1）工程概述 丫髻沙大桥（见图3-34）是广州市东南西环高速公路上跨越珠江的一座标志性特大桥，主桥为76 m＋360 m＋76 m的三跨连续自锚中承式钢管混凝土拱桥，桥型布置如图3-35所示。主桥基础均为钻（挖）孔灌注桩，主墩承台为上、下游群桩布置的整体式刚性承台，墩身为两个实体式钢筋混凝土拱座。主拱拱肋为中承式钢管混凝土双肋悬链线无铰拱，边拱拱肋为上承式双肋悬链线半拱钢管劲性骨架外包钢筋混凝土的单箱单室等截面曲梁结构。结合桥位地形、环境条件和结构特点，主桥采用竖转加平转的转体施工工艺。
图3-34 丫髻沙大桥
图3-35 丫髻沙大桥桥型总体布置
竖转施工是先在两岸岸边顺河堤卧拼半跨主拱桁架，拼装边拱劲性骨架，浇筑边拱钢管混凝土和配重节段混凝土，在拱座上拼装临时索塔，然后布设扣索和平衡索，利用液压同步提升技术，通过安装在边跨尾部同步液压油缸连续张拉扣索，使主拱脱架，然后连续竖转（提升）至设计高程。在整个竖转过程中实行索力和高程双控，既保证同一条主拱肋的两束扣索索力的合理比例关系，又保证两条主拱肋的实际高程和相对高差均控制在允许范围内。本桥单个竖转结构重量达2 058 t。
2）竖转体系构造及其施工 整个转动体系分竖转体系和平转体系。竖转体系由前后各半拱、索塔、扣索、撑架和竖转提升控制系统等组成；平转体系由上转盘、下转盘和牵引系统组成。竖转体系如图3-36所示。
图3-36 竖转体系示意图
（1）索塔及索鞍。索塔为钢管混凝土组成的变截面桁架结构。为增加索塔的稳定安全度及横向刚度，索塔顺拱肋方向设计成变截面。索塔构造如图3-37所示。
索塔分段制作，焊接拼装。为保证索塔拼装的安全，充分考虑吊装设备的能力，每根塔柱分8段制作，节段长为7～8 m，节段最大重量小于12 t，塔脚第一和第二节段采用汽车起重机吊装，以上部分采用自行设计的扒杆设备吊装。每根塔柱配置一套扒杆，每套扒杆由4根5 299 mm×12 mm无缝钢管、2根5 600 mm×10 mm钢管、2根36号工字钢、12副滑移或定位抱箍及2个跑车等构成。扒杆构造如图3-38所示。索塔横撑不分段，采用整体吊装，X形斜撑单管提升到位后组拼成形。
图3-37 索塔构造
图3-38 扒杆构造
索鞍只起转向作用，由钢板焊成整体结构，为减小扣索在塔顶的摩阻力，与扣索接触面设置滑轮。滑轮与轴采用动配合，辊轴上抹四氟黄油以减少摩擦力。为防止钢绞线移位，在滑轮表面刻槽；为减小扣索各根钢绞线间的相互影响，以分束分轮设置。每条肋共10束竖转扣索，在塔顶布置于同一层面，每束用隔板隔开。索鞍与索塔通过高强螺栓连接，索鞍构造如图3-39所示。两个索塔上共设8个索鞍，每个索鞍重约23 t（不含塔顶底板及轮轴滑轮等），受吊装能力的制约，每个索鞍分两半制作，采用扒杆起吊就位组拼焊接成整体，然后安装辊轴及滑轮。
图3-39 索鞍构造
为降低索塔高度和调整主拱桁架受力，在主拱L／4处设撑架支撑第一组扣索，撑架为钢管组成的桁架结构，撑架高17 m，主管为5 600 mm×16 mm，连接管为5 299 mm×8 mm。为保证撑架总体稳定性，还设钢管K形撑连接两肋上的撑架。制作时将撑架分两部分制作，第一部分为脚段，与主拱肋上弦管焊接，第二部分为撑架塔柱，为方便安装，在两部分连接处设转动铰。撑架塔柱整段重约17 t，采用45 t汽车吊提升至主拱肋上与脚段铰接，然后转动提升就位后焊接。
（2）扣索锚固端（扣点）和张拉端。主拱肋处扣索锚固端锚于经钢板加劲的上弦管和腹杆间的临时锚固反力梁上。主跨扣索角度在竖转过程中不断变化，为适应角度变化，锚固前端设置由钢板焊成的转向架。扣点结构与主拱肋一起制作。
扣索张拉端均布置于边拱肋端部，为钢筋混凝土结构。扣索钢套管与系杆钢套管相互影响时，进行连通焊接处理。
（3）扣索。扣索共分两类：第一类竖转束，是为竖转而设置的扣索；第二类平衡束，是为平衡索塔和改善边拱受力设置的扣索。
一个转动体系采用两组连通竖转扣索，第一组扣索前端锚于主拱肋端部，第二组扣索前端锚于主拱肋L／4处，扣索后端锚于边拱肋端部（此端为张拉端）。为适应液压同步千斤顶的张拉，每一束的规格为18×φ15.24 mm钢绞线，第一组竖转扣索采用2×6束，第二组竖转扣索采用2×4束。扣索在主拱端部下料后，利用卷扬机单根或多根成束由主拱端部牵引至边拱端部（须注意钢束的梳理），按工艺设计要求在索鞍上合理布索分束，然后将各束钢绞线两端穿入相应的锚端孔道内，在锚固端安装P形挤压锚。在整个过程中梳理钢束极为重要，能使各根钢绞线在张拉过程中受力比较均匀。
由于扣索通过索鞍转向，塔两侧扣索角度不同，塔顶水平力无法平衡，因此通过增设平衡束来平衡索塔所受水平力。平衡束采用3组，设计为每组张拉端均在塔顶，一组锚于边拱肋上，另两组锚于索塔前后的拱座上。锚于边拱肋的平衡束除平衡索塔力外，还改善了边拱肋受力。为便于操作，实施时将平衡束的张拉端和锚固端对换，索塔上为锚固端。锚于边拱肋的平衡束采用2×2束，索塔前、后平衡束为2×1束，平衡束用普通千斤顶张拉。平衡索锚固端亦采用P形挤压锚。(www.xing528.com)
（4）转铰。主拱肋竖转以拱脚为转动中心，在拱脚设有尺寸为φ1 500 mm×50 mm×3 450 mm的钢管混凝土转铰，在拱座上设半圆的槽形钢板作铰座，铰与铰座接触面抹黄油以减小摩擦和防锈。为保证转铰与铰座配合良好，在制作时除严格控制制作工艺外，转铰还进行了车削加工，以减小转动的摩阻力。
（5）同步提升液压控制系统。该系统由竖转承重系统（包括提升油缸、安全锚、钢绞线等）、液压动力系统（即液压泵站，包括提升主系统和锚具辅助系统）、电气控制系统（包括传感器测量系统、动力控制与功率驱动系统及计算机控制系统等）和传感检测系统（包括油缸位置传感器、锚具状态传感器、油压传感器和高差传感器）等组成。整个竖转提升系统共使用40台油缸（千斤顶）、8台泵站、4台阀块箱、2台控制计算机和若干套传感器，以及其他相应的配套装置，系统总体布置如图3-40所示。在提升张拉过程中，1号扣索7台油缸和2号扣索3台油缸各自同步，1号和2号扣索索力以合理比例关系同步。根据设备配置情况，钢绞线的实际张拉速度为212 m／h，每岸竖转过程历时约12 h。扣索单根钢绞线实际最大平均荷载为8 916 k N，与计算荷载基本一致，单根钢绞线的最小安全系数达到2.9。
图3-40 竖转提升系统总体布置示意
3）竖转施工工艺 对大跨度结构进行竖转，无论是位置控制还是荷载控制均有较大的难度，最近几年发展起来的计算机控制液压同步提升技术为大桥竖转提供了技术和安全保障。
（1）竖转前的检查验收。竖转前对主、边拱结构拼装、竖转设施的质量以及竖转设备器材进行了全面检查验收，包括主拱桁架卧拼和边拱劲性骨架竖拼的几何线形（轴线、标高），主拱桁架及边拱劲性骨架节段各接头焊缝质量，主拱、边拱横撑安装接头焊缝质量，拱座结构的几何尺寸、混凝土强度、预应力束张拉情况，边拱钢管混凝土、配重块及端横梁混凝土强度、预应力束张拉情况，索塔、索鞍安装几何尺寸、焊缝质量，索塔立柱钢管混凝土强度，撑架安装几何尺寸及焊缝质量。检查扣索钢绞线、锚具的外观质量、产品出厂合格证，做钢绞线强度和锚具硬度抽样试验。对边跨锚固、P形挤压锚试验、索夹试验、监测点安装、扣索及平衡索安装、张拉平衡索、安装扣索张拉千斤顶、扣索初张拉、安装助升千斤顶、风缆设施检查、围堰排水设备等进行检查，以及通信设备的调试、资料处理系统的试运作。
（2）脱架。脱离拱架前，按设计计算起动张拉力的85%、90%、95%、100%分级同步张拉，每级加载10～30 min，监控组测取测点应力、应变值，测量组观测标高及轴线位置，观察组检查结构及张拉系统状况，经与监控组提供的实测值进行对比分析，确认结构及拉索内力均处于正常状态。总指挥据此发出继续（或调整、加固）指令，受令小组遵照执行，直至分级张拉完成。
脱架状态静置12 h以上，观察组对主拱及边拱钢管焊缝、主拱铰、扣点、索塔脚、索鞍、撑架顶部及架脚、转盘撑脚、环道受压变形等各重要部位进行详细检查，竖转操作组对千斤顶及夹片有无滑移情况进行观察，均未发现异常。
（3）竖转提升。
①监控组和测量组在正式竖转前测取有关数据作为初始读数，并与脱架时（或经调整后）测取的有关数据进行了比较，确认变化不明显。
②实施纲要要求竖转要分级（－0.701 4°～3°、3°～12°、12°～24°）张拉。每个分级竖转过程均保持1号、2号索力的合理比例关系，保持两条主拱肋相对高差控制在允许范围内（通过在两条主拱肋拱顶处设置沉降仪和跟踪测量来控制），即实行索力和高程双控。在实际竖转时由于双控的效果很好，未进行严格的分级张拉，基本上是连续张拉提升。
③最后一级竖转即将到位时即停止，预留不小于400 mm高度（低于设计标高），以便合龙时标高调整。正常竖转时间大约12 h。
（4）边拱卸架与平衡配重，形成自平衡体系。
①竖转到位后，根据监控组测取的边拱锚杆内力，与相应阶段边拱各锚点的计算内力比较。
②张拉3号平衡索，实际总索力为2 000 k N。
③按照拆除临时增加的锚固拉杆—观测锚杆应力变化—由拱脚至拱顶顺序拆除除拉杆位置以外的所有支撑—观测锚杆应力变化—根据观测结果采取从拱脚至拱顶顺序拆除锚固拉杆的顺序卸架，最后保留边拱后端一组锚杆不松。
④分别调整索力，使主、边拱结构及扣索内力基本达到设计状态。
⑤通过索力调整仍无法使结构平衡（边拱端较重），根据千斤顶承重情况，在边拱端横梁及拱肋端部配重。经监控组对调整配重后的内力状况进行实测，测量组对结构位移变化进行观测，技术组核实确认结构处于平衡状态后，放松边拱后锚（但未解除）。
（5）锁定扣索。因温度变化和风载振动可能使结构产生位移，限制扣索沿索鞍前后滑动，在索鞍顶部分组安装索夹将扣索锁定。
（6）拉风缆和主拱肋临时固结。
①在两条主拱肋L／2和L／4处挂临时风缆，以增强抗风能力。
②索力调整完成后，接着安装主拱脚上、下弦杆临时连接段，形成无铰结构，以增强平转过程的结构强度及刚度。
③在平转前从6∶00～24∶00进行拱顶温差变化观测，每隔2 h观测各特征截面标高，并记录当时气温，整理数据并绘出主拱肋随温度的变化曲线，作为合龙参考。
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