鹅梨坡特大桥施工监控实施方案.doc

专项施工技术方案工程名称：吉首茶洞高速公路方案名称：特大桥施工监控实施方案2012年07月20日目 录1.工程概述12.施工控制的目的与意义22.1 施工控制目的22.1 施工控制的意义33.施工控制的原则与方法43.1 控制原则43.2 监控方法64.施工控制主要工作内容74.1 理论计算74.2 主梁施工过程主梁标高、应变、温度和墩顶偏位监控94.3 测试程序114.4 观测时间124.5 元件保护124.6 施工控制有关的基础资料试验与收集134.7 设计参数误差分析和识别134.8 对未来梁段设计参数误差进行预测164.9 预告主梁下节段立模标高164.10重大设计修改165.阶段施工控制验收176.总的要求177.各单位配合内容188.项目参加人员及主要仪器设备施工监控人员安排表199.监控经费报价20特大桥施工监控实施方案1.工程概述吉茶高速鹅梨坡特大桥是长沙至重庆公路通道吉首至茶洞高速公路K7+018处的一座特大桥，左幅桥长1063.12m，右幅桥长1042.50m。主桥为预应力混凝土变截面连续钢构，设计跨径布置为55+100+55m，位于半径R=1090m的圆曲线及缓和曲线上，设计丛坡为2.6%，左幅桥为下坡车道圆曲线内设4%的超高，右幅桥为爬坡车道圆曲线内设3%的超高。主桥下部构造为双支空心墩，空心墩壁厚60cm，且壁厚沿墩高保持不变，墩高均在90m以上，单肢空心墩顶部纵横尺寸为350700cm, 中部纵横尺寸为300700cm，底部纵横尺寸按坡率50：1向墩底逐渐放大直达承台顶确定。承台为分离式，纵横尺寸为15201160cm，高450cm。承台下设12根D200cm钻孔灌注桩。主桥上部结构采用单箱单室箱形截面，箱梁梁高、底板厚度均按2次抛物线变化。箱梁T构根部梁高（箱梁中心线）为600cm，中跨梁高（箱梁中心线）为300cm。箱梁顶板宽度为1200cm，板厚28cm。底板宽度为650cm，厚度为6028cm。腹板厚度由根部至中跨依次为80cm、70cm、55cm、45cm。箱梁在主墩墩顶设有4个横隔板，板厚100cm;在悬臂梁四分点及中跨跨中处均设一横隔板，板厚40cm。箱梁梁端（边跨支座处）设厚度为100cm端横隔板。箱梁单个T构分15段悬臂浇筑，0号梁段长1200cm，其余114号梁段分别为250cm+10300cm+3350cm；边跨现浇段长400cm；边跨和中跨合拢段长均为200cm。0号梁段采用搭设托架浇筑，其余梁段采用挂篮悬浇。两边跨400cm现浇段采用搭设吊架浇筑。全桥合拢顺序为:先合拢中跨，再浇筑边跨并合拢。设计标准：（1） 设计时速：80km/h（2）设计荷载等级：公路-级（3）桥面系宽度：24.5m（4）桥面横坡：双向2%，圆曲线左幅桥内设4%超高，圆曲线右幅桥内设3%超高（5） 地震动参数：地震动峰值加速度少于0.05g。2.施工控制的目的与意义2.1 施工控制目的吉茶高速鹅梨坡特大桥主桥为55+100+55m预应力混凝土变截面连续箱梁，采用悬臂浇筑施工，属于自架设体系施工。即将桥梁的上部结构分节段进行施工，后期节段是靠已浇节段来支撑，逐步完成全桥的施工，也就是无支架而靠自身结构进行施工。自架设体系施工方法的采用，必然给桥梁结构带来较为复杂的内力和位移变化。为了保证桥梁施工质量和桥梁施工安全，桥梁施工控制是不可缺少的。自架设体系施工方法应用在非匀质的混凝土桥中比较复杂。因为混凝土桥除了本身材料是非匀质材料和材质特性不稳定外，它还要受温度、湿度、时间等因素的影响，加上采用自架设体系施工方法，各节段混凝土相互影响，且这种相互影响又有差异。由此，这些影响因素必然造成各节段或各层的内力和位移随着混凝土分节段浇筑过程变化而偏离设计值。同时，大跨度预应力混凝土连续钢构桥梁施工过程复杂，设计与施工高度耦合，施工过程中各种影响结构变形和内力的参数（如梁重、结构刚度、温度场、有效预应力等）存在误差，而且，在边跨或中跨合拢后，还有体系转换问题。如果不加以控制调整，这些误差会导致结构变形和受力严重偏离理论计算轨迹，成桥后主梁的线形和结构中内力都将难以满足设计要求，并且施工过程中很易导致超应力情况，造成严重后果。为了确保鹅梨坡特大桥主桥在施工过程中结构内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，结构恒载受力状态接近设计期望，在桥梁施工过程中必须进行严格的施工监测和控制。2.1 施工控制的意义为了保证施工质量，必须要对建桥的整个过程进行严格的施工控制。也可以这样说，桥梁施工控制是桥梁建设质量的保证。衡量一座桥梁的质量标准就是要保证已成桥的线形以及受力状态符合设计要求。对于桥梁的下部结构，只要基础埋置深度和尺寸以及墩台尺寸准确就能达到标准，容易检查和控制。而对采用多工序、多阶段自架设体系施工的大跨度预应力混凝土桥梁的上部结构而言，要求结构内力和标高的最终状态符合设计要求，则较为复杂。3.施工控制的原则与方法3.1 控制原则施工控制的基本方法为自适应控制法。自适应控制法是指根据施工过程中识别出来的参数实际值不断地修正计算模型中的相应参数，使计算模型与实际模型磨合一段时间后，自动适应结构的物理力学规律。自适应控制法的基本原理:通过施工过程的反馈测量数据不断修正用于施工控制跟踪分析程序仿真计算的参数,使仿真分析自身适应实际施工过程,当仿真分析能够准确地反映实际施工过程后,以仿真分析结果指导以后的施工过程。由于经过自适应过程,仿真计算模型已与实际施工过程十分吻合,因而可以达到线形与内力状态双控的目的。该控制系统中必须具备一个有效的参数识别系统。这个识别系统中的参数主要为：梁段自重、结构刚度、混凝土收缩徐变参数、温度、施工临时荷载等。其基本步骤如下:(1)首先以设计的成桥状态为目标,按照规范规定的各项设计参数确定每一施工步骤应达到的分目标,并建立施工过程跟踪分析程序;(2)根据分目标开始施工,并测量实际结构的变形和应力等数据;(3)根据实际测量的数据,分析和调整各计算参数,以调整后的参数重新确定以后各施工步骤的分目标,建立新的跟踪分析程序;(4)反复上述过程,即可使跟踪分析程序的计算与实际施工相吻合,各分目标也成为可实现的目标,进而利用跟踪分析程序来指导以后的施工过程。施工控制是为了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目标的影响，确保成桥后结构内力和线形符合设计要求。因此，鹅梨坡特大桥预应力混凝土桥梁施工控制的原则为以主梁线型控制为主，应力控制为辅，同时兼顾墩台的偏位。 3.1.1 线形要求线形主要是指主梁的线形和桥面线形。成桥后（通常是长期变形稳定后）主梁的线形（控制点的平面坐标和标高）和桥面标高要满足设计要求。为了实现好线形要求，需要严格控制好主梁各节段施工过程中的位移。 3.1.2 受力要求控制桥梁受力性能的主要结构是主梁。通常起控制作用的是主梁的上、下缘正应力以及腹板的主拉应力。起控制作用的因素是主梁自重和预应力。在恒载已定的情况下，桥轴线形是影响主梁受力的重要因素。受力要求是指控制主梁在施工过程中和成桥后的应力在安全范围内，满足规范要求。因此，在施工过程中应控制好主梁的受力。 3.1.3 调控手段对于主梁线形的调整，调整立模标高是最直接的手段。将参数误差调整引起的主梁标高的变化通过立模标高的调整予以修正。必要时还需对预应力作适当调整。合拢温度选择、压载合拢也是可采用的手段。3.2 监控方法大跨度桥梁施工过程复杂、难度大、影响参数多，如：结构刚度、梁段的重量、施工荷载、砼的收缩徐变、温度和预应力等。求解施工控制参数的理论设计值时，都假定这些参数值为桥梁规范的理想值。为了消除因设计参数取值的不确定性所引起的施工中设计采用值与实际的不一致性，必须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。具体流程见下图。前期结构分析计算施 工现场数据采集模型参数误差预测确定理论控制数据模型参数误差识别预告下一梁段立模标高立模标高调整分析主梁自重、刚度、弹性模量、施工荷载、温度等大跨度桥梁施工控制框图 3.2.1 设计参数识别通过在典型施工状态下对状态变量（位移和应力应变）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（如混凝土弹性模量、容重、有效预应力等）。 3.2.2 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预测未来梁段的设计参数可能误差量。 3.2.3 优化调整大跨度预应力混凝土连续钢构桥梁施工控制主要以控制主梁标高和线形为主，优化调整也就以这个因素建立控制目标函数（和约束条件）。通过分析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，调整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。必要时还需对预应力作适当调整。4.施工控制主要工作内容4.1 理论计算分别用桥梁平面计算程序和桥梁空间计算程序进行计算分析，复核设计计算所确定的理论成桥状态和施工状态。按照设计和施工所确定的施工工序，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。与设计的文件相互校对确认无误后，作为这座大跨度预应力桥梁的施工控制的理论轨迹。 4.1.1 施工状态下以及成桥状态下状态变量的理论数据 主梁节段悬臂浇筑至合拢过程中，各阶段主梁的累计挠度、应力； 主梁的每一个节段在施工过程中（即挂篮就位、混凝土浇筑、张拉预应力）的应力与标高； 主梁施工过程特别是最大悬臂状态横向风力影响和稳定性验算； 成桥状态主梁的内力、应力、挠度、标高。 4.1.2 施工控制数据理论值主梁各节段的立模标高、应力。节段悬臂现浇混凝土主梁的立模标高确定：主梁节段采用挂篮进行悬臂现浇，节段前端的位置可通过挂篮立模标高的调整来保证。节段之间的连接可采用折线法的思想，即节段与节段之间允许有折角，不一定按切线相连。由于在正装计算过程中，结点坐标不随位移而变，并且通常取成桥设计标高作为主梁各结点的竖坐标，根据正装计算可得到主梁各梁段控制点的累计挠度，设其值为，设主梁各梁段控制点的成桥设计标高为, 则各点的立模标高为: 在累计时,累计挠度+其中：为由主梁自重在节段产生的挠度总和； 为由张拉各节段预应力在节段引起的挠度总和； 为混凝土收缩、徐变在节段引起的挠度； 为施工临时荷载在节段引起的挠度。要注意对于控制点的累计挠度，应从挂篮前移至该梁段之后才开始累计, 而不应将挂篮前移至该梁段所引起的位移增量计入。4.2 主梁施工过程主梁标高、应变、温度和墩顶偏位监控4.2.1标高测点埋设箱梁标高控制的具体做法是在两岸上固定位置设置永久水准点,在每个构的0#块顶板中心位置和底板悬臂根部位置设置参照水准点,同时也作为每个悬浇梁段高程观测的基准，在已形成的每个梁段最前端部的底板对称设置五个观测点（如图A、B、C、D、E、F点）。测点埋设钢筋露出混凝土面1030mm。埋设钢筋采用25螺纹钢筋，钢筋头端部磨平并焊固于分布钢筋网上。埋设时，要求钢筋竖直，下端接触到底模板并，头部用油漆作标记。施工时注意保护测点。标高测定时可以与施工单位的标高测试同步进行，以相互校核，测试时采用各自的仪器，但采用同一把标尺、同一人立尺。 4.2.2 应力测点埋设为做好大桥监控工作，确保大桥安全、正常施工和工作，根据桥型特点，选取鹅梨坡特大桥如图所示截面（上部结构单幅共11个截面，下部构造单幅共4个截面）做为施工监控应力观测截面。截面布置见下图应变测试截面示意图主梁每个截面布置6个智能弦式应变传感器，下部结构每个截面布置12个智能弦式应变传感器（具体布置位置如下图），用JMZX300振弦检测仪进行观测。应变测点布置示意图 4.2.3 温度测点埋设上部结构在主梁每个应力控制截面安装4个智能温度传感器，下部结构在主墩每个应力控制截面布置12个智能温度传感器（具体布置位置如下图）。在各控制工况下测试温度场，根据实测温度场计算温度对结构变形和内力的影响，从而进行温度修正。温度测点布置示意图 4.2.4 墩顶偏位监控在0号块施工时，必须对标高和平面位置进行仔细核查，施工时还要用全站仪等对起始轴线作详细复核，在符合设计等要求后，方可进行下步工序。测点布置在0#块顶面的中心位置。标高异常时应检测轴线 ，以确保桥轴线形满足设计要求。4.3 测试程序大跨度预应力桥梁挂篮悬臂浇筑法施工,一般每一箱梁分为三个施工阶段,即挂篮前移立模阶段、浇筑混凝土阶段和预应力张拉阶段,为配合施工,有效地反应箱梁在不同施工阶段中的挠度变形情况,应以施工阶段作为挠度观测的周期,即每施工一块混凝土梁,应在挂篮前移后、浇筑混凝土后和张拉后,对施工箱梁上布设的标高、应力和温度监测点观测1次,这样随着箱块数的增加,愈靠近零号块的箱梁,其上的监测点观测的次数愈多,其标高的变化就代表了该点所在的箱梁在不同施工阶段中挠度变形、受力情况的全过程。而工作基点的稳定性监测,通常与墩顶偏位监测同期进行,根据荷载增加的速度和施工速度一般地每1个月观测2次。4.4 观测时间挠度观测宜安排在清晨5:308:30时间段内观测并完成。温度和应力的观测同时进行。多座大跨度桥梁悬臂“箱梁挠度温度观测试验”结果表明，在该时间段内，悬臂箱梁正好处于夜晚温度降低上挠变形停止和白天温度上升下挠变形开始之前，是悬臂箱梁温度-挠度变形的相对稳定时段,此外在该时段内,工人还未上班,因此在此时进行挠度观测,可减少温度对观测结果的影响和施工对观测的干扰。张拉力所引起的箱梁挠度,有一个时间上的滞后效应,亦即张拉后上挠变形不会立即发生,而是在张拉后的46内逐渐完成,这是因为张拉力在箱梁内有一个释放的过程,因此张拉阶段的挠度观测,应安排在张拉完成6后的清晨进行,以真实地反映张拉所引起的箱梁挠度变形。4.5 元件保护智能弦式应变传感器和温度传感器为敏感元件，为防止受损，施工时振捣混凝土时应避免接触元件。同时，对元件的引线应采取保护措施，防止其施工中将其砸断发生破坏。为便于施工管理和数据采集工作，请施工方协助将各测试断面的引线集中于桥面护栏底部位置引出，露出的导线和测试端口要加以保护。4.6 施工控制有关的基础资料试验与收集 混凝土的弹性模量，混凝土容重、收缩徐变参数； 气象资料：晴雨、气温、风向、风速； 实际工期与未来进度安排； 施工荷载在桥上布置位置与数值。4.7 设计参数误差分析和识别设计中需要识别参数的包括： 梁段自重； 预应力； 结构刚度； 混凝土收缩徐变； 施工荷载； 温度。这些参数的误差分析采用最小二乘法，假设桥梁受力处于线弹性状态，则可建立如下的线性方程组： 其中： 待求的设计参数（如梁段自重）在计算模型中调整量； 控制目标（如主梁标高）需调整的量； 梁段自重调整对控制目标的影响矩阵。如果上式中的未知量个数与方程个数相等且矩阵非奇异，则该方程组有唯一解。但这样得到的结果往往顾此失彼，虽然指定的控制目标准确满足了要求，但由于待调整的梁段自重数有限，从而控制目标数有限，导致未被指定的物理量很异常。如控制目标指定标高和应力，则无法对所有的梁段自重起控制作用，因此，调整后会出现某些梁段自重调整很大而另外一些梁段自重调整却很小。这种异常情况，必须增加控制目标数，可以把所有起控制作用的物理量（主梁标高、应力、墩顶偏位等）均作为控制目标，使方程组）成为一矛盾方程组。在上式式中的控制目标中加入各种可能起控制作用的物理量，使该方程组的方程个数大大超过调整梁段自重数，从而成为一矛盾方程组，可求其广义解即最小二乘解，其原理为求，使 为最小。其中分别为和的元素个数。根据极值原理，满足最小的必须： 或者： 上式写成矩阵形式为： 上式是个未知量个方程的线性方程组。可以证明当列满秩时，上式有唯一解。由上式解出后，即可得到调整后的控制目标值： 其中为控制目标在调整前的值。在方程组中，加入正定对角矩阵，则该方程组成为： 求上式的最小二乘解可得： 上式的解为加权最小二乘解，为加权矩阵，其对角线上的元素为式中各相应方程的加权系数，加权矩阵取法不同，所得的解也不同，大的加权系数对应的控制目标受控程度高，即该控制目标调整后的值更接近控制目标值。因此，可以通过调整加权系数来改变调整后的状态，如调整后某控制目标超过了可接受的范围，则可加大该控制目标对应的加权系数，再进行一次调整计算。加权系数可由两部分组成：，其中考虑控制目标值的量纲，而则考虑控制目标的受控程度。的取法以某一种物理量作为基准，如梁段自重，取基准物理量的=1，其它物理量的取为：其中：、分别为基准物理量和其它物理量的目标值的平均值。的取法一般的物理量取=1，关键的物理量可取=110，甚至更大，可根据试算结果来调整。由于的取值有不确定性，因此设计者对计算结果有多种选择。这里所讨论的是线性最小二乘问题,即矩阵是常数矩阵，这对于桥梁具有足够的精度。4.8 对未来梁段设计参数误差进行预测根据已施工梁段参数误差分析和识别的结果，预测未来梁段设计参数误差。4.9 预告主梁下节段立模标高根据参数误差识别和预测的结果，对控制目标进行影响分析，建立调整优化模型，调整主梁下节段的立模标高。4.10重大设计修改如果出现较大的施工误差，可能需采取以下修改措施： 提请设计方将设计参数作重大修改。 提请设计方对预应力作适当调整。 提请设计方将合拢施工方案作调整。5.阶段施工控制验收一个梁段施工完成后，由控制方汇集所有的观测资料，由施工控制工作小组下达下一段梁肋施工控制指令表，并对上一节段的梁肋控制情况作简要评述。指令表经有关方签认后进入下一节段拱肋的施工。主梁连续施工完3个节段左右进行一次施工控制阶段性小结。6.总的要求 严格控制施工临时荷载，材料堆放要求定点、定量。 测量工作以施工方为主进行，同时由监控方进行监测。 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。 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。 主梁挂篮立模的测试工作必须回避日照温差的影响。 桥梁每一梁段的预应力张拉完成之后，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。 控制指令表经设计方、监理方、监控方等有关方面签认后方可执行，才能进行下一梁段的施工。7.各单位配合内容 建设单位a、协调各成员单位的工作，及时召集主梁施工控制会议。 设计单位a、提供结构计算数据文件、图纸、结构最终内力状态和主梁施工过程累计位移。b、签认控制组发布的控制指令表。c、讨论决定重大设计修改，负责变更设计后各种验算。 施工单位a、挂篮支点反力、挠度计算与试验。b、混凝土弹性模量试验、强度试验。c、桥面施工荷载调查与控制。d、负责测试元件的现场保护，并为监控单位提供现场测试的便利条件。e、主梁的标高测试，测试结果在每一梁段完成后及时汇交施工监控部。f、预应力张拉结果。 监理单位a、协助提供主梁断面尺寸测量结果。b、每一梁段完成后将有关监控结果及时汇