东阳高速公路上跨京九铁路立交桥工程设计

摘要 转体桥施工在跨越深水、峡谷和既有线路等施工困难地形时，具有明显的优势。文章以东阳高速公路上跨京九铁路（2×75）m 预应力混凝土连续梁桥为工程依托，从总体方案出发，阐述了跨铁路转体桥的上、下部结构的设计要点，对上转盘、转体支座、下转盘及转体牵引系统等具体方案进行了重点说明，并给出转体桥的主要技术参数，为此类转体桥设计施工提供了一定的借鉴。

关键词 转体桥；计算分析；转体施工

中图分类号 U448. 21 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）04-0114-03

0 引言

转体桥施工在复杂的地形条件下，如跨越深水、峡谷及既有线时，有其特有优势。按转向的不同，将其划分为竖转法、平转法和平转竖转结合法，其中，平转法使用最为广泛。该文以一座新建桥梁工程为依托，详细阐述了上、下部结构和转体系统的设计要点，并给出转体桥的主要技术参数。以期为同类桥梁工程设计施工提供借鉴。

1 工程概述

东阳高速公路是山东省“十四五”综合交通运输发展规划的重点项目，起自东阿县铜城街道的东阿南枢纽，与高东高速和青兰高速连接。主线全长58.495 km，设计速度120 km/h，双向四车道，路基及小桥涵宽度27 m，大中桥宽26.5 m。路线于山东省阳谷县赵堂村北上跨京九铁路，设分离式立交。交叉里程桩号东阳K45+475=京九下行K461+474，交叉角90.9 °。

京九铁路为国铁Ⅰ级、双线电气化铁路，设计速度160 km/h。交叉处京九铁路为直线段，线间距4.1 m，路基总宽度13 m，路基高度3 m。两侧设有接触网立柱，通信光电缆等设备。实测上跨铁路处（转体影响范围）轨道顶面最大标高为40.6 m，桥下214#接触网支柱顶标高为48.66 m，转体影响范围内213#接触网支柱顶标高为48.88 m。

2 总体方案

跨京九铁路分离式立交平面位于直线上，桥面为双向2%横坡，纵断面位于半径17 550.701 m的竖曲线上，桥墩桥台径向设置。涉铁部分主桥起点桩号K45+353.0，终点桩号K45+503.0，主橋全长150 m，桥宽30.75 m，正交布设。上构为预应力混凝土连续箱梁，下构主墩为板式墩，基础均为承台、钻孔桩基础。

桥梁上跨京九铁路，铁路为双线电气化铁路，主桥布置应保证全过程中梁体与接触网带电体之间的距离≥0.5 m，且不超出既有线路的容许界限。在此基础上留出充足的安全间距^[1]，转体过程及成桥状态桥下净高最小值为9.98 m，满足不小于8.5 m的要求，充分考虑了施工净空要求，转体角度为逆时90.9 °。主桥采用2×75 m连续梁，转体施工，转体主墩位于既有京九铁路东侧，转体部分跨径组合为2×71.34 m，即两侧均预留3.66 m后浇段，转体就位后浇筑。转体采用一次转体就位，设计转体重量20 000 t。（见图1～2）

主桥转体就位前采用墩梁临时固结体系，转体就位主梁合龙后拆除临时固结，设置摩擦摆支座；15#主墩墩底设置转体系统，用于转体施工；14#、16#边墩墩顶设置摩擦摆支。

3 上部结构设计

3.1 桥面宽度

主桥标准横断面设计：2×[0.525 m（SS级护栏）+1.535 m（缓冲带）+0.565 m（HA级护栏）+11.75 m（行车道）+0.525 m（SS级护栏）+0.475 m（1/2分隔带）]=30.75 m。

3.2 梁体构造

主桥上部结构为（75+75）m预应力混凝土变高箱梁，路线中心线处梁高8 m（主墩位置）～3 m（标准段），在主墩顺桥向两侧67.5 m范围（桥墩结构边缘起算）采用1.8次抛物线渐变。主梁采用单箱四室斜腹板截面，整幅断面，梁顶设2%的双向坡，顶底平行，边腹板倾斜，斜率2.5∶1。箱梁顶板宽30.75 m，底板宽16.91 m（主墩位置）～20.91 m（标准段），两侧悬臂板长 4 m。箱梁顶板厚28 cm，底板厚由30 cm变厚至150 cm。边腹板板厚由60 cm变厚至90 cm，在主墩根部变厚至120 cm。中腹板板厚由60 cm变厚至90 cm，在主墩根部变厚至130 cm。悬臂板端部厚20 cm，根部板厚70 cm。端横梁厚度为2 m，中横梁厚度为4 m。

3.3 梁体分段

主桥转体前采用满堂支架现浇施工，将整个箱梁划分为4个梁段，其中0号梁段在支点处长10 m，随后进行15 m的L1号梁段、20 m的L2号梁段、31.34 m的L3号梁段浇筑，在梁体转动到位后浇筑3.42 m边跨现浇段。

主梁采用纵向、横向、竖向的三向预应力体系，按全预应力混凝土构件进行设计。纵向预应力：采用抗拉标准强度为1 860 MPa的高强低松弛钢绞线，大吨位群锚体系，金属波纹管。纵向预应力分为腹板束、顶板束和底板束，采用了φ^S15.2-19、φ^S15.2-17和φ^S15.2-12，一共3种规格。

横向预应力：采用抗拉标准强度为1 860 MPa的高强低松弛钢绞线，扁锚体系，金属波纹管。箱梁横向预应力采用φ^S15.2-3钢束，间距模数为0.5 m，采用单端张拉，张拉端左右交替。竖向预应力：竖向预应力钢束采用直径为16 mm的无黏结预应力钢棒，抗拉强度标准值f_pk=1 420 MPa，间距模数为0.5 m，钢棒两端采用φ16-3配套锚具，单端张拉。

3.4 结构分析

采用Midas Civil对主梁进行施工阶段和成桥分析，并借助Midas Civil Designer进行设计验算。共划分为8个施工阶段：施工桥墩及转体段梁部、张拉转体前钢束、转体、浇筑边跨现浇段混凝土、张拉边跨现浇段钢束、体系转换、施工二期恒载和收缩徐变。

结果显示：在恒载、活载、温度荷载和支座沉降等荷载组合下，各施工阶段短暂状况正应力满足规范要求，抗弯和抗剪承载能力满足规范要求，正常使用极限状态正截面抗裂和斜截面抗裂均满足规范要求，正截面和主截面压应力满足规范要求，钢束运营阶段最大拉应力满足规范要求。

4 下部构造设计

4.1 墩身及基础

主墩采用等截面板式墩，平均墩高4.121 m，墩横桥向为16.91 m，顺桥向为4 m，四周倒R=40 cm圆角。上转盘为圆形，转体直径18 m，厚3.6 m；下转盘为正方形，边长21.4 m，厚4.5 m，基础采用25根直径1.8 m的钻孔灌注桩。

分联墩采用柱式墩接盖梁，横向4根直径2 m的墩柱，每根墩柱下接2.6×6.8 m（横桥向×顺桥向）矩形承台，承台厚2.5 m，每个承台下设2根桩径1.6 m钻孔灌注桩。

4.2 转体系统

转体采用一次转体就位，设计转体重量20 000 t。转体系统结构由下转盘、转体支座、上转盘、转动牵引系统组成^[2]。拆除主梁施工支架后，上构重量全由上转盘施加给球铰，再由球铰传递给下转盘^[3]。

4.2.1 轉体下转盘

下转盘为支承整个转体结构重量的主墩基础，转体结束后，与转体上转盘一起构成基础。设有转体系统的转体支座、保险撑脚环形滑道和转体拽拉千斤顶反力座等^[4]，平面见图3。

4.2.2 转体支座

转体支座是转体系统的核心，也是转体工程中最重要的结构。由上转盘球铰、下转盘球铰骨架、定位钢轴、四氟乙烯滑动片组成。球铰直径为4.7 m，定位钢轴直径为39 cm。其对制造和装配的准确性都有较高的要求，因此需精心加工和安装。为了达到转体支座的实用性能需要，转体支座的上支承板表面经过电镀或磨光处理。滑道宜选择整体底板和下部底板嵌套，在特别要求下可进行拼接。上、下支承板上预先安装相匹配的销轴。

4.2.3 转体上转盘撑脚与滑道

上盘撑脚是在平转过程中稳定地支承转动结构的保险腿。为了保证转动过程中安全撑脚的受力，转体平台上对称撑脚的中心线应与上转盘的纵向中心线相一致，这样撑脚就可以在纵向中心线左右两端均匀地排列^[5]。在支撑腿下面（也就是下转盘的顶面）设置一条滑道，上转盘撑脚与滑道之间的楔形块用于转动前的临时锁定，以保证上下盘不会出现相互滑移。转动时，保险撑脚可以在滑道上滑行，从而保证了整个转体过程的顺利进行。撑脚底与滑道顶面之间的距离宜在10～20 mm范围内。整体滑道必须处于同一高度，且高度相差不超过2 mm。

4.2.4 转体上转盘

转体结构的一个关键组件是上转盘，当其转动时，会构成一个三维多向受力状态^[6]，上转盘高3.6 m，设有纵向、横向预应力钢束。转台直径18 m，高度2.7 m。旋转平台中预先设有牵引索，其端部为Р锚，同一对拉索的锚定点位于相同的径线上，且与中心点对称。转盘处预埋钢索的长度应超过4 m，钢索的出线点与转盘中心对称。将牵引索的外露部分环绕于转盘，并与预先埋设的钢筋相互独立放置，并采取相应的防护措施，以避免在施工时造成钢绞线的损坏或锈蚀。

4.2.5 转体结构的牵引力计算及设备配置

启动时静摩擦力：

F=W·u=200 000·0.1 =20 000 kN

转动过程中动摩擦力：

F=W·p=200 000·0.06=12 000 kN

转体拽拉力：

T=2/3·（R·W·u）/D

其中R=235 cm，W=200 000 kN，D=1 800 cm。

启动时所需最大拖曳力T =1 741 kN；转动过程中所需拖曳力T =1 044 kN。

因此该桥选择了2套液压同步自动连续牵引装置，在1 800 cm直径的圆盘上牵引两根钢束并将其固定，构成一个水平的旋转力矩，带动整个转体系统的旋转^[7]。单束由22条φ^S15.2钢绞线组成。

5 结束语

相较于传统施工方法，转体施工法可最大限度降低对既有铁路和城市交通的影响，采用球铰对桥梁进行旋转，使其上跨现有线路，达到预定的桥位。在上跨铁路转体桥的设计中，要根据现场情况选用合适的桥梁形式，在保证力学性能的基础上，还应考虑转体结构范围内的建筑物、施工设施、设备等的空间位置，做好全过程实时监控，确保桥梁转体平稳精确。

参考文献

[1]田山坡. 大跨径钢箱梁转体T构挠度与受力研究[J]. 城市道桥与防洪， 2019（2）： 67-70+96+11.

[2]臧立秋. T型刚构桥平转设计与施工控制研究[J]. 北方交通， 2017（2）： 1-5.

[3]赵大勇. 新宁高速公路上跨京沪铁路（64+64）m转体T构桥设计[J]. 铁道勘察， 2020（2）： 118-123.

[4]夏远东. 跨大郑铁路特大桥转体连续梁转盘制作与安装控制技术[J]. 价值工程， 2017（33）： 136-139.

[5]支燕武. 某转体施工独塔混合梁斜拉桥设计与创新[J]. 城市道桥与防洪， 2018（7）： 100-103+12.

[6]尹波. 浅谈建兴高速公路丁家沟公铁立交桥平面转体施工工艺[J]. 北方交通， 2017（12）： 16-19.

[7]贺英阁. 葫芦岛经济开发区特大桥（48+48）m T构转体设计[J]. 山东交通科技， 2016（02）： 48-49+60.

收稿日期：2024-01-08

作者简介：陈子格（1995—），男，硕士，助理工程师，从事公路桥梁设计工作。