主跨245 m连续组合梁落梁技术研究

代百华，朱金柱

（1.中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430040；2.中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司，湖北 武汉 430040；3.长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北 武汉 430040；4.交通运输行业交通基础设施智能制造技术研发中心，湖北 武汉 430040）

0 引言

目前，连续组合梁常见的施工方法有悬臂拼装法、整体吊装法、顶推法和满堂支架法[1-4]。当连续组合梁跨度大、变截面、梁体宽度及重量大、桥址处运输条件受限时，通常满堂支架法为优选方案[5-7]，主梁合龙后，开始进行支架及临时墩拆除的落梁作业。由于该工序中不可预见因素多、缺乏相关规范，安全风险突出，因此通常采用仿真分析确定其关键影响因素，对落梁技术方案进行设计、分析和比选，确保落梁过程中结构受力安全且合理[8-9]。

以国内最大跨度的连续组合梁——G220至济青高速公路王舍人互通立交连接线工程中的北侧跨大堤引桥工程为背景，采用有限元软件建立其有限元模型，对边、中跨临时墩落梁高度的敏感性进行分析，研究了各临时墩不同步落梁的问题，在此基础上提出了两种落梁技术方案，并从各临时墩起顶力、设备及落梁量等方面对两种方案进行综合比选分析，确定出较优的技术方案，有力地保障了该工程落梁全过程的质量和安全。

1 工程概况及施工工艺

1.1 工程概况

G220至济青高速公路王舍人互通立交连接线工程中的北侧跨大堤引桥采用跨径组合为154+245+154=553 m三跨变截面连续梁桥，主梁采用正交异性组合桥面板，钢梁高4.8～10.0 m（道路中心线位置），梁宽54～61.7 m，混凝土桥面板厚8 cm。主梁整幅布置，单箱四室，包括中心箱室和挑臂箱室各2个，其中挑臂箱室尺寸保持不变。其钢主梁总重约24 500 t，UHPC桥面板与负弯矩区混凝土C50共重约6 600 t，全桥主梁（不含桥面铺装）总重约31 100 t，跨中横断面图如图1所示。

图1 北侧跨大堤引桥跨中横断面图（mm）Fig.1 Cross-sectional view of middle span of north span approcach bridge（mm）

全桥共设置8个临时墩，从小里程往大里程依次为1号、2号、……、8号临时墩，如图2所示。其中边跨1号和8号临时墩采用48根φ630×8桩基础，其设计承载力为4 320 t；中跨2—7号临时墩采用矩形和六边形扩大基础，其设计承载力为2 475 t。

图2 北侧跨大堤引桥临时墩布置（mm）Fig.2 Temporary piers layout of north span approcach bridge（mm）

1.2 施工工艺简介

总体施工工艺如下：1）完成桩基础、承台、墩柱、散拼支架和临时墩施工；2）在散拼支架上，采用履带吊吊装板单元上胎架、支架上原位对称散拼，完成钢主梁的安装；3）钢主梁合龙后，浇筑PF32号和33号墩顶底板结合混凝土（厚度0.35～1.2 m），安装PF32号和33号墩顶支座，并拆除散拼支架；4）浇筑主跨跨中（136 m范围）和边跨梁端处（69.5 m范围）UHPC桥面板，进行所有临时墩落梁作业，待全部临时墩脱空后，拆除临时墩；5）从跨中和边跨梁端分别向中墩浇筑余下UHPC桥面板，并完成全桥附属结构施工。

2 落梁高度敏感性分析

为了制定合理的落梁方案，需要分别针对各临时墩墩顶支反力对落梁高度的敏感性进行分析。由于2号和7号临时墩墩顶支反力较小，落梁时优先拆除2号和7号临时墩，因此这里仅对各临时墩墩顶支反力对边跨1号和8号临时墩，中跨3号和6号、4号和5号临时墩落梁高度的敏感性进行分析。

2.1 边跨临时墩落梁高度敏感性分析

保持中跨3号和6号、4号和5号临时墩不动，将边跨1号和8号临时墩同时以1 cm/级进行逐步落梁，各临时墩墩顶支反力随落梁高度的变化如图3所示。

图3 各临时墩墩顶支反力与边跨临时墩落梁高度关系曲线Fig.3 Relationship curve between the top support reaction of each temporary pier and the beam falling height of side span temporary pier

由图3可知，随着边跨1号和8号墩落梁高度的增加，1号和8号墩顶支反力由落梁前的3 356 t线性递减直至脱空，反力下降率为110 t/cm。3号和6号墩顶支反力呈现线性急剧下降，而4号和5号墩顶支反力呈先缓慢上升后缓慢降低的趋势。通过分析可以看出，若边跨1号和8号临时墩先于中跨临时墩落梁，对4号和5号临时墩反力影响较小，但大幅降低了3号和6号临时墩的落梁轮次。

2.2 中跨临时墩落梁高度敏感性分析

保持边跨1号和8号临时墩不动，将中跨3号和6号、4号和5号临时墩分别以1 cm/级进行逐步落梁，各临时墩墩顶支反力随落梁高度的变化如图4所示。

图4 中跨临时墩不同步落梁时墩顶支反力与落梁高度关系曲线Fig.4 Relationship curve between the top support reaction force and beam falling height during asynchromous beam falling of middle span temporary pier

由图4可知，1）随着中跨3号和6号墩落梁高度的增加，1号和8号墩顶支反力略微降低，4号和5号墩顶支反力迅速增大，最大反力高达2 686 t，远大于其设计承载力。2）随着中跨4号和5号墩落梁高度的增加，1号和8号墩顶支反力略微增加，3号和6号墩顶支反力迅速增加，最大反力高达4 000 t，远大于其设计承载力。3）仅考虑中跨3号和6号墩或仅考虑4号和5号墩落梁，均导致急剧增大附近临时墩反力，不利于临时墩结构安全。

综上，保持边跨1号和8号临时墩不动，将中跨3—6号临时墩同时以1 cm/级进行逐步落梁，各临时墩墩顶支反力随落梁高度变化如图5所示。

图5 中跨临时墩同步落梁时墩顶支反力与落梁高度关系曲线Fig.5 Relationship curve between the top support reaction force and beam falling height during synchronous beam falling of middle span temporary pier

由图5可知，随着中跨3—6号墩同步落梁高度的增加，1号和8号墩顶支反力逐渐下降，3号和6号墩顶支反力呈线性急剧降低，4号和5号墩顶支反力在3号和6号反力降低过程中逐渐增大，3号和6号临时墩脱空后，4号和5号墩顶支反力线性递减。分析表明边跨临时墩保持不变，中跨临时墩同步落梁时，中跨临时墩墩顶支反力相对较小，各临时墩平稳下降且相互影响较小，同时大幅降低了边跨1号和8号临时墩落梁时的起顶力。

3 落梁技术方案研究

通过对各临时墩落梁高度敏感性分析，制定了两种可行的落梁技术方案，最终确定最佳的落梁方案。

3.1 落梁方案

落梁方案一采用首先拆除反力较小的2号和7号临时墩，接着中跨3—6号临时墩同步落梁，最后边跨临时墩落梁的思路。通过对中跨临时墩同步落梁量的试算比选，最终确定出方案一如表1所示。

表1 落梁方案一Table 1 Beam falling scheme 1

落梁方案二采用首先拆除反力小的2号和7号临时墩，接着边跨1号和8号临时墩同步落梁，最后中跨临时墩3—6号落梁的思路，通过对边中跨临时墩同步落梁量的试算比选，确定出方案二如表2所示。

表2 落梁方案二Table 2 Beam falling scheme 2

3.2 落梁过程中起顶力分析

对两种落梁方案进行分析，得出落梁过程中各临时墩的起顶力如表3所示。

表3 两种落梁方案的临时墩受力对比分析Table 3 Comparative analysis of temporary pier stress of two beam falling schemes

由表3可知，1）两方案的1号和8号、3号和6号临时墩落梁时起顶力均差别显著。方案一和方案二的1号临时墩起顶力分别为630.3 t和3 356.3 t，8号临时墩起顶力分别为567.6 t和3 051.8 t，方案一中3号和6号临时墩的起顶力分别为1 884.9 t和1 679.5 t，方案二中3号和6号临时墩的起顶力均为零，直接脱空。2）方案一和方案二的4号和5号临时墩起顶力差别较小，均在1 720～1 790 t范围内。3）综上，方案一中各临时墩起顶力均相对较小且均衡合理，均在1 900 t以下，安全风险相对小，而方案二中各临时墩起顶力最大为3 356 t，在落梁过程中容易出现同一临时墩处各支点受力相差太大而增加结构安全风险的情况。

3.3 设备及落梁量分析对比

落梁时，千斤顶在各临时墩纵桥向采用单排布置在临时墩纵梁的中间位置，横桥向采用3排布置。通过计算分析，得出两种落梁方案所需的千斤顶数量均为12台，各临时墩的落梁高度如表4所示。

表4 两种落梁方案的落梁高度Table 4 Falling height of two beam falling schemes cm

由表4可知，两种落梁方案中跨总落梁量相同，均为72 cm，但边跨临时墩落梁量方案一的5.7 cm远小于方案二的29 cm，说明方案一采用中跨3—6号临时墩优先同步落梁，降低了边跨1号和8号临时墩的落梁量；方案二采用边跨1号和8号临时墩优先落梁，一定程度上减少了3号和6号临时墩的落梁量。

3.4 落梁方案确定

通过两种方案临时墩起顶力、千斤顶数量以及落梁高度的分析对比，以临时墩起顶力小或起顶力大且落梁量大作为可操作性原则，方案一边跨1号和8号临时墩起顶力小，仅630.3 t，中跨临时墩起顶力相对小且落梁量大，相比方案二更具有现场可操作性，更为安全；两种方案的中跨4号和5号临时墩起顶力与落梁量差异不大；两方案的千斤顶数量相同。综合考虑，落梁方案一为最优的落梁方案。

图6和图7为方案一在落梁过程中的各临时墩墩顶支反力和桥墩墩顶支座转角。

图6 方案一各工况下临时墩墩顶支反力Fig.6 Reaction force of temporary pier top support under various working conditions of scheme 1

图7 方案一各工况下桥墩墩顶支座转角Fig.7 Rotation angle of pier top support under various working conditions of Scheme 1

采用落梁方案一时，1）各临时墩墩顶支反力随着落梁高度的增加逐步缓慢降低，整个过程中均处于安全合理的受力状态。2）在落梁全过程中，PF32桥墩墩顶支座转角最大为4.4×10-3rad，PF33桥墩墩顶支座转角最大为4.7×10-3rad，均小于设计要求值0.02 rad，满足相关规范要求。

3.5 施工监测对比分析

在实际落梁过程中，以各千斤顶反力控制为主，以落梁量为辅，对3—6号临时墩墩顶支反力、落梁量等关键参数进行实时监测，各落梁轮次下临时墩墩顶支反力理论值与实测值如图8所示，临时墩的落梁量如表5所示。

表5 各落梁轮次下临时墩落梁量Table 5 The beam falling amount of temporary pier under each beam falling round cm

图8 各落梁轮次下临时墩墩顶支反力理论值与实测值Fig.8 Theoretical and measured values of reaction force of temporary pier top support under each beam falling round

由图8和表5可知，1）落梁过程中3—6号临时墩的墩顶支反力实测值与理论值基本吻合，误差均在10%以内。2）落梁过程中每轮的实测落梁量与理论落梁量基本上保持一致，确保了落梁过程中的安全性。

4 结语

本文以目前国内最大跨度的连续组合梁——G220至济青高速公路王舍人互通立交连接线工程中的主跨245 m的北侧跨大堤引桥为研究背景，针对边中跨临时墩落梁高度的敏感性以及同步性进行了分析探讨，确定了两种落梁技术方案，从临时墩受力、设备及落梁量等方面进行了综合对比分析，确定出优选的落梁方案，结论如下：

1）边跨临时墩先于中跨临时墩起顶落梁时，主墩附近的中跨侧临时墩反力呈线性减小的趋势，且变化幅度大，而对中跨跨中附近的临时墩反力呈现先增大后减小的趋势。

2）中跨临时墩先于边跨临时墩起顶落梁时，无论采用仅3号和6号临时墩同步落梁或仅4号和5号临时墩同步落梁，均会急剧增大相邻的临时墩反力，不利于临时墩结构安全，因而中跨所有临时墩宜采用同步起顶落梁。

3）考虑两种可行性方案中的临时墩起顶力、落梁量、千斤顶设备数量等因素，以临时墩起顶力小或起顶力大且落梁量大作为可操作性原则，选择先中跨同步落梁后边跨落梁（方案一）为最优的落梁方案。