主跨245 m連續(xù)組合梁落梁技術(shù)研究

代百華，朱金柱

（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040；2.中交公路長大橋建設(shè)國家工程研究中心有限公司，湖北 武漢 430040；3.長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430040；4.交通運(yùn)輸行業(yè)交通基礎(chǔ)設(shè)施智能制造技術(shù)研發(fā)中心，湖北 武漢 430040）

0 引言

目前，連續(xù)組合梁常見的施工方法有懸臂拼裝法、整體吊裝法、頂推法和滿堂支架法[1-4]。當(dāng)連續(xù)組合梁跨度大、變截面、梁體寬度及重量大、橋址處運(yùn)輸條件受限時，通常滿堂支架法為優(yōu)選方案[5-7]，主梁合龍后，開始進(jìn)行支架及臨時墩拆除的落梁作業(yè)。由于該工序中不可預(yù)見因素多、缺乏相關(guān)規(guī)范，安全風(fēng)險突出，因此通常采用仿真分析確定其關(guān)鍵影響因素，對落梁技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計、分析和比選，確保落梁過程中結(jié)構(gòu)受力安全且合理[8-9]。

以國內(nèi)最大跨度的連續(xù)組合梁——G220至濟(jì)青高速公路王舍人互通立交連接線工程中的北側(cè)跨大堤引橋工程為背景，采用有限元軟件建立其有限元模型，對邊、中跨臨時墩落梁高度的敏感性進(jìn)行分析，研究了各臨時墩不同步落梁的問題，在此基礎(chǔ)上提出了兩種落梁技術(shù)方案，并從各臨時墩起頂力、設(shè)備及落梁量等方面對兩種方案進(jìn)行綜合比選分析，確定出較優(yōu)的技術(shù)方案，有力地保障了該工程落梁全過程的質(zhì)量和安全。

1 工程概況及施工工藝

1.1 工程概況

G220至濟(jì)青高速公路王舍人互通立交連接線工程中的北側(cè)跨大堤引橋采用跨徑組合為154+245+154=553 m三跨變截面連續(xù)梁橋，主梁采用正交異性組合橋面板，鋼梁高4.8～10.0 m（道路中心線位置），梁寬54～61.7 m，混凝土橋面板厚8 cm。主梁整幅布置，單箱四室，包括中心箱室和挑臂箱室各2個，其中挑臂箱室尺寸保持不變。其鋼主梁總重約24 500 t，UHPC橋面板與負(fù)彎矩區(qū)混凝土C50共重約6 600 t，全橋主梁（不含橋面鋪裝）總重約31 100 t，跨中橫斷面圖如圖1所示。

圖1 北側(cè)跨大堤引橋跨中橫斷面圖（mm）Fig.1 Cross-sectional view of middle span of north span approcach bridge（mm）

全橋共設(shè)置8個臨時墩，從小里程往大里程依次為1號、2號、……、8號臨時墩，如圖2所示。其中邊跨1號和8號臨時墩采用48根φ630×8樁基礎(chǔ)，其設(shè)計承載力為4 320 t；中跨2—7號臨時墩采用矩形和六邊形擴(kuò)大基礎(chǔ)，其設(shè)計承載力為2 475 t。

圖2 北側(cè)跨大堤引橋臨時墩布置（mm）Fig.2 Temporary piers layout of north span approcach bridge（mm）

1.2 施工工藝簡介

總體施工工藝如下：1）完成樁基礎(chǔ)、承臺、墩柱、散拼支架和臨時墩施工；2）在散拼支架上，采用履帶吊吊裝板單元上胎架、支架上原位對稱散拼，完成鋼主梁的安裝；3）鋼主梁合龍后，澆筑PF32號和33號墩頂?shù)装褰Y(jié)合混凝土（厚度0.35～1.2 m），安裝PF32號和33號墩頂支座，并拆除散拼支架；4）澆筑主跨跨中（136 m范圍）和邊跨梁端處（69.5 m范圍）UHPC橋面板，進(jìn)行所有臨時墩落梁作業(yè)，待全部臨時墩脫空后，拆除臨時墩；5）從跨中和邊跨梁端分別向中墩澆筑余下UHPC橋面板，并完成全橋附屬結(jié)構(gòu)施工。

2 落梁高度敏感性分析

為了制定合理的落梁方案，需要分別針對各臨時墩墩頂支反力對落梁高度的敏感性進(jìn)行分析。由于2號和7號臨時墩墩頂支反力較小，落梁時優(yōu)先拆除2號和7號臨時墩，因此這里僅對各臨時墩墩頂支反力對邊跨1號和8號臨時墩，中跨3號和6號、4號和5號臨時墩落梁高度的敏感性進(jìn)行分析。

2.1 邊跨臨時墩落梁高度敏感性分析

保持中跨3號和6號、4號和5號臨時墩不動，將邊跨1號和8號臨時墩同時以1 cm/級進(jìn)行逐步落梁，各臨時墩墩頂支反力隨落梁高度的變化如圖3所示。

圖3 各臨時墩墩頂支反力與邊跨臨時墩落梁高度關(guān)系曲線Fig.3 Relationship curve between the top support reaction of each temporary pier and the beam falling height of side span temporary pier

由圖3可知，隨著邊跨1號和8號墩落梁高度的增加，1號和8號墩頂支反力由落梁前的3 356 t線性遞減直至脫空，反力下降率為110 t/cm。3號和6號墩頂支反力呈現(xiàn)線性急劇下降，而4號和5號墩頂支反力呈先緩慢上升后緩慢降低的趨勢。通過分析可以看出，若邊跨1號和8號臨時墩先于中跨臨時墩落梁，對4號和5號臨時墩反力影響較小，但大幅降低了3號和6號臨時墩的落梁輪次。

2.2 中跨臨時墩落梁高度敏感性分析

保持邊跨1號和8號臨時墩不動，將中跨3號和6號、4號和5號臨時墩分別以1 cm/級進(jìn)行逐步落梁，各臨時墩墩頂支反力隨落梁高度的變化如圖4所示。

圖4 中跨臨時墩不同步落梁時墩頂支反力與落梁高度關(guān)系曲線Fig.4 Relationship curve between the top support reaction force and beam falling height during asynchromous beam falling of middle span temporary pier

由圖4可知，1）隨著中跨3號和6號墩落梁高度的增加，1號和8號墩頂支反力略微降低，4號和5號墩頂支反力迅速增大，最大反力高達(dá)2 686 t，遠(yuǎn)大于其設(shè)計承載力。2）隨著中跨4號和5號墩落梁高度的增加，1號和8號墩頂支反力略微增加，3號和6號墩頂支反力迅速增加，最大反力高達(dá)4 000 t，遠(yuǎn)大于其設(shè)計承載力。3）僅考慮中跨3號和6號墩或僅考慮4號和5號墩落梁，均導(dǎo)致急劇增大附近臨時墩反力，不利于臨時墩結(jié)構(gòu)安全。

綜上，保持邊跨1號和8號臨時墩不動，將中跨3—6號臨時墩同時以1 cm/級進(jìn)行逐步落梁，各臨時墩墩頂支反力隨落梁高度變化如圖5所示。

圖5 中跨臨時墩同步落梁時墩頂支反力與落梁高度關(guān)系曲線Fig.5 Relationship curve between the top support reaction force and beam falling height during synchronous beam falling of middle span temporary pier

由圖5可知，隨著中跨3—6號墩同步落梁高度的增加，1號和8號墩頂支反力逐漸下降，3號和6號墩頂支反力呈線性急劇降低，4號和5號墩頂支反力在3號和6號反力降低過程中逐漸增大，3號和6號臨時墩脫空后，4號和5號墩頂支反力線性遞減。分析表明邊跨臨時墩保持不變，中跨臨時墩同步落梁時，中跨臨時墩墩頂支反力相對較小，各臨時墩平穩(wěn)下降且相互影響較小，同時大幅降低了邊跨1號和8號臨時墩落梁時的起頂力。

3 落梁技術(shù)方案研究

通過對各臨時墩落梁高度敏感性分析，制定了兩種可行的落梁技術(shù)方案，最終確定最佳的落梁方案。

3.1 落梁方案

落梁方案一采用首先拆除反力較小的2號和7號臨時墩，接著中跨3—6號臨時墩同步落梁，最后邊跨臨時墩落梁的思路。通過對中跨臨時墩同步落梁量的試算比選，最終確定出方案一如表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號和7號臨時墩，接著邊跨1號和8號臨時墩同步落梁，最后中跨臨時墩3—6號落梁的思路，通過對邊中跨臨時墩同步落梁量的試算比選，確定出方案二如表2所示。

表2 落梁方案二Table 2 Beam falling scheme 2

3.2 落梁過程中起頂力分析

對兩種落梁方案進(jìn)行分析，得出落梁過程中各臨時墩的起頂力如表3所示。

表3 兩種落梁方案的臨時墩受力對比分析Table 3 Comparative analysis of temporary pier stress of two beam falling schemes

由表3可知，1）兩方案的1號和8號、3號和6號臨時墩落梁時起頂力均差別顯著。方案一和方案二的1號臨時墩起頂力分別為630.3 t和3 356.3 t，8號臨時墩起頂力分別為567.6 t和3 051.8 t，方案一中3號和6號臨時墩的起頂力分別為1 884.9 t和1 679.5 t，方案二中3號和6號臨時墩的起頂力均為零，直接脫空。2）方案一和方案二的4號和5號臨時墩起頂力差別較小，均在1 720～1 790 t范圍內(nèi)。3）綜上，方案一中各臨時墩起頂力均相對較小且均衡合理，均在1 900 t以下，安全風(fēng)險相對小，而方案二中各臨時墩起頂力最大為3 356 t，在落梁過程中容易出現(xiàn)同一臨時墩處各支點(diǎn)受力相差太大而增加結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險的情況。

3.3 設(shè)備及落梁量分析對比

落梁時，千斤頂在各臨時墩縱橋向采用單排布置在臨時墩縱梁的中間位置，橫橋向采用3排布置。通過計算分析，得出兩種落梁方案所需的千斤頂數(shù)量均為12臺，各臨時墩的落梁高度如表4所示。

表4 兩種落梁方案的落梁高度Table 4 Falling height of two beam falling schemes cm

由表4可知，兩種落梁方案中跨總落梁量相同，均為72 cm，但邊跨臨時墩落梁量方案一的5.7 cm遠(yuǎn)小于方案二的29 cm，說明方案一采用中跨3—6號臨時墩優(yōu)先同步落梁，降低了邊跨1號和8號臨時墩的落梁量；方案二采用邊跨1號和8號臨時墩優(yōu)先落梁，一定程度上減少了3號和6號臨時墩的落梁量。

3.4 落梁方案確定

通過兩種方案臨時墩起頂力、千斤頂數(shù)量以及落梁高度的分析對比，以臨時墩起頂力小或起頂力大且落梁量大作為可操作性原則，方案一邊跨1號和8號臨時墩起頂力小，僅630.3 t，中跨臨時墩起頂力相對小且落梁量大，相比方案二更具有現(xiàn)場可操作性，更為安全；兩種方案的中跨4號和5號臨時墩起頂力與落梁量差異不大；兩方案的千斤頂數(shù)量相同。綜合考慮，落梁方案一為最優(yōu)的落梁方案。

圖6和圖7為方案一在落梁過程中的各臨時墩墩頂支反力和橋墩墩頂支座轉(zhuǎn)角。

圖6 方案一各工況下臨時墩墩頂支反力Fig.6 Reaction force of temporary pier top support under various working conditions of scheme 1

圖7 方案一各工況下橋墩墩頂支座轉(zhuǎn)角Fig.7 Rotation angle of pier top support under various working conditions of Scheme 1

采用落梁方案一時，1）各臨時墩墩頂支反力隨著落梁高度的增加逐步緩慢降低，整個過程中均處于安全合理的受力狀態(tài)。2）在落梁全過程中，PF32橋墩墩頂支座轉(zhuǎn)角最大為4.4×10-3rad，PF33橋墩墩頂支座轉(zhuǎn)角最大為4.7×10-3rad，均小于設(shè)計要求值0.02 rad，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.5 施工監(jiān)測對比分析

在實(shí)際落梁過程中，以各千斤頂反力控制為主，以落梁量為輔，對3—6號臨時墩墩頂支反力、落梁量等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，各落梁輪次下臨時墩墩頂支反力理論值與實(shí)測值如圖8所示，臨時墩的落梁量如表5所示。

表5 各落梁輪次下臨時墩落梁量Table 5 The beam falling amount of temporary pier under each beam falling round cm

圖8 各落梁輪次下臨時墩墩頂支反力理論值與實(shí)測值Fig.8 Theoretical and measured values of reaction force of temporary pier top support under each beam falling round

由圖8和表5可知，1）落梁過程中3—6號臨時墩的墩頂支反力實(shí)測值與理論值基本吻合，誤差均在10%以內(nèi)。2）落梁過程中每輪的實(shí)測落梁量與理論落梁量基本上保持一致，確保了落梁過程中的安全性。

4 結(jié)語

本文以目前國內(nèi)最大跨度的連續(xù)組合梁——G220至濟(jì)青高速公路王舍人互通立交連接線工程中的主跨245 m的北側(cè)跨大堤引橋?yàn)檠芯勘尘?，針對邊中跨臨時墩落梁高度的敏感性以及同步性進(jìn)行了分析探討，確定了兩種落梁技術(shù)方案，從臨時墩受力、設(shè)備及落梁量等方面進(jìn)行了綜合對比分析，確定出優(yōu)選的落梁方案，結(jié)論如下：

1）邊跨臨時墩先于中跨臨時墩起頂落梁時，主墩附近的中跨側(cè)臨時墩反力呈線性減小的趨勢，且變化幅度大，而對中跨跨中附近的臨時墩反力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

2）中跨臨時墩先于邊跨臨時墩起頂落梁時，無論采用僅3號和6號臨時墩同步落梁或僅4號和5號臨時墩同步落梁，均會急劇增大相鄰的臨時墩反力，不利于臨時墩結(jié)構(gòu)安全，因而中跨所有臨時墩宜采用同步起頂落梁。

3）考慮兩種可行性方案中的臨時墩起頂力、落梁量、千斤頂設(shè)備數(shù)量等因素，以臨時墩起頂力小或起頂力大且落梁量大作為可操作性原則，選擇先中跨同步落梁后邊跨落梁（方案一）為最優(yōu)的落梁方案。