立转式开启桥设计及施工技术应用研究

    海河开启桥位于天津滨海新区响螺湾商贸区，是连接响螺湾区域及于家堡的重要连接通道。海河开启桥主桥跨度达 76 m，为亚洲跨度最大的竖转开启桥，也是世界跨径排名第四的竖转开启桥。在大跨径、大开启角竖转开启桥设计和施工方面，由于国内尚没有成熟的经验可以借鉴，为解决海河开启桥设计及施工等方面的所面临的诸多技术难题，天津市市政工程设计研究院等单位在天津市市政公路管理局的支持下，于2007年2月正式立项进行“立转式开启桥设计及施工技术应用研究”项目专题研究。
    海河开启桥计算跨径为12.414 m +76 m +12.414m，桥梁宽度20m，净跨68m，是集桥梁、机械、电气、液压、控制为一体的特种开启式桥梁。开启形式为竖转式，最大开启角度85°，采用钢结构，用钢量为1800 t，全桥配重灰口铁1200 t。主梁采用变截面钢箱梁，双箱双室，旋转轴根部截面高4 m，跨中梁高1.5 m，仅为跨径的1/50。开启桥开启装置为枢轴导轨-链轮系统，通过链轮转动完成开启桥的开启和关闭，开启桥两端均设对准和锁定装置。开启耗时315s，关闭耗时265s，开启及关闭全部自动控制。支承体系采用薄壁箱形桥墩，以存放开启设备和为开启提供旋转空间。该桥梁工程是一个集节能、智能、功能、效能为一身的四维建筑。

    海河开启桥 2007 年开工建设，2010 年7 月建成通车。该桥至今已投入运营2年多时间，每天开启3 次，经过了上千次的开启作业，整体使用状态良好。海河开启桥的建成通车缓解了海门大桥的交通压力，带动了于家堡与响螺湾地区的经济发展。
    基于“立转式开启桥设计及施工技术应用研究”项目研究成果，海河开启桥在设计、施工过程中运用了以下10 项创新技术，其中多项技术已申报了专利。
    钢箱梁与枢轴的胀套连接技术  在枢轴的小直径端采用机械的胀套连接工艺，在枢轴的大直径端采用接触配合连接，有效解决了连接问题。专利申请号：201120183194.5。
    双列调心辊子轴承  枢轴固定在轴承上，开启时，装有枢轴的钢箱梁在轴承中转动。1个转动半桥由2个轴承支撑，形成一个简支结构，由于结构自重，在这个简支结构的端部枢轴位置必然会产生转角， 因温度收缩也会缩短之间的距离。因此，必须选择一种轴承，既能抗疲劳，又能适应枢轴转角变形和温度的收缩变形。该桥设计采用了双列调心辊子轴承，这种轴承不但承载力高，而且能适应桥梁的转角和位移变形。
    高精度可调式轴承座设计安装技术  轴承座支撑着轴承，它的空间位置必须十分精确。但浇筑混凝土时一振捣，构件的位置会发生了变化。针对这一特殊工况，设计出了一种可调式基座，先把混凝土浇筑到轴承座周围，通过这部分混凝土与轴承座连接的螺杆调整轴承座的空间位置，然后在一期混凝土与轴承座之间的缝隙内浇筑自流平免振微膨混凝土，由于施工时避免了振捣，确保了轴承座空间位置准确。专利申请号：201120180639.4。
    安装方便、开启时定位准确、后期可调式的配重系统   为了减小机械系统的载荷，需要平衡开启端悬臂梁的自重，把整个配重系统分成了两部分，一是不可调整主配重室；二是可调整副配重室，并把配重块做小，人工可拆装。在钢箱梁上设计了“T”形加筋板，用来固定配重块，保证在开启过程中不错动。可调节的配重系统为今后的调整提供了条件，并延长了机械系统的使用寿命。专利申请号：201120185027.4。
    安全可靠的竖向预应力压重系统   为了平衡活载产生的不平衡弯矩，在主墩中采用了竖向预应力压重系统，安全系数3.0，为闭合时运营提供了安全保证。与传统的压重系统相比，该压重系统更安全、更经济。

    多功能薄壁主墩设计创新  在主墩内设置了封闭空间，标高位于常水位以上，确保设备在干燥的环境下工作。主墩为薄壁空箱结构，在施工时容易因收缩而开裂，采用了后浇温度嵌补段的方法，有效地防止了主墩因收缩而开裂的问题，新老混凝土界面采用了免拆除金属模板网，提高了这个薄弱部位的连接强度。外面混凝土常水位以下，采用了纯聚脲防腐涂料进行了涂刷，提高了结构耐久性。主墩的外侧安装了防撞钢设施，并在钢结构上面安装了橡胶护舷，减小了冲击力。专利申请号：201120185111.6。
    “钢箱梁轴套系统”创新设计  枢轴不直接跟钢箱梁接触，由于接触点位应力太大，需要一种可焊的、强度高的材料。采用了应用在航天领域的低碳合金钢20CrMnSi，强度可达到800MPa，并且可焊性能优越。该点位对轴套的约束强，焊接完成后容易产生收缩裂纹，因此研究设计了严格的锻造、焊接、精加工工艺，工序为锻造、粗加工、焊接、消应、精加工。焊接完成后，马上放进炉子中进行消应处理。
    高精度销齿轨设计及安装工艺   该独创的设计与安装工艺可保证精确定位，并能进行调节，以适应春夏秋冬的温度变化，同时进行了详细的工装设计，避免了运输和安装过程中的变形。专利申请号：201120180639.4。
    桥梁驱动系统智能化设计  该项技术创新成功解决了桥梁驱动系统断电制动和动力同步的难题。
    高智能全自动开闭控制系统  创新设计了高智能化的桥梁开启和关闭控制系统，通过铺设在河底的光缆进行两岸的通信，可实现自动、手动和半自动方式进行开启，个别部位出现问题可报警。
此外，该桥梁工程还运用了以下5 项新材料。

    全聚脲防腐涂料 应用在主墩外表面，对主墩进行防腐保护，防止海水的渗入。
    金属免拆除模板网  应用在薄壁墩一期与二期混凝土的接缝处，提高了一二期混凝土的粘结强度，为主墩的整体性和密闭性提供了保证。
    耐疲劳材料40CrNi3Mo  应用在开启转轴上，有效克服车辆的疲劳荷载。
    高强可焊材料20CrMnSi  应用在轴与钢箱梁的相接位置，有效的缓解了轴与梁之间的局部应力，为结构受力提供了有效的保证。
    自流平免振捣混凝土  应用于预埋件二期混凝土浇筑，对钢板下面混凝土的密实性提供了保障。
“立转式开启桥设计及施工技术应用研究”项目于2011年6月通过了由天津市高新技术成果转化中心组织的项目科研成果鉴定，并于2011 年度荣获“全国市政行业市政工程科学技术奖”一等奖、“全国优秀工程勘察设计行业奖”、“‘海河杯’天津市优秀勘察设计奖”及“优秀工程咨询成果一等奖”。（天津市市政工程设计研究院）

注：本文刊载于《市政技术》2013年第1期，第4、5页。