连续刚构桥施工监控方法Word文件下载.docx

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5.2混凝土结构应变测试9

5.2.1传感器选择9

5.2.2传感器布置方案10

5.2.3钢弦应变计埋设12

5.2.4箱梁结构应力测量13

5.2.5测试应力误差分析13

5.3箱梁温度场观测13

5.4主墩沉降观测15

5.5与监控有关的其它资料收集16

6、施工监控中应强调的问题16

7、施工监控实施的保证措施16

7.1监控技术方案的保证措施16

7.2监控工作安全保证措施17

8、现场组织安排17

8.1各单位职责分工17

8.1.1设计单位17

8.1.2施工单位18

8.1.3监理单位18

8.1.4监控单位18

8.2联系单传递方式18

8.2.1表格类型19

8.2.2表格编号规则19

附表20

1、工程概况

某某大桥主桥上部结构型式为（78+140+78）m三跨预应力混凝土连续刚构箱梁，箱梁采用单箱单室直腹板断面，顶板宽度为8m，箱梁根部梁高8.5m，跨中及边跨合拢段梁高为3m，箱梁底板下缘按1.8次抛物线变化。

0号块箱梁底板厚度为100cm，各梁段底板厚从悬臂根部至悬浇段结束处由96.3~32cm，其间按1.8次抛物线变化，跨中合拢段及边跨现浇段为32cm；

在大桩号侧边跨现浇段设置直径为60cm人洞；

箱梁0号块顶板厚度为50cm，其余节段为25cm；

箱梁腹板厚度0~9号块为70cm，10号块为70~75cm，其余梁段为50cm。

主梁悬臂长度为1.75m，翼缘外侧厚15cm，根部为60cm，采用折线变化，翼缘厚度在端横梁设置伸缩缝处统一加厚至100cm。

边跨现浇段处设置宽度为1.6m的端横梁。

箱梁顶板水平，横坡由桥面铺装找平形成。

4、5号桥墩采用钢筋混凝土双肢变截面矩形实心墩，与主梁固结，单肢桥墩顺桥向尺寸为2.5m，横桥向墩顶尺寸为6.5m，并以1:

100的斜率往下放坡，3号、6号桥墩采用圆端形实体墩，上接盖梁，墩底承台横桥向、顺桥向均为6.6m，厚3.0m，基础采用4根直径为160cm双排钻孔灌注桩。

某某大桥主桥桥型布置图如图1-1所示。

图1-1某某大桥主桥桥型布置图

2、监控方案编制依据

（1）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；

（2）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；

（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；

（4）《公路工程质量检验评定标准》土建工程（JTGF80/1-2004）；

（5）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；

（6）《公路桥梁施工技术规范》（JTG/TF50-2011）；

（7）某水电站库区省道淹没复建公路工程两阶段施工设计图A1标段（K0+000~K5+400）。

3、施工监控量测目的和原则

3.1施工监控量测目的

某某大桥主桥为预应力混凝土连续刚构箱梁，为了确保主桥在施工过程中结构受力和变形始终处于安全的范围内，且成桥后的线形符合设计要求，结构恒载内力状态接近设计期望，在主桥施工过程中必须进行严格的施工监控。

为掌握施工过程箱梁内力情况，使施工过程中不致产生过大的不合理内力、残余力、裂缝等，应对其主要截面进行内力监测。

预应力混凝土连续刚构箱梁桥属大跨度超静定结构，所采用的施工方法、材料性能、浇筑程序及立模标高等都直接影响成桥的线形与受力，且施工现状与设计的假定总会存在差异，为此必须在施工中采集需要的数据，及时掌握结构实际状态，并通过计算，对浇筑主梁立模标高给以调整与控制，以满足设计的要求。

通过施工过程的数据采集和优化控制，在施工中逐步做到把握现在，预估未来，避免施工差错，缩短工期，节省投资。

3.2施工监控量测原则

施工监控量测是要对成桥目标进行有效控制，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差对成桥的影响，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。

（1）受力要求：

反映预应力混凝土连续梁桥受力的因素主要是箱梁的截面内力（或应力）状况。

通常起控制作用的是箱梁的上、下缘正应力，它们与箱梁截面轴力和弯矩有关，因为轴力的影响较小且变化不大，所以弯矩是箱梁中起控制作用的关键因素。

（2）线形要求：

线形主要是主梁的标高位置，成桥后（通常是长期变形稳定后）主梁的标高要满足设计标高的要求。

（3）调控手段：

通过调整立模标高来进行主梁线形的结构优化，将参数误差通过立模标高的调整予以修正。

进行立模标高调整，须考虑已建梁段的主梁标高。

主梁弯矩控制截面可选为各施工梁段的典型截面，主梁标高控制点可选为每一阶段施工梁段前端点。

（4）预防：

监控方将参与重大工序与工艺施工方案的审查，消除不必要的人为错误。

4、施工监控计算内容和过程

监控计算就是利用建立的监控计算体系对桥梁施工过程中各阶段结构应力和位移状态等施工控制参数进行计算，为施工提供施工控制目标值，保证施工的顺利进行并使结构最终达到或接近设计要求的成桥状态。

监控计算所采用的基本方法是倒拆正装法，即通过对从成桥状态倒拆结构的过程进行结构分析来得到每一施工阶段的施工控制目标值，然后根据施工控制目标值对结构进行正装施工控制（包括对结构某些参数的调整），使施工此阶段时结构的内力和变位等同或逼近倒装计算中同工况下的结构内力和变位，计算软件为钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构分析软件，监控计算的内容和过程如下。

4.1确定监控计算初始状态和建立计算模型

监控计算初始状态一般采用设计部门确定的设计成桥状态作为初始状态。

在确定本桥监控计算的初始状态时，采用设计图纸中的成桥后的理论线型，在此基础上根据设计图纸中所反映出来的桥梁几何参数和结构参数建立结构有限元计算模型。

为实现桥梁结构的变形和应力分析，拟采用桥梁博士进行结构整体计算，采用midas/civil进行复核计算，以及采用ANSYS有限元软件进行局部分析计算。

在结构整体计算中，将结构简化为平面结构，各节段离散为梁单元，建模时不考虑桩基的影响，主桥上部结构划分为61个单元，4号墩柱划分为36个单元，5号墩柱划分为38个单元，主桥成桥状态结构计算简图如图4-1所示。

图4-1某某大桥主桥成桥状态结构单元划分图

4.2计算参数取值及修正

施工监控是个循环过程，必须根据测量、分析结果反复计算，这就涉及到计算参数的不断修正，使计算模型更接近实际结构。

在计算初期，采用规范设计参数或经验参数，在监控过程中根据测试数据不断修正。

计算参数是施工控制结构模拟计算中最基本的资料，这些参数会对桥梁的理论计算产生一定的影响，使实际变形与理论变形存在一定的差异，从而影响成桥竣工标高。

因此必须根据施工实际，随时调整理论计算模型使之与施工实际情况相符，再按修正后的模型确定新的立模标高，从而达到标高控制的目的。

理论模型的修正通过对模型中各相关参数的调整来实现。

4.3施工过程模拟计算

施工过程模拟计算是按照桥梁施工方案所确定的施工安装顺序，进行模拟实桥结构施工过程的结构分析，得到每一施工阶段的实桥线型和实桥结构受力状态，从而指导施工。

4.4施工前的预测计算

各阶段施工前的施工正装预测计算通常是结合上一阶段现场实测监控参数正装计算此阶段施工的结构内力状态和位移状态，并据此为施工单位提供此阶段各构件施工的线型放样、预应力张拉吨位和张拉顺序的调整等各项施工控制参数的目标值。

此部分计算是结合施工进程在施工现场完成的。

4.5施工后的校核计算

本阶段施工完毕后，将架设计算结果与施工检测结果进行比较，若两者差别满足要求，则提出下阶段的施工控制参数以进行下阶段的施工；

若不满足要求，则根据最新的实测监控参数结构分析并对本施工阶段控制参数的目标值进行必要的修正。

4.6结构试运营计算

修建桥梁的最终目的是为了运营，同理，施工监控的最终目标是保证整个结构在施工过程的安全和施工质量并最终达到满足设计要求的成桥状态，以使整个桥梁在竣工后更好地运营。

固然，如果施工成桥后的状态与设计成桥状态，完全吻合，则完全保证了整个结构的运营要求，但是，对于特大桥来讲，施工成桥后的状态与设计成桥状态不可能完全吻合，总会存在或多或少的偏差，故在施工成桥后，部分计算要在施工完成后而桥梁运营前进行，全面了解整个结构的线型和内力状态，以使结构更好地进行运营。

4.7立模标高的确定

在大跨度预应力混凝土箱梁悬臂浇筑过程中，随着箱梁的延伸，结构自重将逐步施加于已浇筑的节段上，使其挠度逐渐增大而变化。

因此，在各节段施工时需要有一定的施工预拱（设计单位事先给出了各节段的预拱值）。

但实际施工中，影响挠度的因素较多，主要有箱梁自重、挂篮变形、预施应力大小、施工荷载、混凝土收缩徐变、预应力损失、温度变化等。

挠度控制将影响到合龙精度和成桥线形，故对其必须进行精确的计算和严格的控制。

通过实测，对设计部门给定的预拱值在一定的范围作适当修正。

否则，多跨度桥梁桥将可能出现较明显的起伏现象。

箱梁浇筑时各节段立模标高由几部分组成：

（1）

式中：

——待浇筑箱梁底板前端模板标高；

——该点设计标高；

——箱梁施工预抛高，为浇注完该节段后，由于以后的施工操作该节段所发生的变形，这种变形直到桥梁竣工时为止。

在模型计算中，即为安装完表示该节段的单元杆件后，该节段控制标高点（一般为节段远离墩的端点）所发生的变形的负值（变形位移值以向上为正，向下为负）；

——浇注本节段挂篮弹性变形对该点挠度影响值；

——混凝土后期收缩、徐变引起的变形，可通过计算求出控制截面的挠度最大值，然后按抛物线沿跨长分布；

——桥梁承受1/2静活载所引起的变形。

可通过结构计算准确求得。

在实际标高监控工作中，采用近似计算法，即先按中垮跨中截面弯矩影响线布载，求出跨中最大挠度并取其一半，然后按二次抛物线分布于该跨。

预拱分析采用与施工过程逆方向的反向分析计算方法，即认为变截面箱型连续箱梁合龙3500天后，箱梁顶面达到了设计要求给定的标高，然后在增加挂篮、模板和施工附加荷载的条件下，按实际施工的逆过程，逐步“拆除”各节段箱梁，计算剩余部分的标高，与被“拆除”节段最邻近的箱梁顶面标高减去其设计标高，即该节段的预拱度。

持续此计算过程，由合龙段反推至第二节段，由此得到各节段的预拱。

4.8系统误差识别及消除

无论是理论计算所取的各种设计参数（如材料特性，截面刚度，徐变系数等）或者是根据实测得到的数据都存在误差。

为了分析调整这些误差，可以将桥梁施工看作是一个复杂的动态过程，运用现代的信息控制理论进行分析，以确保最佳的施工控制方案，指导现场施工，使结构的实际状态逼近理想状态。

针对某某大桥主桥的特殊情况，我们采用的是自适应控制系统和预测控制系统。

自适应控制系统是认为施工工况的受力状态达不到理想状态的原因，是有限元计算模型中的计算参数与实际值有误差所致。

要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中的实测值来修正计算模型中的参数值，使计算模型与实际结构磨合一段时期后，自动适应结构的力学规律。

对于某某大桥主桥而言，在悬臂初期，参数不准确带来的误差对全桥的线形的影响较小，这对于自适应控制的思路是有利的。

经过几个施工阶段的调整后，计算参数已得到修正，为敏感的长悬臂施工中的节段架设创造了有利条件。

预测控制是指在全面考虑影响桥梁结构状态的各种影响因素和施工所要达到的目的后，对结构的每一个施工架设状态进行预测，使施工沿预定的目标进行。

由于预测状态与实际状态间免不了有误差存在，某种误差对施工目标的影响则在后续的施工状态的预测中予以考虑，以此循环直到施工完成和获得与设计相符的结构状态。

5、施工监测内容及方法

5.1线形测量

5.1.1基准点的设立

在主墩箱梁0号块顶面上设立水平基准点（基准点用短钢筋预埋，伸出混凝土面1.5～2.5cm，做好明显的红色标识，施工单位做好严格保护措施），利用两岸大地控制网点，使用后方交汇法，用全站仪测出主墩顶箱梁0号块基准点的三维坐标。

将主墩箱梁0号块顶面高程值作为箱梁标高的水准基点，每一主墩箱梁0号块顶面布置一个水平基准点，监理单位、监控单位和施工单位按每月至少一次联测。

以首次获得的主墩箱梁0号块顶面标高值为初始值，每一工况下的测试值与初始值之差即为该工况下的墩顶变位。

水平基准点建立由施工单位负责完成（包括水平基准点的埋设和标高后视点引至箱梁0号块顶面基准点）。

5.1.2主梁挠度的观测

（1）测点布置：

施工单位在每一梁段悬臂端（距前端约10cm处）设立二个标高观测点。

测点须用短钢筋预埋，伸出混凝土面1.5～2.5cm，并用红油漆标明编号。

截面测点见图5-1中的“|”所示的位置，作为主梁混凝土上表面标高的测点。

图5-1箱梁截面测定位置示意图（单位：

cm）

（2）测量方法：

用精密水平水准仪测量测点标高。

（3）测量频率：

施工单位按各节段施工次序，每一节段按三种工况（即：

浇筑混凝土后、张拉后和挂篮前移后）对主梁挠度进行测量。

对于一些重点工况，监控单位进行抽测，与施工单位平行测量，相互校核。

（4）测量时间：

测量时间宜在早8：

00之前和下午6：

00以后或在温度场较稳定的时候进行。

在测量过程中，为了找出温度变化引起主梁挠度变化的规律，监控单位选择温差变化较大的天气，从早晨6：

00左右～下午6:

00左右每间隔大约2小时对其挠度进行测量，并记录所对应的大气温度，找出温差变化较大时挠度变化的规律，从而为确定待施工各节段预拱提供较为可靠的依据。

5.1.3主梁立模标高的测量

（1）

1

测点布置：

立模标高的测点位置见图5-2中的“|”所指处，即：

底板底模板三个特征位置；

顶板底模板六个特征位置。

图5-2箱梁截面立模标高测点位置示意图

用精密水准仪测量立模标高。

（3）测量时机：

立模标高的测量应避开温差较大的时段，测量时间宜在早8：

00以后进行。

施工单位立模到位、测量完毕后，监理单位对施工各节段的立模标高进行复测，监控单位不定期进行抽测。

5.1.4主梁顶面高程的测量

在某一施工工况完毕后，对主梁顶面混凝土进行直接测量。

在测量过程中，同一截面测三点，根据其横坡取其平均值，这样可得到主梁顶面的高程值。

同时，根据不同的工况观察主梁的挠度变化值，按给定的立模标高（含预拱度）立模，也可得到主梁顶面的高程值。

两者进行比较后，可检验施工质量。

5.1.5多跨线形的通测

除保证各跨线形在控制范围内外，第二联全程线形应定期或不定期进行通测，确保全桥线形的协调性。

5.1.6精度控制

按《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2004，主梁悬臂浇筑时，施工控制精度如下：

（1）立模标高允许偏差：

±

5mm；

（2）合龙段相对高程差≤20mm。

5.2混凝土结构应变测试

结构的应变—应力测试结果一方面用来评价施工质量，另一方面还可用于桥梁结构的跟踪监测，进一步完善桥梁设计理论。

对大跨度预应力混凝土桥梁而言，由于混凝土材料的非均匀性和不稳定性，受设计参数的选取（如材料特性、密度、截面特性等参数）、施工状况的确定（施工荷载、混凝土收缩徐变、预应力损失、温度、湿度、时间等参数）和结构分析模型等诸多因素的影响，结构的实际应力与设计应力很难完全吻合，即计算应力不可能反映结构的实际应力状态。

因此，在预应力混凝土结构的应变实际测试中，通过系统识别、误差分析与处理，使测试应力尽可能地接近于实际，从而较准确地掌握结构的真实应力状态。

5.2.1传感器选择

从目前国内外适用于现场实物测量的混凝土应变的传感器而言，适用于内埋的有应变片式传感器、钢弦式传感器、压电晶体传感器、内埋光纤传感器等。

此外，对于钢筋混凝土结构，还可通过测量钢筋的应变来反映混凝土应变。

基于钢筋混凝土桥梁结构布点多、工期长、工作量大（测量频繁且须多点同时读数）、现场测试环境差（边施工，边测量），密封、绝缘要求高，温度变化难于预测，因撞击、振捣损坏传感器器件的情况不可避免。

另外，还必须设法排除混凝土干缩徐变对测试结果的影响。

在整个监测监控期间，为了不影响桥梁现场施工进度，鉴于同类桥梁施工监控的经验，拟选用内埋式钢弦应变传感器，对已完成浇筑的桥墩选用表面式钢弦应变传感器。

目前，工程界普遍认为，钢弦式应变传感器量程大、精度高、非线性范围大、零漂、温漂范围微小，对测量精度基本无影响，且自身防护破损的能力好，便于长期观测，是混凝土应变测量较理想的传感元件，但是其价格高。

根据混凝土箱梁结构可受到的荷载和温度变化情况，拟选JMZX-215AT和JMZX-212AT智能弦式数码应变计。

JMZX-215AT智能弦式数码应变计是一种埋入式混凝土应变计，适用于各种混凝土结构内部的应变测量，适应长期监测和自动化测量。

其量程为-1500～1500

，分辨率为0.1

。

JMZX-212AT智能弦式数码应变计是一种表面式应变计，适用于各种钢结构和混凝土结构表面应变测量，适应长期监测和自动化测量。

钢弦应变计的主要参数——钢弦丝自振频率与应变（f，

）间的对应关系，厂家多用标定表和折线图的形式给出，这样不便于大批量数据的处理。

混凝土结构应变可近似看作自振频率f的二次函数

（2）

——混凝土构件应变（

）；

——弦丝自振频率（Hz）；

A、B、C——待定系数。

分别将各钢弦传感器的标定数据（

，

）通过最小二乘原理，确定系数A、B、C，拟合为二次函数为式

（2），得到各自的数学表达式。

在应力监测中，将所测量的钢弦频率值代入式

（2），通过专用软件计算即得到混凝土结构的应变值，进而可得到结构的名义应力值。

5.2.2传感器布置方案

根据连续梁悬臂施工的受力变形特点，在箱梁和桥墩最不利受力截面处布置应力传感器以了解结构应力状况，测试预应力混凝土箱梁的纵向应力最重要，在混凝土浇筑前，在控制截面用扎丝将钢弦应变计捆扎固定在箱梁上、下缘纵向钢筋上，纵向箱梁应力测试截面选择如图5-3所示，各箱梁截面应力传感器布置如图5-4所示。

桥墩根部应力测试采用表面式应力传感器，桥墩根部应力测试断面如图5-3所示，桥墩截面应力传感器布置如图5-5、5-6所示。

图5-3某某大桥应变测试截面布置示意图（单位：

m）

图5-4箱梁A-A~E-E断面应力传感器布置示意图

图5-5桥墩根部F-F断面应力传感器布置示意图

图5-6桥墩顶部G-G断面应力传感器布置示意图

5.2.3钢弦应变计埋设

根据结构的受力变形特点，测量预应力混凝土箱梁结构的纵向应力最重要。

在混凝土浇筑前，在控制截面位置用扎丝将钢弦应变计捆扎固定在箱梁上、下缘纵向钢筋上。

为保证埋设的钢弦应变计有较高的成活率和测量精度，需对埋设的应变计特殊处理和进行多项检查。

首先，为防止外界电磁场干扰，全部采用多股铜芯屏蔽线；

其次，由于监测监控属于长时间稳定性测量，且连接线较长，对连接线采用平行施焊，在接头处用绝缘胶布反复包扎，再用703乳胶进行密封；

然后用万用电表测量有无断路，检查引线与被测构件有无短路。

在操作中尽可能准确地使钢弦应变计与纵向应力方向保持一致。

为防止混凝土浇筑过程中传感器的窜位和角度改变，埋设时用扎丝将传感器牢牢捆扎在钢筋上。

5.2.4箱梁结构应力测量

混凝土箱梁结构在悬浇过程中，按下述三个工序循环推进：

（1）挂篮前移、立模；

（2）混凝土浇筑、凝固；

（3）预应力钢绞线张拉。

因此，应力测量也按上述三个工况划分（并考虑到施工中特殊工况和温度大幅变化等情况），分别对施工中三个工况及特殊情况下的应力进行跟踪监测；

然后对体系转换后箱梁结构各工况改变后的应力监测，直至全桥竣工。

由于混凝土应力测量的特殊性（当结构较大时应变滞后时间较长），测量时间选定在每一工况结束后3-6小时为宜，同时，在每一施工阶段，各工况测量时的温度变化不能太大。

5.2.5测试应力误差分析

混凝土结构的应力是通过应变测量获得的。

桥梁结构的实际状况与理论状况总是存在着一定的误差，究其原因，主要由设计参数误差、施工误差、测量误差、结构分析模型误差等综合因素干扰所致。

只有通过理论分析、误差分析等手段，使测试应力结果尽可能地接近于结构实际，才能较准确地掌握结构的真实应力状态。

由于混凝土材料的特殊性，测量应力的误差主要来源于混凝土的实际弹性模量的测量和混凝土的收缩徐变的计算。

在大跨度预应力混凝土梁桥施工中，应力测试是监测监控的重要手段之一。

事实上，由于混凝土材料的特殊性及施工工艺的复杂性，影响应力测试结果的因素太多，尚待深入探索和研究。

同时，大跨度预应力混凝土梁桥的有限元计算结果也受到诸多因素的影响。

因此，测试应力与设计应力的相互比较与印证在大跨度预应力混凝土梁桥的施工中尤为重要。

5.3箱梁温度场观测

温度对箱梁结构的内力和标高有很大的影响。

一般来说，在小范围的环境气温影响下，桥梁沿长度方向的温度变化是较小的，即各截面的温度分布基本相同；

但向阳面和背阳面的箱梁表面温度有较大的差异。

由于混凝土材料的热传导性能较差，日照结构表面与其附近结构内部形成较大的温度梯度，背阳结构表面与其结构附近内部的温度基本一致。

混凝土中温度测试选用JMT-36D型直径6mm的热敏电阻，分辨率为0.25℃，量程为-20℃～120℃。

分别在主桥边跨的1/4标准截面预埋温度元件，以测量其内部的温度场分布。

截面位置如图5-7所示，测点具体布置见图5-8所示。

（2）测点时间：

在主梁施工期间，选择有代表性的天气进行24小时连续观测，例如：

每个季节选择一个晴天、多云天和阴雨天。

图5-7主桥温度测试截面示意图（单位：

图5-8箱梁截面温度传感器测点布置示意图

（3）温度对结构变形和受力的影响测量

测量内容：

主梁标高、相关截面的应力应变。

测量时间：

与温度场观测同步进行。

5.4主墩沉降观测

（1）沉降观测点布置

本桥拟在中跨两主墩承台上沿纵桥向在主墩的两侧布置沉降观测点，以观测桥梁墩台沉降变形，沉降观测点布置如图5-9所示。

图5-9承台沉降观测点布置示意图

（2）测试要点

①施工单位在对各混凝土节段浇筑后对沉降测点情况进行测量；

②测试时应回避日照温差的影响，选择一天中温差最小时进行（如日出前或全天温度场较稳定时进行）。

③加强对测点的保护。

5.5与监控有关的其它资料收集

桥面临时荷载的布置和浇筑混凝土方量的资料以及最近两年同期的温度资料。

通过对桥面临时荷载和混凝土浇筑方量资料的收集，便于施工监控单位做出正确的误差分析，使计算模型更接近于实际结构。

6、施工监控中应强调的问题

（1）严格控制施工临时荷载，材料堆放要求定点、定量。

（2）高程测量工作由施工方和监控方独立平行进行，以便于在现场及时校对；

同时由监理方监测。

（3）所有观测记录必须注明施工状态、日期、时