一种上承式拱桥不平衡水平转体系统及转体施工方法技术领域
本发明涉及桥梁工程，特别涉及一种上承式拱桥不平衡水平转体系统及施工方
法。
背景技术
拱桥是一种古老的桥型，具有很强的生命力。随着我国交通建设高潮的掀起，需要
修建更多的跨越既有公路、铁路、山谷、河道的大跨度拱桥，主要类型有钢管混凝土拱桥、钢
箱拱、钢桁拱、混凝土拱桥等。尤其在艰险山区、河谷地带修筑拱桥具有绝对优势。
目前该类桥梁的施工方法一般采用悬臂浇筑法、悬臂拼装法、满堂支架法、斜拉扣
挂法等。一般来说，拱桥施工由于其大临工程投入较大，经济性较差。而且其高空作业工作
量较大，质量控制难度大，施工安全风险高。
拱桥若采用水平转体法施工，在两岸依地形搭建支架组拼半拱，然后以半拱为转
体单位整体平转，可以大幅减少大临工程投入，降低倾覆的风险。因此，针对拱桥施工，创造
一种上承式拱桥不平衡水平转体施工方法，意义重大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种上承式拱桥不平衡水平转体系统，以有效
控制施工风险，大幅减少大临工程投入,使转体施工更为简便、经济，更加安全可靠。
本发明型解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种上承式拱桥不平衡水平转体系统，其特征是它包括：下盘，兼做拱座
基础，坐落于地基上，其上设置环形滑道、千斤顶反力座和牵引反力座；上盘，支承交界墩和
半跨主拱圈；背索，上端锚固于交界墩顶帽，下端锚固与上盘尾部底面；扣索，半跨主拱圈通
过扣索悬吊于交界墩上；转动球铰，由下球铰面、上球铰面和定位轴构成，设置于下盘、上盘
之间，定位轴的轴线位于球铰面的中心；牵引系统，包括牵引索和连续千斤顶，牵引索一端
锚固在上盘混凝土中，绕上盘底部转盘1～2圈之后穿过成对布置于下盘顶面的牵引反力座
后与连续千斤顶连接；配重水箱，设置于上盘尾部顶面上。
本发明所要的另一技术问题是提供一种采用上述上承式拱桥不平衡水平转体系
统的转体施工方法，该方法包括如下步骤：
1.浇筑混凝土形成下盘，安装下球铰面，制作环形滑道并安装聚四氟乙烯滑板，浇
注牵引反力座和千斤顶反力座，现场在膺架上组拼半跨主拱圈；
2.安装转动球铰并做转动试验，在上球铰面、下球铰面及聚四氟乙烯滑片之间间
隙注满润滑黄油；
3.安装撑脚，在上盘尾部设置硬支承，立模施工上盘混凝土，并埋设牵引索，安装
竖向临时转动装置，使已拼装半跨主拱圈与上盘连接；
4.张拉交界墩范围内竖向预应力钢束和配重水箱范围内横向预应力钢束；
5.在上盘上修建交界墩，张拉余下的横向预应力钢束。
6.张拉第一批纵向预应力钢束，上盘中央向上微拱，上盘自重大部分转移到尾部
的硬支承和转动球铰上，使上盘纵向呈简支状态；
7.张拉余下的纵向预应力钢束，浇注交界墩上段至顶帽底面；
8.张拉上盘第二批纵向预应力钢束；
9.根据平衡的需要，在配重水箱内注水调整配重，张拉交界墩顶所有横向预应力
钢束；
10.拆除上盘模板，为张拉背索、安装牵引索及连续千斤顶提供操作空间；
11.分批、分级、交替张拉扣索、背索和纵向预应力钢束，监测上盘、交界墩、转动球
铰、扣索和背索的应力状况，并监测交界墩顶的位移及上盘的变形情况等。
12.在半跨主拱圈脱架之前，再次核实平衡重的重量和位置，半跨主拱圈脱架，全
部的转体重心转移到转动球铰上；
13.拆除上盘尾部的硬支承，清理转动球铰，清理场地和清除转体障碍物；
14.封闭竖向临时转动装置；
15.启动连续千斤顶张拉牵引索，实施转体；
16.调整半跨主拱圈线形，优先满足合拢口高程，临时合拢拱肋并调整高程；
17.连接下盘、上盘之间的钢筋，浇筑混凝土封闭下盘、上盘之间的空隙，混凝土回
填上盘周围的基坑；
18.待拱圈线型确认调整到位后，分批、分级、交替拆除扣索、背索和大部分上盘纵
向预应力钢束。
本发明的有益效果是，在两岸依地形搭建支架组拼半跨主拱圈，然后以半跨主拱
圈为转体单位整体平转，可以大幅减少大临工程投入，节省桥梁建设投资，降低倾覆的风
险，降低高空作业风险，而且施工质量容易控制；采用转动球铰与撑脚组合支承的不平衡转
体，交界墩侧的重量大于悬臂拱圈侧重量，转体系统后方配置压重后使转体系统有后倾力
矩，两后保险腿反力之和控制不小于600t～800t；在撑脚处设有环形滑道，布置环向聚四氟
乙烯滑板及限位导向装置，梁体绕转轴旋转实现转体；与一般方法相比，该方法更加安全可
靠，且转体操作更为简便；相比其它工艺，施工速度快、大临工程投入少，工程造价节省。
附图说明
本说明书包括如下六幅附图：
图1是本发明一种上承式拱桥不平衡水平转体系统立面图；
图2是本发明一种上承式拱桥不平衡水平转体系统俯视图；
图3是本发明一种上承式拱桥不平衡水平转体系统中下盘的平面图；
图4是本发明一种上承式拱桥不平衡水平转体系统中上盘的立面图；
图5是本发明一种上承式拱桥不平衡水平转体系统中转动球铰的结构示意图。
图中示出构件和对应的标记：下盘10，转动球铰11，下球铰面11a，上球铰面11b，定
位轴11c，聚四氟乙烯滑片11d，撑脚12，千斤顶反力座13，环形滑道14，聚四氟乙烯滑板15，
连续千斤顶16，牵引反力座17，牵引索18，上盘20，交界墩21，配重水箱22，纵向预应力钢束
23，横向预应力钢束24，竖向预应力钢束25，半跨主拱圈30，扣索31，背索32，背索锚固区33，
竖向临时转动装置34，硬支撑40。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1和图2，本发明的一种上承式拱桥不平衡水平转体系统包括如下几个部
分：
下盘10，兼做拱座基础，坐落于地基上，其上设置环形滑道14、千斤顶反力座13和
牵引反力座17。下盘10是转体结构的基础，转体完成后，与上盘20连接共同形成主拱基础。
上盘20，支承交界墩21和半跨主拱圈30，背索32上端锚固于交界墩21顶帽，下端锚
固与上盘20尾部底面，半跨主拱圈30通过扣索31悬吊于交界墩21上；
转动球铰11，转体结构的转动中心，同时承受并传递转体结构的全部重量，由下球
铰面11a、上球铰面11b和定位轴11c构成，设置于下盘10、上盘20之间，定位轴11c的轴线位
于球铰面的中心；
牵引系统，是整个转体系统的动力之源，包括牵引索18和连续千斤顶16，牵引索18
一端锚固在上盘20混凝土中，绕上盘20底部转盘1～2圈之后穿过成对布置于下盘20顶面的
牵引反力座17后与连续千斤顶16连接。通过张拉连续千斤顶16，为转体系统提供扭转力矩，
实现转体；
配重水箱22，设置于上盘10尾部顶面上，用来调节由于施工误差等原因造成的实
际转体重心与理论转体重心的偏差，确保实际转体重心较转动球铰11重心靠近交界墩21，
保证转体系统安全，不向半跨主拱圈30前端倾覆。
参照图4，所述上盘20采用三向预应力混凝土结构，其混凝土结构体内设置纵向预
应力钢束23、横向预应力钢束24和竖向预应力钢束25，纵向预应力钢束23、横向预应力钢束
24和竖向预应力钢束25的预应力施加和扣索31、背索32的张拉交替进行。
参照图4和图5，所述上盘20的底部于环形滑道14的上方周向间隔设置撑脚12，环
形滑道14顶面设置聚四氟乙烯滑板15，以降低撑脚12与环形滑道14之间的滑动摩擦系数。
参照图3和图5，所述下球铰面11a、上球铰面11b的背部设置多根径向及环向加劲
肋条，下球铰面11a钢板上有镶嵌聚四氟乙烯滑片11d，以减小下球铰面11a、上球铰面11b之
间的摩察系数。
参照图3，所述千斤顶反力座13、牵引反力座17布置在下盘20顶面上，千斤顶反力
座13成环状分布于环形滑道14外侧。千斤顶反力座13的主要作用是当采用转体辅助助推
时，为辅助助推千斤顶提供反力支撑。
参照图4，所述半跨主拱圈30拱脚处设竖向临时转动装置34，以利于调整支架拼装
时拱脚钢管内力，转体前封闭临时转动装置。
参照图1，一种上承式拱桥不平衡水平转体系统的转体施工方法，包括如下步骤：
1.浇筑混凝土形成下盘10，安装下球铰面11a，制作环形滑道14并安装聚四氟乙烯
滑板15，浇注牵引反力座17和千斤顶反力座13，现场在膺架上组拼半跨主拱圈30；
2.安装转动球铰11并做转动试验，在上球铰面11a、下球铰面11b及聚四氟乙烯滑
片11d之间间隙注满润滑黄油；
3.安装撑脚12，在砂箱上立模施工上盘20混凝土，并埋设牵引索18，安装竖向临时
转动装置34，使已拼装半跨主拱圈30与上盘20连接，在上盘20尾部设置硬支承40；
4.张拉交界墩21范围内竖向预应力钢束25和配重水箱22范围内横向预应力钢束
24；
5.在上盘20上修建交界墩21，张拉余下的横向预应力钢束24。
6.张拉第一批纵向预应力钢束23，上盘20中央向上微拱，上盘20自重大部分转移
到尾部的硬支承40和转动球铰11上，使上盘20纵向呈简支状态；
7.张拉余下的纵向预应力钢束23，浇注交界墩21上段至顶帽底面；
8.张拉上盘20第二批纵向预应力钢束23；
9.根据平衡的需要，在配重水箱22内注水调整配重，张拉交界墩21顶所有横向预
应力钢束24；
10.拆除上盘10模板，为张拉背索32、安装牵引索18及连续千斤顶16提供操作空
间；
11.分批、分级、交替张拉扣索31、背索32和纵向预应力钢束23，监测上盘10、交界
墩21、转动球铰11、扣索31和背索32的应力状况，并监测交界墩21顶的位移及上盘10的变形
情况；
12.在半跨主拱圈30脱架之前，再次核实平衡重的重量和位置，半跨主拱圈30脱
架，全部的转体重心转移到转动球铰11上；
13.拆除上盘10尾部的硬支承40，清理转动球铰11，清理场地和清除转体障碍物；
14.封闭竖向临时转动装置34；
15.启动连续千斤顶16张拉牵引索18，实施转体；
16.调整半跨主拱圈30线形，优先满足合拢口高程，临时合拢拱肋并调整高程；
17.连接下盘10、上盘20之间的钢筋，浇筑混凝土封闭下盘10、上盘20之间的空隙，
混凝土回填上盘20周围的基坑；
18.待拱圈线型确认调整到位后，分批、分级、交替拆除扣索31、背索32和大部分上
盘纵向预应力钢束23。
申请人成功的将本发明的一种上承式拱桥不平衡水平转体系统及转体施工方法
成功的应用新建铁路成都至贵阳线乐山至贵阳段西溪河大桥的设计与建造中。主跨240m钢
管混凝土拱桥主拱施工。
西溪河大桥桥址偏僻，不通水运，交通运输极为不便，既有公路和施工便道坡陡弯
急，大型构件及大型施工设备无法运至工地。主桥钢管桁架拱圈构件只能在工厂分单元制
造，再运至现场组装、焊接。为了保证安全生产，确保拼装线形正确和焊接质量可靠，应尽量
减少高空作业。为此，主拱肋采用单铰平转法施工。钢管桁架单元杆件运至现场后，分别在
两岸依地形搭建的支架上组拼焊接成半拱(扣除合拢段)，然后以半拱为一转体单位，乐山
岸顺时针平转120°，贵阳岸顺时针平转133°。
采用本发明的不平衡水平转体系统及转体施工方法大大加快了该桥的施工速度，
大幅度降低了大临工程投入和工程造价，取得显著的经济效益，而且施工更加安全可靠，施
工质量得到很好控制。
以上所述只是用图解说明本发明一种上承式拱桥不平衡水平转体系统及转体施
工方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡
是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。