距离3.35m，小箱梁高1.2m，中梁预制宽度2.4m，边梁预制宽度2.85m。湿接缝宽度0.95m，端部和跨中设置横隔板。小箱梁行车道板上设有10-16.7cm厚的钢筋混凝土桥面铺装。

4主桥下部结构

主桥下部结构包括下盘基础、上盘、交界墩背墙和转体设施：磨心、磨盖、保险墩等。

由于本桥主拱圈采用转体工艺施工，主桥转动体系的上、下盘之间在转体合拢后用封盘砼封填密实形成整体。

普通钢筋砼球铰分为下球铰（磨心）和上球铰（磨盖），磨心直径为2.6m，下球铰是一个高出基础下盘顶面10cm的“圆饼”状的砼实体。球铰表面是一个矢高10cm左右的凸形球缺面，它是承受全部转动体系质量的关键部位；采用C50砼，磨心顶面的压应力是13.5MPa。

上转盘是把整个转动体系质量传递给磨心的一个厚重的大体积砼实体，受力复杂，但通过局部应力分析，可以十分可靠的用三向预应力把上转盘设计成一个可靠的刚体，保证在施工的全过程，上转盘单独通过磨心承受全部转体重量时，任一截面都有足够的压应力储备。

交界墩背墙采用空心墩形式，宽9.0m，厚4.0m，高约41m；磨心轴线设在主孔起拱线处。背墙不仅在转体阶段起平衡重心的作用，还是扣索和背索的反力墙，在形成转动体系过程中，通过逐级交替张拉扣索、背索钢绞线，最终实现脱架形成转动体系以便转体。通过有效的施工监控，保证交界墩墩顶位移满足规范，墩身任何截面在任何工况下都受压为主，不发生不允许的拉应力。

由于主桥采用转体施工工艺设计，主桥除考虑永久性基础设计外，为保证转动体系制作及转体过程中的安全，在永久性基础外，转动体系可能转动的范围内均需浇筑临时基础，临时基础可采用片石砼，但必须保证临时基础落于可靠岩面上。

本桥由于桥台基础落在陡峭的山腰上，基坑开挖石方量大，基坑边坡不但高、陡，基坑开挖时根据岩石的岩性情况可适当调整开挖边坡的坡度。

基坑开挖边坡应根据开挖揭露的岩性现场调整，为确保大桥施工及运营期的安全，必要时边坡采用喷锚防护。或者采用光面爆破，以减少开挖范围。

5转动体系构造

转出的桥体是带混凝土底板的小直径钢管混凝土劲性骨架，是半跨钢—混组合结构的拱形空间网架。下弦是宽7.5m、15cm厚的钢筋混凝土底板，它把三片上弦是φ377×12mm的钢管混凝土杆件和腹杆是双肢角钢2∠110×10的平面桁架联成整体，桁架中—中距离为3.4m，桁架的纵向节间距离约为2.9m，它的腹杆、上平联以及横剖面上的横向剪刀撑都用型钢通过节点板联结形成几何不变的、稳定的三角形。劲性骨架交叉腹杆选用加强型角钢，即在∠110×10的两肢端加焊2φ25钢筋。这种转动体系的特点是重量轻、刚度和强度大。转动体系构造见下图（图4~6）：

下盘基础、磨心球铰、环道与撑脚（亦称保险墩）、上转盘、交界墩背墙、拉杆扣索、带砼底板的劲行骨架组成一个完整的转体体系。

转体阶段，上弦为空钢管，转动体系质量为5145t，其重心基本控制在磨心处，向后偏心约3cm。扣索拉力为7340KN。本桥按“中心承重转体”的构思设计。

6桥梁施工重难点——有平衡重转体施工

本桥主拱圈跨度190m，跨越南渡江。采用有平衡重转体施工。

所谓有平衡重转体施工就是在两岸利用地形，开挖出土牛拱胎，按照尽量少挖、少破坏植被、保护生态的原则选择合理的拱胎底模制作轴线，搭设简易支架，安装简易支架之间的简支钢桁架，在钢桁架上铺设半跨拱圈的底模板，要求底模板安装牢靠、标高符合设计，要求钢桁架能承受浇筑底板砼的荷载。并且要求能够方便的拆除底模板。在岸边支架上焊接组装劲性骨架，浇筑部分底板砼，形成半跨整体的带砼底板的小直径钢管砼劲性骨架，待强度形成。穿扣索、背索，然后逐级交替张拉背索、扣索，实现脱架，形成转动体系，转体，实现合拢成拱，再在劲性骨架拱圈上逐段浇筑侧壁、二期底板和顶板砼，形成设计断面的单箱双室主拱圈。

为了使带砼底板的小直径钢管砼劲性骨架能平稳脱架，要在土牛拱胎端部拱顶处对应腹板的下方设置一排三个坚固稳妥的支撑柱，以备放置千斤顶辅助脱架。支撑柱高度以方便千斤顶操作为原则。

通过张拉扣索、背索钢绞线把半跨带砼底板的小直径钢管砼劲性骨架和桥墩背墙、上盘联结成一个完整的转动体系，整个转动体系约5145t完全支承在磨心上，四周的保险墩在环道上完全脱空，转动体系的重心基本就在磨心上，真正实现中心承重的设计意图。转动体系脱架后即可用普通千斤顶平稳地驱动转体合拢。半跨转动体系，转体90度一般需12小时。

当钢管混凝土劲性骨架转体合拢后，即可将转动体系上、下盘之间的空隙以及上盘背后基坑超挖的部分用混凝土封填，再将钢管混凝土劲性骨架拱顶段接头接好，然后灌注上弦管内微膨胀C50砼。至此，在两岸桥台之间，河沟的高空已架设好一个有足够刚度、强度和稳定安全系数的空间拱形骨架，在这个拱形骨架上按设计加载程序无支架先浇筑拱圈侧壁和中腹板的混凝土，再加厚底板混凝土，最后浇拱圈顶板混凝土形成单箱双室的钢筋混凝土主拱圈。此时即可松去拉索，实现体系转换成为拱式结构。原有劲性骨架中的钢管、角钢均被包裹在主拱圈的混凝土内，成为主拱圈内的劲性配筋。

7结语

①转体桥的转体过程可以按“中心承重”的思路来设计构思，转动体系在转体过程中的稳定是可以保证的。

②普通钢筋砼球铰完全是在工地上用常规的材料和施工方法加工制作，不但工艺简单，而且质量标准明确、容易控制，特别是在山区交通不便的深山峡谷需要修建转体桥的桥位，普通钢筋砼球铰更会显示出强大的生命力。

参考文献：

［1］肖硕刚梅志军等人合著．用普通钢筋砼球铰修建转体桥．中国土木工程学会桥梁及结构工程分会，2012.05．