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摘要：柳州维义大桥主桥为三跨连续钢桁拱桥，地质复杂，河床基本为裸岩，钢桁拱主桁宽度达37m，施工难度较大。本文主要介绍主桥钢梁架设施工方案的制定。
关键字：钢桁拱桥 钢梁架设 施工方案
1 工程概况：
柳州维义大桥主桥桥式布置型式为108m+288m+108m=504钢桁拱，桥面总宽度为43.5m。主桁由两片钢桁架组成，主桁中心距37m，在两片主桁架的外侧各挑出3.25m的悬臂托架支撑人行道，主跨拱圈矢高55m，矢跨比约1/4.8，边、中跨跨度比为0.375，拱肋下弦拱轴线采用二次抛物线（抛物线方程：Y=0.00316X2）；拱肋上弦拱轴线中跨部分线形采用二次抛物线（抛物线方程：Y=0.00223X2），与边跨上弦之间采用半径150m的反向圆曲线进行过渡。钢桁拱肋跨中桁高为8m，中支点处桁高34.45m（其中拱肋加劲弦高12m），边支点处桁高为13m。主桁采用节间长度12m的“N”形桁式。两片主桁架拱之间设有纵、横向聯结系，桥面板采用与下弦（或系杆）焊接的正交异性整体桥面板，主拱肋通过柔性吊杆与系杆连接。主桥桥面铺装为环氧沥青混凝土铺装层。
桥址区河道顺直，河谷开阔，呈宽浅矩形，河段宽560m，其中水面宽510m。河床面起伏不平，河槽右侧河床较平缓，水深变化于7～9米之间；河槽左侧起伏稍大，水深变化于6～12米之间。
河床段地质主要由第四系全新统冲洪积卵石土组成，厚度 1.10～1.70m。下伏基岩为中石炭统黄龙组白云岩（C2h），细晶结构，块状构造，滴盐酸轻微反应，溶蚀现象明显。覆盖层很薄，给临时墩基础施工造成很大困难。
2 施工方案比选：
2.1 基本资料：
钢梁杆件最大单件重54t，最长杆件35.3m；
架梁吊机自重330t，吊机最大单件重18t；
年平均风速为2.5m/s,最大风速24.3m/s。
桥址处百年一遇洪水流量相应的水位为93.65m。
五十年一遇洪水流量相应的水位为91.10m.
十年一遇洪水流量相应的水位为88.40m.
最高通航水位为88.40m。
常水位为78.00m。
平时水流速度较小，洪水期水流速度达3m/s，水面有漂浮物。
2.2 施工特点：
（1）、主桁宽度达37m，以前使用的架梁吊机不能使用到该桥上，必须为该桥重新制作两台吊机。该吊机在吊距26m时吊重量55t，走行轨距37m，能爬坡，吊机在钢桁拱上架梁时，吊机的上底盘能够随拱顶坡度变化保持水平状态。设备投入大。
（2）、地质情况复杂，河床面有一层厚度 1.10～1.70m冲洪积卵石土，下伏基岩为白云岩，具溶蚀性，局部有溶洞。临时墩钻孔桩施工困难。
（3）、中跨钢梁采用半悬臂拼装，悬臂跨度大，施工控制难度大，施工工艺复杂，同时，由于架设过程中，钢梁挠度产生的水平推力影响，中跨临时墩设计难度大。
（4）、钢梁最重杆件达54t（E10），最长杆件长达35.3m（横梁），运输及吊装难度大。
（5）、主跨处于主航道，又是高空作业（最大作业高度达93m，拱顶至施工常水位+78.0m），安全工作及与航道的协调工作是钢梁架设中的重要内容。
2.3 方案比选
如何正确选择一个安全可靠，经济合理，操作简便又能充分利用现有资源的架梁方案是本工程顺利进行的关键。结合设计院推荐的两个施工方案和以前钢梁架设的施工经验，在初步拟定三个方案中进行了比选，以确定最佳的架梁方案。
（1）、钢梁架设方案一：
边跨钢梁采用膺架法半悬臂架设，主跨采用吊索塔架与临时墩共同辅助悬臂拼装，施工步骤为：边跨临时墩→提升站→起始节间→架梁吊机→其余节间至1#（2#墩）→中跨临时墩→中跨节间→吊索塔架→中跨其余节间→合拢→吊杆张拉→桥面涂装。中跨杆件拼装顺序是：拱→吊杆→系杆→横梁→桥面板。
所用设备及临时结构见下表：
（2）、钢梁架设方案二：
边跨钢梁采用膺架法半悬臂架设，主跨仅用临时墩辅助悬臂拼装，施工步骤为：边跨临时墩→提升站→起始节间→架梁吊机→其余节间至1#（2#墩）→中跨临时墩→架梁吊机到桥面→中跨系杆和桥面系→系杆合拢→架梁吊机到拱顶面→中跨拱架设→拱合拢→安装吊杆→吊杆张拉→桥面涂装。中跨杆件拼装顺序是：系杆→横梁→桥面板→拱→吊杆。
所用设备及临时结构见下表：
（3）、钢梁架设方案三
边跨钢梁采用膺架法半悬臂架设，主跨采用临时墩悬臂拼装，施工步骤为：边跨临时墩→提升站→起始节间→架梁吊机→其余节间至1#（2#墩）→中跨临时墩→中跨节间→合拢→吊杆张拉→桥面涂装。中跨杆件拼装顺序是：拱→吊杆→系杆→横梁→桥面板。
3 方案设计
在方案确定以后，接下来要进行方案设计。首先进行钢梁在施工工况下的受力和变形，确定临时支墩的支顶反力和标高。继而进行临时结构设计。下面主要介绍钢梁计算情况：
3.1 荷载：
（1）钢桁梁自重：自重通过计算转换成节点荷载施加于上、下弦杆节点或上下拱肋；
（2）架梁吊机自重：吊机自重330t，作用于上弦杆，每片主桁承受165t；
（3）施工走道(0.3t/m)及施拧脚手架(1.5t/个，加载前4个节间)荷载；
（4）压重荷载。
3.2 计算说明：
计算采用Midas计算软件，模拟钢桁梁架设流程，计算出各阶段的临时墩的反力及钢桁梁的变形，计算时取半桥单片桁进行计算，下述工况中位移量含边跨钢梁架设时的整体预台量DX=+55mm，DZ=+300mm，DX为顺桥向方向，位移量中符号“+”表示往跨中方向，“－”表示往边跨方向。
（1） 架设前三个节间时：
计算得边墩P0反力148.7t，临时墩L1反力182.9t，临时墩L2反力218.7t，临时墩L3反力99.5t。下弦位移量为DX=+55mm，DZ=300mm。
（2） 钢梁架设至上4＃临时墩时：
计算得边墩P0反力17.7t，临时墩L1反力140.8t，临时墩L2反力191.4t，临时墩L3反力603.2t。主桁前端下弦杆位移量：DX=+53mm,Dz=+281mm。
（3） 钢梁架设至主墩时：
计算得边墩P0反力327.1t，临时墩L4反力1845.2t，主桁前端下弦杆变形量：DX=0mm,DY=+90mm。
（4） 拆除4#临时墩、边墩落梁（P0落梁1050mm，P3落梁988mm），主墩P1调整至设计位置，主墩P2往跨中纵移680mm时：
计算得边墩P0（P3）反力721.9t，主墩P1(P2）反力1273.6t，P1(P2)墩侧拱肋下弦杆前端位移量：DX=-117（+569）mm,DZ=+114（+107）mm
（5） 钢梁架设至5＃临时墩时：
计算得边墩P0（P3）反力462.t，主墩P1(P2）反力2238.5t，P1(P2)墩侧拱肋下弦杆前端位移量：DX=-250（+450）mm,DZ=+309（+281）mm
（6） 钢梁架设至6＃临时墩时：
计算得边墩P0（P3）反力419.8t，主墩P1(P2）反力1807.7t，临时墩L5反力1343.4t，P1(P2)墩侧拱肋前端下弦杆位移量：DX=-341（+371）mm,DZ=+309（+428）mm
（7） 下弦杆准备合龙时
计算得边墩P0（P3）反力421.0t，主墩P1(P2）反力1728.0（1745.1）t，P1(P2)墩侧临时墩L5反力977.5（1035.2）t，P1(P2)墩侧临时墩L6反力1588.9（1350.5）t，P1(P2)墩侧拱肋前端下弦杆位移量：DX=-357（+357）mm,DZ=+398（+398）mm。
（8） 系杆准备合龙时：
计算得边墩P0（P3）反力491.0（458.9）t，主墩P1(P2）反力2126.7（2225.1）t， P1(P2)墩侧临时墩L6反力2087.6（1896.1）t，P1(P2)墩侧系杆前端位移量：DX=-2（+2）mm,DZ=-55（-55）mm。
3.3 预抬值及纵移量说明：
钢桁梁架设至主墩P1（P2）时，前端累计挠度Dz=-210mm，Dx＝-55mm,为满足钢梁架设过程中能顺利上主墩P1(P2),拼装边跨时钢桁梁标高整体提升300mm；为保证钢桁梁上主墩后节点E9纵向位于设计位置，拼装边跨时钢桁梁整体往P1＃（P2＃）主墩方向偏移Dx＝55mm；钢桁梁拼装完成合拢前前端标高较设计值Dz＝+398mm，Dx＝-358mm，转角Ry＝0；北岸P2～P3墩侧钢梁在架设至E10’时整体往跨中方向偏移量为680mm。
3.4 墩顶处最大正反力汇总：
计算得边墩P0（P3）反力721.9（458.9）t，临时墩L1反力189.2t，临时墩L2反力218.7t，临时墩L3反力637.3t，主墩P1(P2）反力4379.3（4344.5）t，临时墩L5反力1348.0t，临时墩L6反力2109.4t。
4 结语
维义大桥钢梁架设施工方案综合考虑了施工投入、工期及施工难度等因素影响，合理安排施工工序，为钢梁架设顺利按期完成提供了可靠的技术保障。
注：本章内容的所有图表及公式以PDF形式查看
关键字：钢桁拱桥 钢梁架设 施工方案
1 工程概况：
柳州维义大桥主桥桥式布置型式为108m+288m+108m=504钢桁拱，桥面总宽度为43.5m。主桁由两片钢桁架组成，主桁中心距37m，在两片主桁架的外侧各挑出3.25m的悬臂托架支撑人行道，主跨拱圈矢高55m，矢跨比约1/4.8，边、中跨跨度比为0.375，拱肋下弦拱轴线采用二次抛物线（抛物线方程：Y=0.00316X2）；拱肋上弦拱轴线中跨部分线形采用二次抛物线（抛物线方程：Y=0.00223X2），与边跨上弦之间采用半径150m的反向圆曲线进行过渡。钢桁拱肋跨中桁高为8m，中支点处桁高34.45m（其中拱肋加劲弦高12m），边支点处桁高为13m。主桁采用节间长度12m的“N”形桁式。两片主桁架拱之间设有纵、横向聯结系，桥面板采用与下弦（或系杆）焊接的正交异性整体桥面板，主拱肋通过柔性吊杆与系杆连接。主桥桥面铺装为环氧沥青混凝土铺装层。
桥址区河道顺直，河谷开阔，呈宽浅矩形，河段宽560m，其中水面宽510m。河床面起伏不平，河槽右侧河床较平缓，水深变化于7～9米之间；河槽左侧起伏稍大，水深变化于6～12米之间。
河床段地质主要由第四系全新统冲洪积卵石土组成，厚度 1.10～1.70m。下伏基岩为中石炭统黄龙组白云岩（C2h），细晶结构，块状构造，滴盐酸轻微反应，溶蚀现象明显。覆盖层很薄，给临时墩基础施工造成很大困难。
2 施工方案比选：
2.1 基本资料：
钢梁杆件最大单件重54t，最长杆件35.3m；
架梁吊机自重330t，吊机最大单件重18t；
年平均风速为2.5m/s,最大风速24.3m/s。
桥址处百年一遇洪水流量相应的水位为93.65m。
五十年一遇洪水流量相应的水位为91.10m.
十年一遇洪水流量相应的水位为88.40m.
最高通航水位为88.40m。
常水位为78.00m。
平时水流速度较小，洪水期水流速度达3m/s，水面有漂浮物。
2.2 施工特点：
（1）、主桁宽度达37m，以前使用的架梁吊机不能使用到该桥上，必须为该桥重新制作两台吊机。该吊机在吊距26m时吊重量55t，走行轨距37m，能爬坡，吊机在钢桁拱上架梁时，吊机的上底盘能够随拱顶坡度变化保持水平状态。设备投入大。
（2）、地质情况复杂，河床面有一层厚度 1.10～1.70m冲洪积卵石土，下伏基岩为白云岩，具溶蚀性，局部有溶洞。临时墩钻孔桩施工困难。
（3）、中跨钢梁采用半悬臂拼装，悬臂跨度大，施工控制难度大，施工工艺复杂，同时，由于架设过程中，钢梁挠度产生的水平推力影响，中跨临时墩设计难度大。
（4）、钢梁最重杆件达54t（E10），最长杆件长达35.3m（横梁），运输及吊装难度大。
（5）、主跨处于主航道，又是高空作业（最大作业高度达93m，拱顶至施工常水位+78.0m），安全工作及与航道的协调工作是钢梁架设中的重要内容。
2.3 方案比选
如何正确选择一个安全可靠，经济合理，操作简便又能充分利用现有资源的架梁方案是本工程顺利进行的关键。结合设计院推荐的两个施工方案和以前钢梁架设的施工经验，在初步拟定三个方案中进行了比选，以确定最佳的架梁方案。
（1）、钢梁架设方案一：
边跨钢梁采用膺架法半悬臂架设，主跨采用吊索塔架与临时墩共同辅助悬臂拼装，施工步骤为：边跨临时墩→提升站→起始节间→架梁吊机→其余节间至1#（2#墩）→中跨临时墩→中跨节间→吊索塔架→中跨其余节间→合拢→吊杆张拉→桥面涂装。中跨杆件拼装顺序是：拱→吊杆→系杆→横梁→桥面板。
所用设备及临时结构见下表：
（2）、钢梁架设方案二：
边跨钢梁采用膺架法半悬臂架设，主跨仅用临时墩辅助悬臂拼装，施工步骤为：边跨临时墩→提升站→起始节间→架梁吊机→其余节间至1#（2#墩）→中跨临时墩→架梁吊机到桥面→中跨系杆和桥面系→系杆合拢→架梁吊机到拱顶面→中跨拱架设→拱合拢→安装吊杆→吊杆张拉→桥面涂装。中跨杆件拼装顺序是：系杆→横梁→桥面板→拱→吊杆。
所用设备及临时结构见下表：
（3）、钢梁架设方案三
边跨钢梁采用膺架法半悬臂架设，主跨采用临时墩悬臂拼装，施工步骤为：边跨临时墩→提升站→起始节间→架梁吊机→其余节间至1#（2#墩）→中跨临时墩→中跨节间→合拢→吊杆张拉→桥面涂装。中跨杆件拼装顺序是：拱→吊杆→系杆→横梁→桥面板。
3 方案设计
在方案确定以后，接下来要进行方案设计。首先进行钢梁在施工工况下的受力和变形，确定临时支墩的支顶反力和标高。继而进行临时结构设计。下面主要介绍钢梁计算情况：
3.1 荷载：
（1）钢桁梁自重：自重通过计算转换成节点荷载施加于上、下弦杆节点或上下拱肋；
（2）架梁吊机自重：吊机自重330t，作用于上弦杆，每片主桁承受165t；
（3）施工走道(0.3t/m)及施拧脚手架(1.5t/个，加载前4个节间)荷载；
（4）压重荷载。
3.2 计算说明：
计算采用Midas计算软件，模拟钢桁梁架设流程，计算出各阶段的临时墩的反力及钢桁梁的变形，计算时取半桥单片桁进行计算，下述工况中位移量含边跨钢梁架设时的整体预台量DX=+55mm，DZ=+300mm，DX为顺桥向方向，位移量中符号“+”表示往跨中方向，“－”表示往边跨方向。
（1） 架设前三个节间时：
计算得边墩P0反力148.7t，临时墩L1反力182.9t，临时墩L2反力218.7t，临时墩L3反力99.5t。下弦位移量为DX=+55mm，DZ=300mm。
（2） 钢梁架设至上4＃临时墩时：
计算得边墩P0反力17.7t，临时墩L1反力140.8t，临时墩L2反力191.4t，临时墩L3反力603.2t。主桁前端下弦杆位移量：DX=+53mm,Dz=+281mm。
（3） 钢梁架设至主墩时：
计算得边墩P0反力327.1t，临时墩L4反力1845.2t，主桁前端下弦杆变形量：DX=0mm,DY=+90mm。
（4） 拆除4#临时墩、边墩落梁（P0落梁1050mm，P3落梁988mm），主墩P1调整至设计位置，主墩P2往跨中纵移680mm时：
计算得边墩P0（P3）反力721.9t，主墩P1(P2）反力1273.6t，P1(P2)墩侧拱肋下弦杆前端位移量：DX=-117（+569）mm,DZ=+114（+107）mm
（5） 钢梁架设至5＃临时墩时：
计算得边墩P0（P3）反力462.t，主墩P1(P2）反力2238.5t，P1(P2)墩侧拱肋下弦杆前端位移量：DX=-250（+450）mm,DZ=+309（+281）mm
（6） 钢梁架设至6＃临时墩时：
计算得边墩P0（P3）反力419.8t，主墩P1(P2）反力1807.7t，临时墩L5反力1343.4t，P1(P2)墩侧拱肋前端下弦杆位移量：DX=-341（+371）mm,DZ=+309（+428）mm
（7） 下弦杆准备合龙时
计算得边墩P0（P3）反力421.0t，主墩P1(P2）反力1728.0（1745.1）t，P1(P2)墩侧临时墩L5反力977.5（1035.2）t，P1(P2)墩侧临时墩L6反力1588.9（1350.5）t，P1(P2)墩侧拱肋前端下弦杆位移量：DX=-357（+357）mm,DZ=+398（+398）mm。
（8） 系杆准备合龙时：
计算得边墩P0（P3）反力491.0（458.9）t，主墩P1(P2）反力2126.7（2225.1）t， P1(P2)墩侧临时墩L6反力2087.6（1896.1）t，P1(P2)墩侧系杆前端位移量：DX=-2（+2）mm,DZ=-55（-55）mm。
3.3 预抬值及纵移量说明：
钢桁梁架设至主墩P1（P2）时，前端累计挠度Dz=-210mm，Dx＝-55mm,为满足钢梁架设过程中能顺利上主墩P1(P2),拼装边跨时钢桁梁标高整体提升300mm；为保证钢桁梁上主墩后节点E9纵向位于设计位置，拼装边跨时钢桁梁整体往P1＃（P2＃）主墩方向偏移Dx＝55mm；钢桁梁拼装完成合拢前前端标高较设计值Dz＝+398mm，Dx＝-358mm，转角Ry＝0；北岸P2～P3墩侧钢梁在架设至E10’时整体往跨中方向偏移量为680mm。
3.4 墩顶处最大正反力汇总：
计算得边墩P0（P3）反力721.9（458.9）t，临时墩L1反力189.2t，临时墩L2反力218.7t，临时墩L3反力637.3t，主墩P1(P2）反力4379.3（4344.5）t，临时墩L5反力1348.0t，临时墩L6反力2109.4t。
4 结语
维义大桥钢梁架设施工方案综合考虑了施工投入、工期及施工难度等因素影响，合理安排施工工序，为钢梁架设顺利按期完成提供了可靠的技术保障。
注：本章内容的所有图表及公式以PDF形式查看