1 工程概况

　　桥梁转体施工是指受场地或地形限制，桥梁主体正位架设困难，通过在线路旁位施工成型后，经特殊工艺将桥梁转体至设计轴线位置并最终合龙的一种施工方法^[1]。大吨位T形刚构转体桥由于结构形式简单、受力状态明确，从而被普遍使用^[2]。

　　转体施工根据转动平面的不同分为水平转体法(平转法)和竖直转体法(竖转法)，如图1和图2所示。平转法施工的桥梁适用范围较广，如斜拉桥、T形刚构桥、钢桁梁桥、预应力连续梁桥和拱桥等。平转法的转动体系主要有转动支承系统、转动牵引系统和平衡系统。转动支承系统是平转法施工的关键设备。平转法典型案例如大秦铁路大里营斜拉桥、郑西客专洛河特大桥、河北保阜高速跨京广铁路桥、山西阳盂高速桃河大桥、郑州中心区跨京广铁路斜拉桥等。竖转法主要用于肋拱桥，在施工工艺上，竖转铰的构造与安装精度，索鞍与牵转动力装置，索塔和锚固系统是保证竖转质量、转动顺利和安全的关键。竖转法典型案例如哈尔滨跨金水河斜拉桥、西安浐灞河拱式斜拉桥、贵州务彭公路珍珠大桥、云南大瑞铁路澜沧江大桥等。

　　图1 平转法施工现场  

　　图2 竖转法施工现场  

　　作为西咸新区“五路四桥”的重要组成部分，正阳大道秦汉新城段南起正阳大桥兰池大道互通式立交，北至秦汉新城与泾河新城交界处，全长3.51km。本项目技术标准如下:道路等级为城市快速路，设计速度80km/h，设计荷载为城-A级(跨铁路桥孔主桥结构计算按30%加强);标准路面横坡，行车道±1.5%;建筑限界:跨现状北环线及咸铜铁路净高≥8.2m，上跨兰池四路机动车道净高≥5.0m;地震烈度:地震基本烈度8度，地震动峰值加速度为0.20g。

　　2 总体设计

　　2.1 上跨铁路及道路概况

　　桥位处，分布有2条铁路线(3股道)，自北向南分别为咸铜铁路、西安铁路枢纽北环线上下行线，线间距为5.4,5.3m，桥位向西40m为萧家村车站的牵出线，牵出线与咸铜铁路的线间距为6.6m。此段铁路的4股道均位于直线上，拟建道路与铁路的夹角为77.5°。桥位处临近萧家村车站，在交叉处西侧40m处即有1条车站内的牵出线，与咸铜铁路的线间距为6.6m，由于本桥位于车站范围内，应考虑预留牵出线延长的条件。

　　兰池四路西起光伏三路，东至兰池大道，长度为4 177.836m，道路等级为城市主干路，设计速度50km/h，标准路幅宽度为50m。兰池四路与正阳大道主线为分离式立交，正阳大道主线上跨兰池四路，夹角为74.5°。

　　2.2 总体布置

　　本段路线位于R=1 000m的圆曲线上，上跨铁路主桥位于纵坡2.28%，坡长L=1 080.0m。主桥跨度为(65.0+65.0) m，桥梁全长130m。桥型总体布置如图3所示。

　　图3 咸铜铁路转体桥桥型总体布置(单位:cm)  

　　3 结构设计

　　3.1 上部结构设计

　　上部结构为分段施工，分为转体施工段(0～4号节段)、边跨现浇段(5号节段)，其中转体施工段共长120.0m(跨度为60m+60m)，由0～4号节段组成，长度分别为20.0,10.0,12.0,14.0,14.0m;边跨现浇施工段(5号节段)单侧长4.9m。

　　主桥箱梁采用预应力混凝土斜腹板箱形截面，单箱五室。箱梁顶面全宽36.5m，顶板自梁体中心线处设1.5%双向横坡，底板水平。主桥横断面如图4所示。箱梁悬臂长2.75m，底板宽28.126～29.885m。在主墩处梁高6.5m，在梁端等高度段梁高3.0m，以R₁=47 818.75cm圆曲线渐变，端部等高段梁长4.9m。

　　图4 主桥横断面示意(单位:cm)  

　　箱梁顶板厚28cm，在隔墙处局部加厚为58cm。箱梁底板厚25～90cm，以圆曲线变化，并在端隔墙处局部加厚到55cm，在中隔墙处局部加厚到150cm;箱梁腹板厚45～70cm，在端隔墙处局部加厚到70cm，在中隔墙处局部加厚到120cm。全桥共设3道横隔墙，其中端隔墙厚1.6m，中隔墙厚3.8m。在中隔墙处设有过人孔，尺寸为2.0m×2.0m(宽×高);在梁端底板设有过人孔，直径80cm，以便检修人员出入。

　　梁体采用三向预应力体系，其中纵向预应力钢束采用^s15.2钢绞线，分别为12,15,19束;桥面板横向预应力采用4-^s15.2钢绞线，单端交错张拉，间距50cm，中隔墙横向预应力采用15-^s15.2钢绞线;在0～2号梁段的腹板内居中布置PSB830型25竖向预应力混凝土用螺纹钢筋。

　　3.2 下部结构设计

　　转体主墩为板式变宽度实体墩，墩梁刚接，墩顶尺寸为3.5m×19.0m(纵×横)，墩底尺寸为3.5m×8.4m(纵×横)，墩顶及墩底设等直段过渡，墩身四角设50cm圆形倒角。转体主墩一般构造如图5所示。

　　图5 转体主墩一般构造示意(单位:cm)  

　　对于水平转体施工的桥梁，通常会将承台沿高度一分为二，在上、下承台间设置球铰，从而实现桥梁转动。上、下承台的合理设计是保证桥梁结构和转体施工安全的关键^[3]。本桥承台为台阶式承台，其中下承台为八角形，厚4.0m，为22.2m×21.6m(纵×横)矩形截面，倒角为3.0m×5.0m;上承台采用直径13.0m圆形截面，厚4.0m。主墩基础采用23根直径1.8m钻孔灌注桩。

　　过渡墩采用双柱式大悬臂桥墩，墩顶设变截面的预应力盖梁，盖梁横向宽31.6m，悬臂端高1.213m，中心高2.65m，纵向在1.213m高度范围内为等宽的2.8m，余下变化到2.0m，盖梁下设1.0m×1.2m(宽×高)横系梁。墩身尺寸为2.0m×2.5m(纵×横)，承台为矩形截面，尺寸为9.5m×13.0m(纵×横)，厚2.5m。基础采用12根直径1.3m钻孔灌注桩。为平衡过渡墩受力，在偏向引桥侧设置15cm预偏心^[4]。

　　3.3 转体结构设计

　　转体结构由4部分组成，分别为转体下盘、转体支座、上转盘及转动牵引系统，如图6所示。

　　1)转体下盘转体结构全部自重由转体下盘承受，转体完成后与上转盘形成整体，共同构成桥梁基础。下转盘上设置转动系统的下球铰、保险撑脚环形滑道及转体拽拉千斤顶反力座等。

　　2)转体支座根据转体自重，本桥转体支座型号选为ZTQZ-200MN。

　　3)转体角速度控制转体角速度≤0.02rad/min，主梁端部水平线速度控制在1.2m/min以下;对转体角速度进行控制，目的是保证转体过程安全稳定。

　　图6 转体结构一般构造示意(单位:cm)  

　　4)转体上盘上盘是转体结构极其重要的组成部分，结构在整个转体过程中会形成一个复杂的立体受力状态。上盘直径达1.3m，高0.24m;转台直径达1.05m，高0.8m。转台连接球铰、撑脚与上盘，并同时直接承受转体牵引力。

　　5)转体牵引力计算本桥转体结构总重W达170 000k N。结构摩擦力计算公式为F=W·μ。

　　水平转体施工中，能否转动是一个很关键的技术问题。一般情况下可把启动摩擦系数设在0.06～0.08，本桥为保证有足够的启动力，按0.1配置启动力。转体牵引时，一般主牵引系统张拉至动摩擦系数所需牵引力，静摩擦牵引力与动摩擦牵引力的差值由启动千斤顶提供。

　　转体结构启动时，静摩擦系数(启动摩擦系数)按μ=0.1，则静摩擦力F=W·μ=17 000.0k N;转动过程中，动摩擦系数μ=0.05，则动摩擦力F=W·μ=8 750k N。

　　转体拽拉力计算:

　　式中:R为球铰平面半径，R=1.95m;W为转体总重，W=170 000k N;D为转台直径，D=10.5m;μ为球铰摩擦系数，μ_静=0.1，μ_动=0.05。

　　计算结果:根据上述计算，张拉至动摩擦系数所需牵引力T=2/3(R·W·μ_动)/D=1 052.4k N;转体启动时所需最大牵引力T=2/3 (R·W·μ_静)/D=2 104.8k N;静摩擦牵引力与动摩擦牵引力的差值为1 052.4k N。

　　根据计算参数，本桥转体选用2套2台ZLD200型设备，该设备牵引系统由3部分组成，分别为连续千斤顶、液压泵站及主控台。该设备通过形成水平旋转力偶，并通过拽拉锚固缠绕于直径1.05m的转台圆周上的19-^s15.2钢绞线，使得转动体系运行。

　　4 施工方案

　　该转体桥采用平转施工工艺，在转体施工期间，会暂时中断铁路运营。施工前，施工单位应制订施工组织方案，采取安全生产措施，施工组织方案应获得铁路等相关部门的审批和同意。同时，应尽量减少桥梁转体施工期间对铁路运营的干扰。

　　主桥跨越现状铁路，外侧防撞护栏施工完成后进行整幅转体，采取一次转体到位，然后合龙转体部分和现浇段。其简要施工步骤如下。

　　1)首先，施工主墩桩基础，施工基坑防护桩，而后开挖基坑，并采取措施保证基坑安全;其次，施工主墩承台及主桥过渡墩承台，并安装转体系统。

　　2)施工主墩上转盘及墩身。顺铁路方向满堂支架现浇(60+60) m梁体。

　　3)梁体浇筑完成并张拉预应力后，拆除箱梁支架，此时T形刚构变成悬臂状态。

　　4) T形刚构转体前，首先对转体结构进行称重，对结构重心位置进行实测，必要时加配重，目的是保证全部转体结构自重主要由中心球铰来承受。对结构进行称重试验，目的是对上部不平衡力矩进行配重，从而实现使撑脚脱离滑道，保证转体成功^[5]。

　　5)根据铁路确定的转体作业时间，整幅进行转体。将T形刚构逆时针方向转体至设计位置，转体角度为75.5°。转体速度保证在0.016～0.02rad/min，并一次转体就位。整个转体过程持续时间约70min。在转体最后阶段，采用点动模式，从而确保梁体精确就位。

　　6)锁定上、下转盘，封固转体系统上、下盘。在临时支架上浇筑两端4.9m长边跨合龙段。

　　7)主桥施工完毕，拆除支架，进行桥面系及附属工程施工，通车运营。

　　5 结语

　　西安正阳大道咸铜铁路转体桥采用(65+65) m T形刚构，上部结构采用36.5m整幅现浇箱梁，转体质量达1.7万t，为国内单幅平转最宽转体桥。通过对该转体T形刚构上、下部及转体系统的介绍，为具有类似工程背景桥梁的设计工作提供参考。该工程于2017年12月14日成功实现转体。