某某大桥连续梁施工监控实施方案.docx

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某某大桥连续梁施工监控实施方案

1项目概况

1.1工程概况

叶溪河大桥主桥为70＋108＋70m的预应力混凝土连续箱梁，引桥为432m简支梁，全桥长395.9m。

线路为单线Ⅰ级铁路，预留双线条件，主桥一次建成双线。

线间距4.2m，主桥全部位于直线上，桥面坡度－3.1%。

设计荷载为铁路标准荷载：

中－活载，设计车速为160km/h。

采用道碴桥面，道碴槽宽8.4m，两侧人行道各1.15m。

主桥箱梁为单箱单室直腹板截面，箱梁顶宽10.7m，底宽5.7m；梁高跨中和直线段为4.5m，支座处为8.0m，按R＝380.643的圆曲线变化；顶板厚32cm，底板厚由跨中的0.4m按圆曲线变化到中支点根部的0.972m，中支点处加厚至1.15m。

主桥连续箱梁采用C55混凝土，三向预应力体系，悬臂法施工。

1.2施工监控技术依据

1）叶溪河大桥设计文件

2）《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）

3）《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.2-2005）

4）《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）

5）《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10415-2003）

6）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ022-85）

7）《铁路桥梁工程抗震设计规范》

8）《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-99）

9）英国标准BS5400《钢桥、混凝土桥及结合桥》

10）《桥涵工程试验检测技术》

11）《混凝土结构试验方法标准》（GB50152-92）

12）《工程测量规范及条文说明》（GB50026-93）

13）《铁路桥涵施工技术规范》（TBJ202-96）

14）《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ72-97）

2施工控制的目的、原则与方法

2.1施工监控目的及意义

施工控制的最基本要求是确保施工过程中结构的安全和确保成桥后的主梁线形符合设计要求，结构恒载内力状态接近设计期望。

叶溪河大桥主桥属于大跨高墩预应力混凝土连续梁桥，采用分段悬臂浇筑施工。

在施工设计时，尽管可以采用各种结构分析方法计算出每一施工状态的结构内力、主梁挠度值，但是按这种设计值进行施工时，其实际结构的每一状态未必能达到设计值，即所谓不一致的困难问题。

引起这种不一致的主要因素有：

1）在设计时诸如材料的弹性模量、截面特性、截面剪力滞效应、构件自重、临时施工荷载、徐变收缩参数等设计参数的选择不可能与实际结构所对应的完全一致。

2）预应力张拉实际效果、挂篮荷载及其变形的影响。

3）环境的影响。

包括季节平均温差和日照温差，空气湿度，风荷载等的影响。

4）测量误差。

这里指的是施工现场所有量具和表具等引起的误差。

5）施工误差。

6）结构模型简化和计算的误差等。

在施工中应尽可能排除或扣除环境影响，保证量测和施工精度条件下引起误差的主要因素是设计参数的取值与实际结构不一致。

如果不在施工过程中逐步修正设计值，那么由这些参数引起的结构误差具有积累性；随着悬臂的伸长，最终将显著地偏离设计目标，造成合拢困难，影响了整个桥梁建成后的美观和运营质量。

本工程结构受力较为复杂，在施工过程结构体系多次转换，实际施工工况繁多，在施工监控中需要细致的观测测试工作和大量仿真计算工作。

通过有效的监测监控工作，最终消除设计与实际施工过程差异的影响，保证设计的施工过程和受力状态得以准确实现，确保主梁准确合拢并使最终的主梁线形和内力达到设计状态。

2.2控制原则

施工控制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，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。

1）受力要求。

反映连续梁桥受力的因素主要是主梁的截面内力（或应力）状况。

通常起控制作用的是主梁的上、下缘正应力。

不论是在成桥状态还是在施工状态，要确保各截面应力的最大值在允许范围之内。

2）线形要求。

线形主要是主梁的标高。

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。

由于悬臂施工属于典型的自架设施工方法，在施工过程中的已成结构（悬臂节段）状态是无法事后调整的，因此施工控制时要采用预测控制法。

对于主梁内力（或应力）的调整，只能通过严格控制预应力束张拉力的大小来实现。

对于主梁线形的调整，调整立模标高是最直接的手段。

将参数误差以及其他因素引起的主梁标高的变化通过立模标高的调整予以修正。

2.3控制方法

叶溪河大桥的施工监控将采用自适应控制方法：

对于大跨度预应力混凝土桥，施工中每个工况的受力状态不能完全达到设计所确定的理想目标的重要原因是设计计算模型中的计算参数取值，并且主要是混凝土的弹性模量、材料的比重、徐变系数的取用等与施工中的实际情况有一定的差距。

要得到比较准确的控制调整量，必须再根据施工中实测到的结构反应来修正计算模型中的这些参数值，以使计算模型在与实际结构的施工过程磨合一段时间后自动适应结构的物理力学规律。

在反馈控制的基础上，再加上一个系统参数识别过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。

大跨度连续梁的施工控制是一个预告－施工→量测→识别→修正→预告→施工的循环过程。

其施工过程的影响参数较多，如：

结构刚度、梁段的重量、施工荷载、混凝土的收缩徐变、温度和预应力等。

在计算施工控制参数的理论设计值时，都假定这些参数值为理想值。

为了消除因设计参数取值的不确切所引起的施工中设计与实际的不一致性，在施工过程中对这些参数进行识别和预测。

对于重大的设计参数误差，提请设计方进行理论设计值的修改，对于常规的参数误差，通过优化进行调整。

1）设计参数识别

参数误差识别过程是自适应控制的关键，其任务就是根据对控制目标（如内力、标高和结构应力）的测量值与计算值之间的误差反算施工过程模拟计算中选用的参数，如混凝土的弹性模量、主梁自重集度、徐变系数等。

通过在典型施工状态下对状态变量实测值与理论值的比较，以及设计参数影响分析，识别出设计参数误差量。

2）设计参数预测

根据已施工梁段设计参数误差量，采用合适的预测方法（如灰色模型等）预测未来梁段的设计参数可能误差量。

3）优化调整

施工控制主要以控制主梁标高、控制截面弯矩为主，优化调整也就以这些因素建立控制目标函数（和约束条件）。

通过设计参数误差对桥梁变形和受力的影响分析。

应用优化方法（如最小二乘法等），调整本梁段与未来梁段的立模标高，使成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态，并且保证施工过程中受力安全。

结合叶溪河大桥的特点，给出施工控制系统框图如下：

文件及图形输出：

·标高（位移）

·内力，应力

现场配合资料：

·混凝土容重

·主梁断面及桥面铺装实际尺寸、自重

·施工荷载及状况

·材料的弹性模量

·收缩，徐变及预应力损失等参数

·温度及其它

实时跟踪分析：

·位移

·应力，内力

控制项目测量：

·主梁位移、标高

·主梁截面应力

参数识别分析

预应力作用效果的重新估算

实时向前分析

误差判别：

·位移

·应力

图2.1叶溪河大桥（连续梁桥）施工控制框图

3桥梁施工监控方案

3.1施工监测监控重点

叶溪河大桥是一座铁路连续梁桥，其施工监控工作的重点为：

主梁应力（内力）监测与控制（以理论分析为主，并根据变形实测值反推）

主梁标高（线形）监测与控制

桥墩变形监测与控制

3.2施工监测监控主要工作内容

3.2.1施工监测监控主要工作内容

1）主桥连续梁桥施工监控实施细则编制

2）主桥连续梁桥施工动态过程仿真模拟

3）对设计单位提供的施工流程及其控制参数进行对比分析，核对两者结果的可靠性

4）按预先拟定的施工步骤，分析计算主梁在各施工阶段内力及变位及主梁标高等控制参数的理论计算值，以备施工过程中对比分析

5）安装位移、坐标测试标记等

6）提供施工控制参数（主梁结构施工控制坐标，结构应力等）

7）主梁挠度、坐标及主墩沉降监测与控制

8）施工过程温度监测与控制

9）主桥施工过程主梁线形及整体空间结构行为的监测与控制

10）阶段性成果报告

11）施工监控最终成果报告

3.2.2施工仿真计算

复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态，即对施工过程进行实时仿真。

按照施工和设计所确定的施工工序，以及设计所提供的基本参数，对施工过程进行正装计算，得到各施工状态以及成桥状态下的结构受力和变形等控制数据。

主要有：

1）各施工状态下以及成桥状态下状态变量的理论数据：

主梁标高、墩顶偏位以及控制截面应力应变。

2）施工控制数据理论值：

主梁各节段立模标高。

3.2.3施工控制有关的基础资料试验数据的收集

1）混凝土弹性模量试验以及按规定要求的强度实验；钢筋混凝土容重。

2）气候资料：

晴雨、气温、风向、风速。

3）实际工期与未来进度安排。

4）挂篮支点反力及其他施工荷载在桥上布置位置与数值。

3.2.4施工过程结构变位和温度观测

施工一个梁段称为一个阶段，为了改善施工过程中的挂篮和混凝土主梁的受力，每阶段分成3个工况：

1）挂篮前移并定位立模；

2）浇注全部混凝土；

3）预应力张拉

在各个工况中，主要测试内容如下：

1）主梁挠度观测

2）墩顶水平变位测量

3）温度观测

3.2.5设计参数误差分析和识别

①挂篮刚度对标高的影响；

②梁段自重误差对结构的影响；

③梁和墩的刚度误差对结构的影响；

④混凝土收缩徐变对结构的影响；

⑤施工荷载变动对结构的影响；

⑥温度的影响；

⑦预应力误差的影响。

3.2.6对未来梁段设计参数误差进行预测

3.2.7预告主梁下阶段立模标高

3.2.8重大设计修改

如果出现较大的施工误差，可能需采取以下重大修改措施：

①设计参数作重大修改；

②合拢施工方案作重大调整。

3.3施工阶段测试工作

为了确保施工控制的顺利实施，施工过程中各项技术参数的准确测定至关重要，它是进行施工控制的必要初始参数，它为施工计算提供了实测数据，是最终实现施工控制目标的最关键一步。

3.3.1应力测试

本桥在施工中现场不进行应力测试，结构应力状态以理论仿真和实测位移反推。

3.3.2位移（标高）测试

①测试截面及测点布置

根据满足施工过程测试控制目的要求，对如下截面或位置布设位移测点：

墩顶主梁截面、每梁段前端都要布置位移测点；立模时测模板（一般5－7个测点），该梁段混凝土浇注后测梁顶面（提前埋设钢筋头，每测试断面设3个，分别在梁断面两边缘和中点）。

图3.1位移（标高）测点纵向及截面布置

②测试周期

在施工期间，每进行一个施工循环，就进行一个循环的监测。

③测试项目

a立模时和混凝土浇注前测底模立模标高；

b梁段混凝土浇注后同时测现浇梁段底模和梁顶预埋钢筋头标高，并讲该梁段的高程测点从梁底移至梁顶（梁顶标高还要减去露出的钢筋头高度）；

c梁段混凝土浇注后测所有已浇梁顶梁顶测点预埋钢筋头标高，据此确定梁顶标高和梁的位移变化情况；

d在预应力束张拉前、后进行测试，以判定本循环结构上施加的荷载对结构受力与变形的影响及预应力的作用效果。

④测试时间

为了消除或减弱环境温度及气流对测试结果的影响，每次测试时间定在大致相同的时间范围，一般宜在早晨7:

30前结束当次测试工作（高程与变形的测试宜在凌晨日出前5:

30~7:

00进行）。

⑤中跨与边跨合拢前各进行主梁前端24小时变形观测。

⑥主桥合拢后、桥面铺装后全面进行主桥线形观测。

3.3.3混凝土弹性模量及容重的测定

混凝土弹性模量的测试采用现场取样通过万能实验机试压的方法。

混凝土容重的测定是在现场取样，采用实验室的常规方法进行测定，

3.4施工控制的精度与总体要求

3.4.1控制精度

1）模板允许偏差：

①梁高：

+10mm，0；

底模拱度允许偏差：

3mm；

③底模同一端两角高差：

2mm；

2）梁段允许偏差：

①悬臂梁段高程：

+15mm，-5mm；

②合龙前两悬臂端相对高差：

合龙段长的1/100，且不大于15mm；

③梁段轴线偏差：

15mm；

④梁段顶面高程差：

±10mm。

3）梁体允许偏差：

①梁高：

+15mm，-5mm；

②梁上拱度与设计值比：

±10mm。

3.4.2实施中的总体要求

1）严格控制施工临时荷载。

测试时临时荷载尽量移至0#梁段位置，材料堆放要求定点、定量。

2）测量工作由施工方和监控方平行进行，以便于在现场及时校对，同时由监理方进行监测。

3）所有观测记录须注明工况（施工状态）、日期、时间、天气、气温、桥面特殊施工荷载和其他突变因素。

4）每一施工工况完成后，由有关方进行测试，确认测量结果无误后方可进行下一工况的施工。

5）主梁挂篮立模和预应力张拉前后的测试工作必须回避日照温差的影响。

6）预应力张拉结束、降挂篮后，有关方把数据汇总至监控方，由监控方进行数据分析后，下达下一梁段的控制指令表。

7）控制指令表经有关方签认后方可执行，才能进行下一梁段的施工。

4监测监控投入的技术设备

我项目部及兰州交通大学施工监测监控组拟采用国内土木界先进的仪器设备完成该项工作，所用的仪器具有测试精度高、抗干扰能力强、稳定性好等特点，仪器设备清单如表1所示。

所用的仪器、设备一律到专门的检测机构进行校验，验证符合要求后方投入使用。

表1连续梁桥桥施工监控测试仪器一览表

仪器名称（型号）

数量

作用

产地（备注）

索佳1130全站仪

1台

测试主梁线形

自动安平精密水准仪

2台

测试梁挠度及墩沉降

笔记本电脑

2套

数据采集、处理，分析计算

IBM

5监控人员配备

要做好大跨度连续梁桥施工监测监控工作，离不开建桥各方的相互配合。

只有建桥各方共同努力才能使大桥安全、快速、优质、顺利地建成。

为达到这一目的，成立叶溪河桥监控监测工作小组，明确各自职责。

施工监控单位兰州交通大学项目组人员包括项目负责人一名，技术负责人一名（项目负责人兼），其他成员3名，施工单位配备专业测量人员3名，保证整个监测工作保质保量按期完成。

图5-1叶溪河大桥桥施工监控管理机构图