三山西桥施工监控方案.docx

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三山西桥施工监控方案

佛山市南海区三山西大桥维修

加固工程

施工监控方案

北京九通衢道桥工程技术有限公司

三山西桥施工监控项目部

2009年8月

佛山市南海区三山西大桥维修加固工程

施工监控方案

1.概况

1.1工程概况

南海三山西大桥（照1-1）主桥原设计及现状为三孔展翅中承式钢管柔性系杆拱桥，其跨径组合为45.00m+200.00m+45.00m，全长290.00m，其中主跨200.00m，矢高44.40m。

主拱肋为组合式钢管混凝土结构，推力由设在桥面系中的系杆自平衡；吊杆采用镦头锚锚固的平衡钢丝束；桥面系采用横梁加槽形板组成。

原设计标准为：

1设计荷载：

快车道汽－20级、挂车－100；

慢车道汽－10、人群－3.55KN/m2；

②桥面净宽：

[1.5m（人行道）+3.0m（慢车道）+2.0m（拱肋）+15/2m（快车道）]×2＝28m；

③通航净高：

10m。

照1-1三山西大桥

南海区三山西大桥1994年8月建成通车，营运已近13年。

经过多年使用后，桥梁的各个部位均出现了不同程度的病害。

有关方面委托“北京市市政工程研究院”及“中交桥梁技术有限公司”分别于2003年6月、2007年1月及2008年4月多次对大桥进行了检测，检测结果表明，其主要病害有：

（1）主拱肋钢管砼局部脱空、主拱肋及横隔板表面局部油漆脱落、焊缝锈蚀；

（2）吊杆PE管开裂、老化，钢筋、锚具等锈蚀严重；

（3）系杆钢箱局部漏油、积水，系杆的预应力束的应力损失达10％左右等；

（4）端横梁、拱座、立柱、引桥腹板、边拱肋等裂缝较多；

（5）伸缩缝缝内堵塞、伸缩缝体的橡胶构件开裂；

（6）桥面铺装层局部损坏等。

且上述病害有进一步发展的趋势，需要进行维修。

据此此四川省交通厅公路规划勘察设计研究院（下称“四川院”）根据检测报告对该桥进行维修加固设计，于2008年12月完成了《佛山市南海区三山西桥维修加固工程—施工图设计文件》的编制工作（下称《加固设计图》）。

《加固设计图》的主要指导思想是：

在维持原设计标准的基础上对本桥进行维修加固，主要内容有：

更换吊杆、系杆钢箱排水防腐、原系杆维护和增设新系杆、拱座加固、边拱加固、钢管拱主拱圈内灌注化学材料填隙、主拱圈防护、更换行车道板、更换桥面铺装、更换伸缩缝支座等等维修加固工作。

1.2主要施工监控内容

根据招标文件要求，为保证大桥加固施工期间结构安全，在大桥主体结构进行施工监控，主要施工监控内容有：

1.施工期间主拱圈、边拱及吊杆横梁的应力检测；

2.吊杆更换时主桥桥面标高测量，使桥面标高变化在设计允许范围之内；

3.施工临时荷载作用下和张拉新系杆时墩顶位移的监测。

2.施工监控编制的依据

本施工监控方案依据下列技术文件及相关规范编制：

（1）《加固设计图》（四川院-2008.12）；

（2）《佛山市南海区三山西大桥维修加固工程施工监控—招标文件》（业主）；

（3）《佛山市南海区三山西大桥维修加固工程施工监控—投标文件》（本司）；

（4）《佛山市南海区三山西大桥维修加固工程施工监控—技术服务合同》；

（5）《佛山市南海区三山西大桥维修加固工程—施工组织设计》（施工单位）；

（6）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；

（7）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；

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

（9）《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）；

（10）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）；

（11）《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）；

（12）《公路桥梁加固设计规范》（JTG/TJ22-2008）；

（13）国家现行的其他桥涵工程试验检测标准、规范、规程。

3.施工监控目标及必要性

3.1施工监控目标

在三山西大桥桥维修加固施工期间，通过对桥梁主拱圈、边拱、吊杆横梁应力、墩顶位移及桥面线形监测；吊杆更换前后应力的监测；新增系杆应力的监测等；利用这些数据与理论计算结果进行对比分析，及时掌握结构实际受力状态，提供施工监控信息，以指导施工，确保桥梁施工过程的安全，并使加固维修后桥面线形与结构内力状态满足设计要求。

3.2施工监控必要性

桥梁施工监控是确保桥梁施工宏观质量的关键。

为确保桥梁施工质量，对施工过程进行控制是必不可少的。

利用现代计算机仿真技术及桥梁专用计算分析软件，技术人员完全可以对多阶段、多程序的结构体系进行模拟，可预先计算出各阶段内力和位移，称之为预计值。

将施工中的实测值与预计值进行比较，分析实测值与计算值之间的差异和产生差异的原因，将相关分析结果及时反馈给设计单位、施工单位及监理单位，对产生差异的各可控因素进行调整，直到施工中的桥梁实际状态最大限度的逼近设计预期的理想状态。

也就是通过施工监控，使桥梁总体及其相关构件在各阶段的内力和变形逼近设计预计值，最终满足设计要求，确保桥梁加固的施工质量。

桥梁施工监控又是桥梁建设的安全保证。

为了安全可靠地加固好三山西大桥，施工监控是一重要环节及手段。

因为加固桥梁所采用的施工方法均按预定的程序进行，施工中的每一阶段，结构的内力和变形是可以预计的，同时可通过监测得到各施工阶段结构的实际内力和变形，从而可以跟踪掌握施工进程和预料发展情况。

当发现施工过程中监测的实际值与计算的预计值相差过大时，就要进行检查和原因分析，以确保施工的安全性。

4.更换吊杆施工过程监控

根据《加固设计图》，本桥加固施工过程的两个关键环节就是吊杆的更换施工和新增系杆预应力束的施加。

设计文件要求：

吊杆更换从主桥桥跨中心线往两侧对称实施，更换吊杆时，桥上所有临时荷载不超过80吨。

所有新吊杆均安装有CCT105磁通量传感器，实施永久性安全监控。

按照设计文件，每根吊杆的更换均分为两大步骤：

第一步，兜吊系统替代旧吊杆；第二步，新吊杆替代兜吊系统（不排除施工单位采用更加可靠高效易操作的其他临时吊杆系统）。

但在实际实施的吊杆更换施工过程中，在保证上述设计文件所要求的基本原则不变的情况下，施工单位具体的实施方案会受实际的桥下通航要求及总工期和封桥时间的限制，加以调整。

因此，我司的监控在按照设计文件要求分别针对以上两步施工过程进行监测和控制，同时根据监理批复的施工方案调整我们相应的监控检测细则。

其控制流程如图4.1-1和图4.1-2所示。

4.1施工监控流程

更换吊杆施工开始之前，对更换过程的每个受力转化步骤进行模拟数值计算分析，给出各测点相应的控制值。

监控流程如图4.1-1和图4.1-2所示。

加固施工前，应布好全桥监控点，并与永久性监控点一并布设。

加固施工前全封闭交通，连续24小时监测不得少于3天，最好是7天，以便掌握全桥最初的状态及温度对监测的影响。

图4.1-1兜吊系统替代旧吊杆监控流程

图4.1-2新吊杆替代兜吊系统监控流程

4.2测点布置

行车道两侧拱肋测点布置相同，如图4.2-1～4.2-4所示图示仅为大桥单侧测点布置。

图4.2-1标高测点以及水平位移测点位置示意图

图4.2-2应变测试截面位置示意图

图4.2-3吊杆FBG传感器布置示意图

图4.2-4系杆FBG传感器及裂缝观测点布置示意图

4.2.1标高测点

标高测点如图4.2-1所示。

✓B1#～B7#为主拱圈标高测点，其位置分别为两端拱脚、L/4、3L/8、跨中、5L/8、3L/4；

✓以14#和20#吊杆为例：

当进行14#和20#吊杆更换时分别在相应吊杆的主拱圈和桥面均布置标高测点，如图4.2-1所示，B8#～B11#为14#和20#吊杆相应测点；

✓B12#、B13#为边拱跨中桥面处标高测点；

4.2.2应变测试截面

应变测试截面布置如图4.2-2所示。

ØY1#～Y7#分别为两端拱脚、L/4、3L/8、跨中、5L/8、3L/4；

ØY8#～Y11#为边拱跨中、拱脚；

Ø每个截面上下缘均布置振弦式应变传感器；

4.2.3墩顶、拱脚水平位移

墩顶、拱脚水平位移如图4.2-1所示。

S1#～S7#分别布置在拱座、主拱圈和边拱圈拱顶、墩顶；

4.2.4FBG传感器：

为了便于后期对吊杆索力进行监测，分别在5#、9#、13#、17#、21#、25#、29#吊杆两侧预装FBG压力传感器（如图4.2-3所示，图示为示意位置，具体位置经计算后再结合现场情况确定），共安装14个。

传感器确保后期服务周期不少于5年。

4.3控制指标

（1）临时兜吊系统的控制：

在施工前，监控单位需对每根吊杆的恒载应力进行复算，临时兜吊系统的吊索张拉索力最大允许误差为3％，因为拆除旧吊杆应力释放可能造成桥面变形。

临时兜吊安装过程中对桥面标高进行严格的监测。

（2）吊杆应力和伸长量控制：

吊杆伸长量和应力控制是次要的，因为桥面系是静定简支体系，恒载下吊杆力是恒定的，并不会引起主体结构内力重分配。

因此，吊杆的张拉应以桥面标高为基准，采用应力和伸长量进行双控。

各施工步骤控制值由计算确定。

（3）桥面标高的控制：

吊杆的更换主要是桥面标高的控制，为避免砼铺装开裂，每根吊杆对称点位标高误差不能超过2厘米，并从严要求；吊杆力置换时，吊杆处桥面上下位移应控制在1cm范围内。

（4）拱圈各标高测点、应变测点、水平位移测点的控制值均由计算分析以及相关标准规范要求确定。

4.5应急措施

拆除旧吊杆应力释放可能造成桥面线形变化，应采取以下的应急措施。

（1）随时监测进行更换施工的吊杆处主拱圈及桥面标高，一旦达到预警值即采取预警机制，并对吊杆和兜吊系统应力进行量测和检算分析，查找出原因后提出桥面标高调整办法；

（2）随时监测主拱圈主要控制点标高和应力，一旦达到预警值即采取预警机制，并随时对受力状况进行量测和检算分析，查找出原因后提出桥面标高调整办法。

4.6更换吊杆计算说明书

考虑桥梁15年的收缩徐变，更换吊杆过程中按照施工单位的20％荷载递增分六次替换与张拉吊杆，施工各个阶段的桥面上下位移见表4.6.1所示；由于桥面系是静定简支体系，恒载下吊杆力是恒定的，并不会引起主体结构内力重分配，所以吊杆更换过程中，并不会引起相邻吊杆内力的变化；由于桥梁对称，所以只提供1/4结构的上下位移变化值。

考虑桥梁15年的收缩徐变，吊杆在恒载作用下内力计算值见表4.6.2所示。

表4.6.1更换吊杆过程中桥面上下位移（单位:

mm）

施工过程

17号

16号

15号

14号

13号

12号

11号

10号

9号

第一次体系转换

兜吊张拉至20％

15.190

15.144

15.008

14.778

14.456

14.042

13.533

12.918

12.231

兜吊张拉至40％

15.189

15.144

15.007

14.779

14.457

14.042

13.533

12.918

12.231

兜吊张拉至60％

15.189

15.145

15.008

14.778

14.457

14.042

13.533

12.918

12.231

兜吊张拉至80％

15.189

15.144

15.008

14.779

14.457

14.042

13.534

12.918

12.231

兜吊张拉至100％

15.828

15.855

15.766

15.570

15.272

14.871

14.367

13.751

13.055

第二次体系转换

张拉新吊杆至20％

-14.957

-14.916

-14.786

-14.564

-14.253

-13.851

-13.357

-12.758

-12.0