代百华，朱金柱，胡钦侠

(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，北京 100120；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)

本文以G220至济青高速公路王舍人互通立交连接线工程中的济南凤凰路北侧跨大堤引桥为依托，研究主跨245m连续组合梁少支点支架法施工关键技术。

1 工程概况及重难点分析

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济南凤凰路北侧跨大堤引桥采用跨径组合为(154+245+154)m三跨变截面连续梁桥，主梁为钢-混凝土组合梁结构，由钢箱梁和8cm厚UHPC混凝土桥面板组成，整幅布置，双向8车道，车行道两侧设置人行道和非机动车道，中央预留轨道交通。钢梁全长552.2m，梁高按二次抛物线变化，边墩和跨中处梁高4.8m，中墩处为10.0m，全宽61.7～54.0m。钢梁由闭口箱梁、横隔板和人非挑臂组成。全桥由45个梁段组成，其中主梁标准节段长12m，每间隔4m设置1道横隔板，除两侧端横梁为实腹式横隔板外，其余均为空腹式横隔板。

为减少中支点钢梁底板厚度的同时，确保中支点钢梁受力安全，在中支点边跨侧40.5m、中跨侧32.5m范围内采用钢梁底板与混凝土结合方案，即在钢梁底板及底板纵向加劲肋上设置焊钉连接件，通过在钢梁底板上浇筑混凝土，协助钢梁底板共同承受荷载。底板混凝土采用C50低收缩混凝土，厚0.35～1.20m。全桥的钢主梁总重约24 500t，UHPC桥面板与负弯矩区混凝土C50共重约6 600t，全桥主梁(不含桥面铺装)总重约31 100t，桥跨总体布置如图1所示。

图1 全桥布置

1.2 重难点分析

1)北侧跨大堤引桥主跨245m，其跨度在世界同类型桥梁中居首位，主梁截面高度变化大(高差最大约5.2m)，节段自重大(最重约974t)，且大堤两侧地面高差大(两侧高差最大约13m)，起重设备驻位和节段整体吊装及运输困难，采用常规的节段悬拼和顶推法施工难度极大。结合主梁结构特点，其施工工艺可选择性小，因此采用搭设少支点支架、桥位拼装工艺进行钢箱梁施工，设备及措施材料投入量大。

2)跨堤桥与黄河大堤斜交，受大堤坡脚影响，支架架设难度大；施工区域黄河段不通航，需采用板单元形式陆运至现场，桥位处原位拼装，现场焊接、打磨、涂装工作量极大，施工安全及环保风险高；熔透焊缝和坡口焊缝较多，所产生的焊接变形和残余应力较大，制造过程中线形控制难度较大。

3)钢箱梁结构宽度大，且平面变宽(桥面宽61.7～54.0m)，部分梁段处在圆曲线上，梁段的外形几何尺寸控制难度较大；北侧跨大堤引桥因其跨径大、梁体超宽、超重特点，中跨合龙及落梁的合理施工工序选择和施工精度控制难度空前。

2 关键工序施工技术

根据依托工程的结构特点、桥址地形情况及工期安排，北侧跨大堤引桥的主要施工技术包括：①支架、临时墩设计与施工技术；②主梁制造及安装技术；③中跨合龙及钢梁底板混凝土浇筑技术；④落梁施工技术。

2.1 支架、临时墩设计与施工技术

全桥共设置8个临时墩，从小里程往大里程依次为1，2，…，8号临时墩，临时墩由φ1 200×14立柱、φ630×8平联及2[28a斜撑组成支撑结构，立柱间采用平联及斜撑连接，立柱上方布置采用HN900×300梁系支承主梁结构，如图2所示。中跨临时墩采用扩大基础，边跨临时墩采用钢管桩基础，即边跨1号和8号临时墩均采用48根φ630×8桩基础，其设计承载力为43 200kN，中跨2～7号临时墩均采用矩形和六边形扩大基础结构形式，其设计承载力为24 750kN。

图2 北侧跨大堤引桥临时墩布置

钢箱梁支架由立柱(φ1 000×12，φ800×10及φ630×8)，φ426×6平联及2[28a斜撑组成支撑结构，在边跨及桥墩附近较重梁段支架采用钢管桩基础，其余立柱均采用扩大基础。立柱间采用平联及斜撑连接，立柱上方布置垫梁(3HM588×300，2HM588×300，2HN900×300)，垫梁上布置HM588×300纵梁，纵梁上方布置胎具支撑梁段，支架横断面如图3所示。立柱(φ630×8)基础下地基承载力特征值≥150kPa，立柱(φ800×10)基础下地基承载力特征值≥180kPa。

挑臂支架由立柱(φ800×10及φ630×8)、φ426×6平联及2[28a斜撑组成支撑结构，其中大堤道路两侧采用φ800×10立柱，立柱全部采用扩大基础，挑臂支架横断面如图3所示。立柱间采用φ426×6平联及2[28a斜撑连接，立柱上方布置纵梁(3HM588×300，2HM588×300)，纵梁上方布置垫块支承挑臂。

图3 支架标准横断面

为防止基础施工对大堤土体造成破坏，在大堤两侧基础施工区域进行路基帮宽处理，大堤内、外侧各加宽8m，使基础全部坐落在帮宽地基上。扩大基础采用钢筋混凝土结构，尺寸分为2种，即3.5m×3.5m×1.0m和3.0m×3.0m×0.8m，基础下方设置10cm厚C15混凝土垫层，地基部分换填并夯实。钢管桩基础采用钓鱼法沉桩施工，即采用80t履带式起重机配合DZ90振动锤施工。基础施工完成后，依次进行支架钢管立柱、平联、斜撑及纵梁安装。

2.2 主梁制造及安装技术

2.2.1中间箱体制造及安装技术

综合考虑供料、运输及生产效率等因素对梁段进行板单元划分，实现钢箱梁制造中的板单元化，最大限度避免或减少零散部件参与梁段组装。板单元制造完成后，运输至桥位拼装场地，采用履带式起重机将板单元吊装至总拼胎架，在总拼胎架上进行多节段块体连续匹配组装焊接。组装采用“正装法”，以胎架为外胎，以横隔板为内胎，各板单元按纵、横基线就位，梁段间按无应力的实桥状态进行总体拼装。箱梁组装通过测量塔和横向基准点即“三纵一横法”控制单元块、板单元就位，在尽可能少的码板约束下施焊，中间箱体组拼工艺如图4所示。中间箱体施工完成后，解除底板弹性码板，采用三向千斤顶调位，受力转换，将中间箱体置于反力座上(反力座与纵梁间设置2片不锈钢式滑道)，实现中间箱体调位，并在合适的温度条件下焊接码板，施作环缝，完成节段连接。

图4 中间箱体单节段组拼工艺

2.2.2两侧挑臂制造及安装技术

钢箱梁两侧挑臂在钢筋加工厂内组拼，组拼完成后经便道运至桥位处。针对大堤坡脚范围外挑臂安装，将挑臂单元吊装至中间箱室两侧，以横基线为基准，从基准梁段开始依次吊装边箱梁段，利用挑臂节段和中间箱体间的临时匹配件及导向牛腿进行精确定位后，进行梁宽、对角线等重要参数的检测，无误后进行焊接。此外，挑臂单元均滞后中间箱体1～2个节段进行安装。

针对大堤坡脚范围内的挑臂安装，挑臂单元需通过纵移牵引实现就位。牵引系统主要由钢绞线、锚具、反压牛腿、箱梁底面着力点(由钢板和预应力端锚组成)、千斤顶、滑道及滑块等组成，如图5所示。单片挑臂滑移到位后，为保证其稳定性，应将垫块进行临时焊接固定。

图5 梁段牵引装置结构

2.3 中跨合龙及钢梁底板混凝土浇筑技术

合龙段长6.0m、重约180t，采用地面三维匹配总拼成节段，自平衡液压平板车运输就位，桥面4台200t连续提升顶提升就位，在合适的温度应力条件下，精确调整合龙段位置，将合龙缝利用码板临时锁定，焊接合龙，合龙段吊装如图6所示。

图6 合龙段吊装示意

钢箱梁中跨合龙后，浇筑PF32，PF33号中墩支点处钢箱梁底板结合混凝土，同步安装永久支座，支座安装时，先将支座上盖板与钢箱梁底部支座调平板对齐后进行焊接，支座上盖板焊接完成后进行下盖板支座灌浆施工(支座下盖板与支座垫石对齐)。临时墩顶反力座及千斤顶安装完成后，由中间向支座和临时墩反力座方向依次对称割除钢箱梁底板与总拼胎架间弹性码板，完成钢箱梁拼装支架脱架施工，在临时墩顶采用千斤顶施加预顶力支承钢箱梁，拆除散拼支架，将钢箱梁荷载转换至临时墩。

2.4 落梁施工技术

北跨大堤引桥跨径大且梁体超宽、超重，因此不同落梁方案中各临时墩的起顶力和落梁量、千斤顶设备数量、施工风险等均不同。为了制订合理的落梁方案，通过针对各临时墩墩顶支反力对落梁高度的敏感性、落梁过程中各临时墩的起顶力、设备及落梁量等进行系统分析，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，最终确定采用的落梁方案如表1所示。

表1 落梁方案

落梁过程中，第1次浇筑UHPC混凝土桥面板为边跨端69.5m和中跨136m区域，第2次浇筑剩余的墩顶段UHPC桥面板。在进行落梁时，应严格控制各临时墩落梁的同步性和落梁量的精确性，确保钢箱梁和各临时结构受力合理、结构始终处于安全状态。

3 落梁施工受力分析

根据落梁方案，建立落梁过程中的有限元模型，针对落梁过程中关键构件受力进行系统分析。

3.1 临时墩受力分析

该落梁方案下，各临时墩落梁时的起顶力及落梁量如表2所示。

表2 各临时墩起顶力及落梁量

由表2可知：①各临时墩起顶力均相对较小且均衡合理，均在19 000kN以下，其中3号临时墩起顶力最大，为18 863kN，每个临时墩仅需配置3台800t千斤顶，在每个临时墩纵桥向采用单排布置，布置在临时墩纵梁的中间位置，横桥向3排布置，落梁时安全风险相对小；②中跨临时墩落梁量最大为720mm，边跨临时墩落梁量为57mm，该落梁方案通过中跨临时墩的优先同步落梁极大地降低了边跨临时墩的落梁量，中跨落梁量最大的4号和5号临时墩分7轮落梁，极大地降低了安全风险。

临时墩为少支点支架法施工的关键受力构件，在落梁全过程中需针对各临时墩的墩顶支反力随落梁高度的变化进行关注和分析。落梁过程中，3号和6号、4号和5号、1号和8号临时墩墩顶支反力随落梁高度变化如图7所示。

图7 各临时墩墩顶支反力与落梁量关系曲线

由图7可知：①3号和6号、4号和5号、1号和8号临时墩墩顶支反力均随着其落梁高度的增加而近似线性降低，整个落梁过程中均处于安全合理的受力状态；②5号临时墩在落梁高度达到600mm时，墩顶支反力略微上升，究其原因是由于此时拆除3号和6号、1号和8号临时墩导致5号临时墩的支反力略微增加。

3.2 桥墩受力分析

落梁过程中，随着各临时墩落梁量的增加及临时墩的拆除，钢箱梁的结构荷载逐步由临时墩传递到桥墩上，落梁过程中需持续关注和分析桥墩的墩顶支反力和支座转角变化，各工况下桥墩墩顶支反力和支座转角如图8所示。

图8 各工况下桥墩墩顶支反力与支座转角变化曲线

通过计算分析可得：①在落梁全过程中，PF32，PF33号桥墩的墩顶支反力随着落梁过程的推进而缓慢有序增加，落梁完成后，PF32，PF33号桥墩墩顶支反力均达到最大，分别为192 423kN和171 685kN，均安全可控；②PF32，PF33号桥墩的墩顶支座转角随着落梁过程的推进整体呈现平缓增加趋势，落梁完成后，PF32，PF33号桥墩墩顶支座转角均达到最大，分别为4.4×10-3，4.7×10-3rad，均小于设计要求值0.02rad，满足相关规范要求。

3.3 主梁线形监测对比分析

在落梁施工全过程中，对边跨二分点处、中跨四分点处主梁线形进行实时监测，选取桥面铺装完成后工况的实测值与理论值进行对比分析，可得各关键测点处主梁线形理论值与实际值，如表3所示。

表3 各关键测点处主梁线形理论值与实际值 m

由表3可知，采用该落梁方案完成落梁时，主梁线形实测值与理论值相差较小，误差均在3%以内，表明采用少支点支架法及该落梁方案有力地确保了施工过程的结构安全、受力合理、施工高效。

4 结语

1)北侧跨大堤引桥因跨越黄河大堤，桥址处地面高差大，主梁节段自重大，施工区域黄河段不通航，起重设备驻位和节段整体吊装及运输困难，因此最终采用搭设少支点支架、桥位拼装工艺进行施工。

2)支架、临时墩施工完成后，应建立其沉降、变形监测系统，在施工过程中实时监测沉降、应力等关键参数，确保施工安全和施工精度。

3)主梁以板单元形式在桥位处进行原位拼装，现场熔透焊缝和坡口焊缝较多，为确保梁段外形几何尺寸精确性，在钢梁制造和安装过程中应利用先进技术严格控制精度，减少误差。

4)北侧跨大堤引桥因其跨径大、梁体超宽、超重、变高、变宽特点，落梁施工工序选择难度空前，通过系统分析，最终确定了先中跨同步落梁后边跨落梁的方案，该方案下临时墩的起顶力相对较小且均衡和落梁量大小合理，桥墩受力安全可控，在该方案指导下，北侧跨堤引桥在2021年8月11日顺利完成落梁施工。