【优秀毕业论文】攀枝花市炳草岗金沙江大桥施工监控.pdf

西南交通大学 硕士学位论文 攀枝花市炳草岗金沙江大桥施工监控 姓名：刘华太 申请学位级别：硕士 专业：建筑与土木工程 指导教师：高波;曾德荣 20030801 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 桥梁施工是桥梁建设的关键环节，桥梁施工技术水平的高低直接影响到 桥梁建设的发展，而施工控制是施工技术的重要组成部分，并始终贯穿予桥 梁施工中。 本论文为攀枝花市炳草岗大桥的施工控制工作总结和研究结果，详细地 阐述了该桥施工控制的方法、过程及效果。炳草岗大桥结构新颖、技术复杂， 在国内几乎没有同类型的成桥可以借鉴。 本论文在总结了斜拉桥的发展及其施工工艺，并指出了桥梁施工控制的 重要性之后，简要的介绍了工程概况，叙述了炳草岗金沙江大桥监控细则、 组织机构及监控的主要工作和难点部分；论文的核心部分，在介绍了炳草岗 金沙江大桥施工控制与监测工作的前期实验工作和施工各工况标高、各节段 支模标高、浇注混凝土后的标高的结构计算和其理论计算结果之后，详细论 述了主梁的标高线形控制方法和内容，实际支模标高的提出，结构应力监控 的方法、布点、测读及其对测读数据的合理分析方法，索力检测和结构温度 i i 测的方法。并通过大桥的顺利合龙和建成及其通车试验和近二年的安全运 营证明了旖工控制的正确性、监测及其对其数据分析处理的合理性。最后提 出了桥梁施工控制中的一些建议和体会，指出了存在的问题和今后发展方向。 炳草岗金沙江大桥施工控制的成功经验，可供今后同类型桥梁的施工控制参 考。 关键词：桥梁；施工控制；线形控制 西南交通大学硕士研究生学位论文第1i 页 a b s t r a c t b r i d g ec o n s t r u c t i o n i st h ek e yl i n ko fb u i l d i n gb r i d g et h el e v e lo fb r i d g e c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yd i r e c t l ya f f e c t st h ed e v e l o p m e n to fb u i l d i n gb r i d g e ，a n d c o n s t r u c t i o nc o n t r o li sa ni m p o r t a n tp a r to fc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y , a n dr u n s t h r o u g b a l ls t a g e si nb r i d g ec o n s t r u c t i o n t h et h e s i si st h ec o n s t r u c t i o nc o n t r o lw o r k i n gs u m m a r ya n dr e s e a r c hr e s u l to f b i n g c a o g a n gb r i d g e i nt h ep a n z h i h u a c i t y , i ti sd e t a i l e dt h em e t h o d s ，t l a ec o u r s e ，a n d ”t h ee f f e c to ft h i sb r i d g ec o n s t r u c t i o nc o n t r 0 1 t h es t r u c t u r eo ft h eb r i d g ei sn o v e l ， a n dt h et e c h n o l o g yi s c o m p l e x ，a n d t h e r ei s n t n e a r l y s a m et y p eb r i d g ei no u r c o u n t r y n o w t h et h e s i sh a ss u m m a r i z e dt h ed e v e l o p m e n to ft h eo b l i q u e - p u l lb r i d g e ，i t s c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ei m p o r t a n c eo fb r i d g ec o n s t r u c t i o nc o n t r o l ，t h e nh a s i n t r o d u c e d p r o j e c tg e n e r a l s i t u a t i o n ，a n d h a sn a r r a t e dd e t a i l e d r e g u l a t i o n ， o r g a n i z a t i o n c o n s t r u c t i o n ，t h em a j o r w o r ka n dd i f f i c u l t p a r t o ft h i s b r i d g e c o n s t r u c t i o nc o n t r 0 1 t h ef o l l o w i n gi s t h ek e yp a r to ft h i s t h e s i s ，f i r s t l y , i t h a s i n t r o d u c e dt h e e x p e r i m e n t w o r ko fe a r l y s t a g e ，s t r u c t u r a l c a l c u l a t i o na n di t s t h e o r e t i c a lr e s u l t ：t h ea b s o l u t ea l t i t u d eo f e a c ho p e r a t i n gm o d e ，t h ea b s o l u t ea l t i t u d e o f b u i l d i n gm o u l d i ne a c hs e c t i o na n dt h ea b s o l u t ea l t i t u d ea f t e rp o u r i n gc o n c r e t e ； t h e n ，i th a sd i s c u s s e dt h em e t h o da n d c o n t e n to ft h el i n es h a p ec o n t r o lo ft h em a i n b e a m ，a c t u a la b s o l u t ea l t i t u d eo fb u i l d i n gm o u l d i sp u tf o r w a r d ，a n di th a sd e s c r i b e d t h em e t h o do fs t r u c t u r a ls t r e s sm o n i t o r i n g ，h o wt oa 盯a n g em e a s u r ep o i n ta n dc o l l e c t d a t a ，a n dh o wt oa n a l y z e d a t a i th a sa l s on a r r a t e dt h em e t h o do fr o p ef o r c e d e t e c t i o na n ds t r u c t u r a lt e m p e r a t u r ei n s p e c t i o n b i gb r i d g es u i ts m o o t h l ya p p r o a c h 。n de s t a b l i s ha n dt r a n s p o r tt e s ta sw e l la ss a f eo p e r a t i o nf o rt w oy e a r , a l lo f t h e s e h a v ep r o v e dt h er e a s o n a b i l i t yo ft h ei n s p e c t i o na n di t sd a t aa n a l y s i sh a n d l i n ga n d c o r r e c t n e s so fc o n s t r u c t i o nc o n t r 0 1 i nt h ef i n a l ，i th a sp u tf o r w a r ds o m es u g g e s t i o n a n dc o g n i t i o n ，a n dh a sp o i n t e do u te x i s t e n tp r o b l e ma n dd e v e l o pd i r e c t i o n t h es u c c e s s f u le x p e r i e n c eo f t h eb r i d g ec o n s t r u c t i o nc o n t r o l ，h a so f f e r e di nt h i s r e p o r t r e f e r e n c e sf o rt h ec o n s t r u c t i o n c o n t r o lo ft h es a m et y p eb r i d g ei nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：b ri d g e ：c o n s t r u c t i o nc o n t r o i ；l i n es h a p e c o n t r o i 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章概述 1 。1 桥梁发展 1 1 1 桥梁发展历程 早在三千多年以前，我国就开始建造吊桥( 悬索桥) ，当时的主索由藤、竹 编织而成。据记载，至迟在唐朝中期，我国就从藤索、竹索发展到铁链建造吊 桥，古代桥梁所用材料均为大自然赋予人类的天然材料，如树木、藤、石料， 其中石料因其耐久性好，分布广，容易开采加工等优点，几千年来修建的古代 桥梁中数石桥最多。 在秦汉时期，我国已广泛修建石梁桥。1 0 5 3 至1 0 5 9 年在福建泉州建造的 万安桥，也称洛阳桥。此桥长达8 0 0 m ，共4 7 孔，位于“波涛汹涌，水深不可 测”的海口江面上。此桥以盘石铺遍桥位江底，是近代筏形基础的开端。用养 殖海生牡蛎的方法胶固桥梁基础使其成整体，这是世界上绝无仅有的造桥方法。 富有民族风格的古代石拱桥技术，无论结构的精心巧思，还是艺术造型的 丰富多姿，长期以来一直驰名中外，举世闻名的河北省赵县的赵州桥( 又称安 济桥) ，就是我国古代石拱桥的杰出代表。该桥在隋唐大业初年( 公元6 0 5 年左 右) 为李春所建造，是一座空腹式的圆弧形石拱桥，净跨3 7 0 2 m ，宽9 m ，拱矢 高7 2 3 m 。在拱圈两肩各设有两个跨度不等的腹拱，这样既能减轻桥身自重、 节省材料，又便于排洪、增加美观。据对世界桥梁的考证，像这样的敞肩拱桥， 欧洲到1 9 世纪中叶才出现，比我国晚了一千二百多年。赵州桥的雕刻艺术，包 括栏板、望柱和锁口石等，以及其上形态逼真、琢工精致秀丽的狮象龙兽，都 堪称文物宝库中的艺术珍品。除赵州桥外，还有其他著名的石拱桥，如北京永 定河上的卢沟桥，颐和园内的玉带桥和十七孔桥、苏州的枫桥等。 然而，桥梁空前发展，开始于1 8 世纪。1 8 世纪的工业革命带来了生产力 的大幅度增长，推动了工业的发展。而钢材和混凝土的出现，力学的发展和理 论的完善，保证了桥梁建设的发展。 1 8 世纪以后，欧洲从根本上改变了2 0 0 年西方文明的历史，促进了大规模 的铁路桥梁建设。迄今，以英国不列颠尼亚箱梁桥( 跨度1 4 1 m ，1 8 5 0 年) 、美国 布鲁克林悬索桥( 跨度4 8 6 m ，1 8 8 3 年) 及英国福斯悬臂桁架桥( 跨度5 2 0 m ，i 8 9 0 年) 为标志的桥梁建筑仍散发着西方工业文明的气息。2 0 世纪，西方工业社会 获得空前发展，日趋发达，开辟了桥梁建设的新纪元。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 9 4 0 年英国建成的纽华特洛桥，跨径为7 7 0 2 m ( 连续梁桥) ，仍是目前钢 筋混凝土梁式桥类桥梁中跨径最大的桥梁之一。前西德最早用全拼法建造预应 力混凝桥梁，1 9 5 2 年成功的建成了莱茵河上的沃伦姆斯桥( 跨度为 1 0 1 6 5 m + 1 1 4 ，2 0 m + 1 0 4 2 0 m ) 后，该技术迅速传播到全世界。1 9 6 2 年，德国又 在莱茵河上建成2 0 8 m 的本道尔桥，使悬拼技术更臻完善。1 9 7 6 年，日本建成 当时世界跨度最大的连续刚架桥一一浜名大桥，主桥跨度为 5 5 m + 1 4 0 m + 2 4 0 m + 1 4 0 m + 5 5 m 。德国的莱翁哈特教授创造了预应力混凝土顶推施j ： 法，1 9 6 2 年首次采用此法建成委内瑞搜的卡罗尼和桥( 跨度为4 8 m + 4 9 6 m + 4 8 m ) 。 悬索桥是一种能够充分发挥钢材优越性能的桥型，美国在1 9 世纪5 0 年代 从法国引进了近代吊桥技术后，于1 9 世纪7 0 年代发明了“空中架线法”编纺 桥缆技术，1 9 3 7 年建成的旧金山金门大桥，主跨1 2 8 0 m 。保持了2 7 年的桥梁 最大跨径的世界纪录。1 9 7 4 年英国建成的恒比尔大桥，跨径为1 4 1 0 m ，1 9 9 6 年日本建成的连接本四联络线上的明石海峡公铁两用桥，跨度达1 9 9 1 m 。 斜拉桥是国外发展的另一种桥型。1 9 2 5 年西班牙在世界上建成第一座具 有钢筋混凝土主梁的斜拉桥，而1 9 6 2 年委内瑞拉马拉卡波湖公路桥的建成， 标志着现代预应力混凝土斜拉桥的开始。该桥主桥跨径为1 6 0 m + 5x 2 3 5 m + t 6 0 m ，总长达9 k m 。迄今，全世界已建成各类斜拉桥3 0 0 余座遍布3 0 多个国家和地区。1 9 9 4 年法国建成的主跨为8 5 6 m 的诺曼底大桥，是目前世界 上最大跨径的混合型斜拉桥，其主跨中央部分为钢箱梁，边跨为混凝土梁。1 9 9 8 年底日本建成的主跨为8 9 0 m 的多多罗大桥，是2 0 世纪最大跨径的斜拉桥。 国外在发展预应力混凝土桥梁的同时，也建造了不少新型钢桥。如世界上 跨径最大的钢板梁桥南斯拉夫的沙瓦和桥，跨径为7 5 m + 2 6 1 m + 7 5 m 。意大 利1 9 7 2 年建成跨径达3 7 6 m 的斜腿刚架箱型梁公路桥，日本于1 9 7 4 年建成的 日本港大桥，系跨径5 1 0 m 的悬臂桁架。美国于1 9 7 2 年建成跨径最大的钢桁拱 桥，跨径达5 1 8 m 。 在国内，特别是新中国成立后，国民经济得到恢复和发展。建国初期修复 和加固了大量旧桥，并在随后的第一、第二两个五年计划中修建了铁路干线、 公路网线、渡口和许多重要桥梁。2 0 世纪5 0 年代到6 0 年代，修订了桥梁设 计规范，编制了桥梁标准设计和桥梁设计计算手册，培养并形成一支强大的桥 梁工程设计与施工技术队伍。进入z o 世纪8 0 年代中期，我围的桥梁建设取得 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 了前所未有的好成绩，设计和修建了许多世界一流的桥梁。 1 1 2 几类代表性桥梁简介 1 1 2 1 大跨度钢梁 大跨度桥梁以索粱结构体系为晟为合适的桥式，如悬索桥和斜拉桥。斜拉 桥在2 0 0 6 0 0 m 跨度范围内具有明显的优势，在6 0 0 m 以上跨度时，可与悬索桥 竞争。近年来，以悬索桥、斜拉桥为主的大跨度桥梁技术获褥飞速发展。悬索 桥从布鲁克林桥( 主跨跨度4 8 6 m ，美国1 8 8 3 年) 至明石海峡大桥( 主跨1 9 9 i r n ， 日本，1 9 9 6 年) 增加了4 倍，斜拉桥从斯特伦松德桥( 主跨t 8 3 m ，瑞典，1 9 5 5 年) 至多多罗大桥( 主跨8 9 0 m 。日本，1 9 9 8 年) 上升近5 倍。目前世界上主 跨长超过8 8 0 r n 的大跨度悬索桥计2 4 座，世界上跨度长大于4 2 0 m 的钢斜拉桥 ( 复合结构) 计2 3 座。斜拉桥起始于德国，但绝大部分都是i 0 0 m 4 0 0 m 的p c 梁斜拉桥。近年来世界各国更大跨度的钢斜拉桥发展较快。 1 1 2 2 复合梁桥 2 0 世纪8 0 年代以法国为代表的欧洲各国、日本和北美，对复合桥技术的 再开发和持续的技术革新，建成了各式各样的复合结构铁路桥和公路桥。复合 梁桥主要分为组合梁桥和混合梁桥。 组合桥梁是指由异种材料组成的桥。基本形式是组合工字钢梁即由用横梁 和桥面系梁连接的工字钢主粱与混凝土桥面板组合的多跨梁桥，钢梁采用顶推 或起重机架设桥面板采用现场浇注混凝土或预制混凝土板。除此之外还有组 合箱梁、组合钢桁梁、波形钢腹板p c 箱梁、钢管混凝土拱桥、s r c 梁桥等形 式。法国t g v 高速铁路上大量采用二主梁组合梁桥( 约占4 5 以上) ，跨长一 般为2 5 m 6 5 m ， 混合梁桥是指由异种材料的梁通过“接头”而组成的桥梁。在连续梁、连 续刚构( 包括斜腿钢构) 、连续斜拉桥、矮塔斜拉桥中，当中跨较大时，为了 平衡中跨弯矩，并避免端支座产生负反力，在中跨采用自重较轻的钢箱梁，边 跨采用自重较大的p c 箱梁。如日本本鱼川公路挢采用了混合结构矮塔斜拉撬， 西班牙公路桥较多采用了混合结构连续刚构。 1 。1 。2 。3 拱桥 拱桥是种古老的桥型，在2 0 世纪由于新型建材钢、钢筋混凝土的出现 使之焕发出新的生机。2 0 世纪初，钢拱桥在西方工业社会兴起，3 0 年代就创 下了拱桥跨度记录( 美国奇尔文科公路桥，跨度5 0 4 m ；澳大利亚悉尼港公铁 两用桥，跨度5 0 3 m ) ，并于5 0 年代达到建设高峰，1 9 7 2 年美国改写了钢拱桥 记录( 新河谷公路桥，跨度5 1 8 m ) 。7 0 年代起，出现拱桥建设纳第2 次高潮， 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 混凝土拱桥得以普及。我国出现了轻型化的双曲拱桥、肋拱桥、桁架拱、刚架 拱桥，并于1 9 9 7 年创造了钢管混凝土拱桥的新纪录( 万县长江大桥，跨度 4 2 0 m ) 。在建的重庆巫山长江大桥，为跨度4 6 0 m 的钢管混凝土拱桥。2 0 0 3 年6 月建成通车的上海卢浦大桥，全钢结构，跨度5 5 0 m ，居世界同类型桥梁之首， 被誉为“世界第一钢拱桥”。 1 1 2 4 钢桁架桥 2 0 世纪初叶，当钢拱桥飞速发展的同时，钢桁架梁铁路桥也风靡欧美工 业发达国家。于1 9 1 7 年先后建成了三座创纪录的钢桁架梁桥，分别为：美国 都会桥( 跨度2 2 0 m ，简支桁梁) ，加拿大魁伯克桥( 跨度5 4 9 m ，悬臂桁粱) 及 美国赛欧特维尔桥( 跨度2 3 6 m 连续桁梁) 。8 0 年代日本的与岛桥( 跨度2 4 5 m ) 刷新了连续梁桥的记录。 1 1 2 5 预应力混凝土桥梁 钢筋混凝土梁式桥，因受到抗裂性能、刚度和承载能力的限制，发展缓慢， 1 9 4 0 年英国建成的纽华特洛桥，跨度为7 7 0 2 m ( 连续梁桥) ，仍是目前同类桥 梁中跨度最大的桥梁之一。 预应力混凝土技术的出现与应用，克服了钢筋混凝土的缺陷，开创了混凝 土桥梁的新纪元，预应力混凝土梁式桥迅速发展并最终成为2 0 世纪公路桥梁 的主流。诸如预应力混凝土t 构、连续梁、桁梁、大跨度简支梁等桥型在城市 高架道路、高速公路中占据主导地位。据一些资料统计，2 0 世纪8 0 年代后期， 许多国家中小跨度的预应力桥梁占新建桥梁总数5 0 以上( 有的高达8 5 ) ，并 以每年4 平均速度增长，显示出了强大的竞争力。另外，随着与预应力技术 高度一致的悬臂施工法和顶推工法的创立，使预应力混凝土桥梁跨度达到 2 0 0 “3 0 0 m ，其中，法国和德国开创了许多预应力混凝土桥新技术之最。前西德 最早用全悬拼法建造预应力混凝土桥梁，1 9 5 2 年成功的建成了莱茵河上的沃 伦姆斯桥( 跨度1 0 1 6 5 m + 1 1 4 2 0 m + 1 0 4 2 0 m ) 后，该技术迅速传播到全世界。 1 9 6 2 年，德国又在莱茵河上建成2 0 8 m 的本道尔桥，使悬拼技术更臻完善。1 9 7 6 年，日本建成当时世界跨度最大的连续刚架桥一浜名大桥，主桥跨度为 5 5 m + 1 4 0 m + 2 4 0 m + 1 4 0 m + 5 5 m 。德国的莱翁哈特教授创造了预应力混凝顶推施工 法，1 9 6 2 年首次采用此法建成委内瑞拉的卡罗尼和桥( 跨度为4 8 m + 4 9 6 m + 4 8 m ) 。 1 2 斜拉桥的发展及其施工工艺 桥梁工程为土木工程的重要组成部分，其功能主要为道路交通需要而跨越 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 河流、峡谷、海域等天然障碍，变天堑为通途外，它也是城市基础设施建设的 重要内容。桥梁工程的发展经历了一个漫长的历史过程，与其他工程建设事_ k 的发展样，桥梁工程在其发展过程中无不受到各发展阶段当时的桥梁设计理 论、桥用材料和施工技术发展水平的制约，特别是在桥梁的跨越能力上受到的 制约更为明显。跨越能力是体现桥梁建设水平的重要指标。跨径方面的发展是 桥梁的发展的重要标志，丽对于斜拉桥这一点体现得尤为突出。 1 2 1 斜拉桥的发展 自1 9 5 5 年世界上第一座现代斜拉挢一跨径1 8 2 。6 m 的瑞典斯特罗姆海 峡钢斜拉桥建成以来，斜拉桥得到了快速发展，随着高强钢材( 筋) 、钢绞线、 高标号混凝土等优质材料的出现，结构分析的不断完善。施工工艺日趋成熟， 斜拉桥向跨径大、结构柔等方向发展己成为可能。1 9 9 1 年建成的挪威斯卡思 圣特桥，跨径为5 3 0 m ，至今仍保持着世界最大跨径混凝土斜拉桥的记录。而 1 9 9 5 年建成的法国诺曼底桥采用钢质中孔和钢筋混凝土边孔的混合结构，其 跨径达到了8 5 6 m ，日本的多多罗钢斜拉桥则雄居世界钢斜拉桥榜首。在我国， 虽然斜拉桥在1 9 7 5 年才开始试建造，但在过去2 0 多年里，斜拉桥建设高潮迭 起，其建设水平已开始步入世界先进行列，不但在数量上已成为建造斜拉桥最 多的国家，在结合粱斜拉桥方面，跨径为6 0 2 m 韵上海杨浦大桥仍居世界首位。 所有这些资料表明：斜拉桥已成为大跨径桥梁最主要桥型之一，在2 0 0 - - 6 0 0 m 跨度范围内优势明显，在6 0 0 m 以上时，可与悬索桥相竞争。斜拉桥在我国有 其广阔发展前途。 1 2 ，2 斜拉桥的施工 斜拉桥旖工包括墩塔施工、主梁旖工、斜拉索制作与安装三大部分。众多 的桥梁结构中，在造型上、结构上最富于变化的莫过于斜拉桥。按照立面布置 的不同，斜拉桥可分为独塔结构、双塔结构和多塔结构。斜拉桥主梁常用的断 面，有箱形梁、双主梁以及板粱等结构形式。斜拉索的布置灵活多变。塔柱的 建筑造型则更是丰富多彩。 与多变的结构体系相对应。斜拉桥的施工方法也是多种多样的。斜拉桥主 粱施工一般可采用支架法、顶推法、转体法、悬臂浇筑和悬臂拼装( 自架设) 方法来进行。在实际工作中，对混凝土斜拉桥则以悬臂浇筑法居多，而对结合 梁斜拉桥和钢斜拉桥则多用悬臂拼装法。 悬臂浇筑法是在塔柱两侧用挂篮对称逐段浇筑主梁混凝土直至合拢。在施 工中，索塔两侧的梁体因自重等荷载不可能绝对平衡，从雨将产生一定的倾覆 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 力矩；同时，两侧斜拉索张拉力也不一定对称，从而将产生一定的水平推力。 所以，当所拖工的桥梁为漂浮体系、半漂浮体系或塔墩分离( 塔梁固结) 体系 时，一般需作塔( 墩) 梁固结处理。 斜拉桥与一般桥梁相比，主梁较柔，抗弯能力差，当用传统挂篮进行悬浇 施工时，由于挂篮自重太大，梁塔和拉索设计由施工内力控制，极不经济。所 以，施工中应尽量利用斜拉桥结构特点，充分发挥斜拉索的作用，以减轻施工 设各重量。因此，目前使用较多的是前支点挂篮，也称斜索式挂篮。前支点挂 篮是将挂篮后端锚固在己浇梁段上，并将待浇段的斜拉索锚在挂篮前端，由刘 拉索和浇梁段来共同承担待浇节段的混凝士重量，相当于将传统挂篮中的悬臂 受力变为简支受力。不足之处是在浇筑一个节段混凝土过程中要分阶段调索， 工艺复杂。 由于斜拉桥结构复杂，超静定次数高，塔柱空间位置、斜拉索位置、锚头 相对尺寸等务必要精确，否则将引起结构内力的变化。同时，为确保桥梁施工 过程中结构安全和成桥线形平顺，施工中必须进行跟踪监控。监控的主要对象 是主梁标高、斜拉索索力和塔柱变位，及考虑混凝土收缩、徐变，温度变化等 引起的标高变化；严格控制合拢时间和进行必要的技术处理，保证合拢段工程 嚷量和成桥状态内力符合要求。这就引入了我们所说的桥梁的施工控制与监 测。 1 3 桥梁的施工控制 1 3 1 桥梁施工控制问题的由来 建设一座桥梁通常要经过规划、工程可行性研究、勘测设计和施工阶段。 施工是具体体现桥梁规划、设计思想和意图的一个过程，其最终目的是要建设 一个既满足使用功能需要，又能作为一种空间艺术品( 结构) 存在于社会之中 的工程实体，而施工技术无论是在设计阶段还是在施工阶段都起着非常重要的 作用。而作为施工技术重要组成部分的施工控制，过去一直未能得到应有重视， 主要是因为过去所建桥梁一般跨径不大，规模较小，影响因素少等，因为施工 控制不力而产生的不良后果不明显，从而使人们忽略了它的重要性。 随着交通事业发展需要，大量的交通工程需要建设，桥梁作为交通工程的 咽喉工程，其建设任务更加艰巨。从过去十年我国的交通建设中就可以看出桥 梁建设的艰辛。事实上，任何桥梁工程，特别是大跨径桥梁的施工，都是一个 系统工程。在该系统中，设计图只是目标，而在自开工到竣工整个为实现目标 而必须经历的过程中，将受到许许多多确定和不确定因素( 误差) 的影响，包 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 括设计计算、桥用材料性能、施工精度、荷载、大气温度等诸多方面在理想状 态与实际状态之间存在的差异，施工中如何从各种受误差影响而失真的参数中 找出相对真实之值，对施工状态进行实时识别( 监测) 、调整( 纠偏) 、预测， 对设计目标的实现是至关重要的。上述工作是以现代控制理论为基础来进行 的，称之为施工控制。 1 3 2 桥梁施工控制的重要性 1 3 2 ，1 施工控制是桥梁施工技术的重要组成部分 施工控制不仅是桥梁施工技术的重要组成部分，而且也是实施难度相对较 大的部分。对不同体系、不同施工方法、不同材料等的桥梁，其施工控制技术 要求也不一样。以钢桁梁的悬臂架设为例，为使最终满足设计标高，通常采用 预设拱度的方法来解决，即先将架设的支点预先抬高来考虑后架设节段的影 响。由于钢材的匀质性和制造尺寸的准确性，预设拱度方法在钢桁梁悬臂拼装 过程中是较为成功的方法。但是，对于同样采用悬臂法施工的混凝土桥梁就不 邳么简单。因为混凝土桥梁除了本身材料的非匀质和材料特性的不稳定性外， 它还要受到温度、湿度、时间等因素的影响，加上采用悬臂施工这种自架设体 系施工方法，各节段混凝土或各层混凝土相互影响，且这种相互影响又有差异， 这就必然造成各节段或层的内力和位移随着混凝土浇筑或块件拼装过程的变化 而偏离设计值的现象，甚至出现超过设计允许的内力和位移。对这种情况，若 不通过有效的施工控制及时发现、及时调整，就势必造成成桥状态的线形与内 力不符合设计要求或在施工过程中结构的破坏( 事故) 。 1 3 2 2 桥梁施工控制是确保桥梁施工宏观质量的关键 衡量一座桥梁的施工宏观质量标准就是其成桥状态的线形以及受力情况符 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 确就能达到标准要求，且容易检查和控制。而对采用多工序、多阶段施工的桥 梁上部结构，要求结构内力和标高的最终状态符合设计要求，就不那么容易了。 比如预应力混凝土刚构桥和斜拉桥在悬臂安装1 号块件时，如预抛高设置不 准，可能影响以后各节段和合拢标高以及全桥的线形。斜拉桥除了主梁的混凝 土浇筑或预制块件的悬臂拼装中要考虑预抛高而使主梁标高符合设计要求外， 还要求在斜拉桥建成时斜拉索的内力也达到设计要求，否则，斜拉索受力不均 将影响斜拉桥的使用寿命。 1 3 2 3 桥梁施工控制又是桥梁建设的安全保证 为了安全可靠的建好每座桥，施工控制显得非常重要。因为每种体系的桥 西南交通大拳硕士研究生学位论文第8 页 粱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， 从而完全可以跟踪掌握施工进程和发展情况。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，而不能再继续进行施 工，否则，将可能出现事故。这方面实例太多，例如，跨径5 4 8 6 m 的加拿大 魁北克桥就是因为在施工中两次发生事故而闻名于世的。该桥采用悬臂拼装法 施工，当南侧锚锭桁架快架完时，突然崩塌坠落。原因是悬出的桁架太长( 悬 臂长1 7 6 8 m ) ，靠近中间墩处的下弦杆腹板失去稳定而引起全桁架严重破坏。 尽管造成事故的原因是设计问题，若当时采用了旅工控制手段，在内力较大 的杆件中布置监控测点，当发现异常现象时，及时停工检查，就不会发生突然 崩塌坠落事故。由此可知，为避免突发事故的出现，按期、安全的建成一座桥 梁，施工控制是有力的保证。换句话说，桥梁施工控制系统电就是桥梁建设的 安全系统。 1 3 3 斜拉桥的施工控制 斜拉桥属高次超静定结构，所采用的施工方法和安装程序与成桥后的线 形和结构恒载内力有着密切的关系。另一方面，在施工阶段随着斜拉桥结构体 系和荷载状态的不断变化，结构内力和变形亦随之不断发生变化，因此需对斜 拉桥的每一施工阶段进行详尽分析、验算，求得斜拉索张拉吨位和主梁挠度、 塔柱位移等施工控制参数的理论计算值，对施工的顺序做出明确的规定，并在 施工中加以有效的管理和控制。通常，斜拉桥( 混凝土) 施工管理系统如图1 - 1 所示。如此方能确保斜拉桥在施工过程中结构的受力状态和变形始终处在安全 灼范围内，成桥后主梁的线形符合预先的期望，结构本身又处在最优的受力状 态。这就是各种类型的斜拉桥建造过程中都必须解决的一个重要课题，即斜拉 桥的施工控制。 斜拉桥的施工控制是一项比较困难和复杂的问题。施工中，虽然按一定 的计算方法计算出每一施工阶段的索力和相应的位移，但实际结构的索力和位 移与理论计算值不可避免的存在误差。例如，1 9 7 8 年建成的美国的主跨3 0 0 m 的p k 斜拉桥，施工合拢时，误差达到1 7 c m ：1 9 7 7 年建成的跨径为3 2 0 m 的法国b r o t o n e 桥采用压重方法才使大桥最终合拢。由于施工不力( 或未进行 控制) 而引起的安全事故也时有发生，例如2 0 世纪8 0 年代出现的四川达县州 河斜拉桥在合拢前的垮塌不能说与施工过程结构状态的控制不力无关。我国在 2 0 世纪7 0 年代开始重视斜拉桥施工控制，1 9 8 7 年建成的天津永和桥是座主 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 跨2 6 0 m 的混凝土斜拉桥，其主梁采用悬臂拼装由同济大学负责该桥的施工 控制工作除了进行必要的科学实验，以求得各种参数并进行识别外，为了保 证成桥状态符合设计要求，首先在该桥主梁安装计算时采用了倒退分析法，编 制了“倒拆法”计算程序。为了较准确的调整索力，编制了“恒载自动调索” 程序，使施工中的各项指标计算值较好的接近真实受力状态。在分析中除利月j e r n s t 公式修正拉索的垂度影响外，还利用拖动坐标计入大变形、梁柱效应及 斜拉索垂度等三方面的非线形影响。为了减少徐变影响，还合理安排预制块的 养生期，为该桥缩短工期做出了贡献。实践证明，该桥的内力和变形控制良好。 目前，我国己将施工控制纳入斜拉桥建设管理不可缺少的内容中，公路斜拉 桥设计规范( 试行) ( j t j 0 2 7 9 6 ) 明确规定对斜拉桥应进行施工控制。 图1 - 1混凝土斜拉桥施工管理系统示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 第2 章炳草岗金沙江大桥工程简介 2 1 工程概况 炳草岗金沙江大桥位于攀枝花市市中区，是横跨金沙江和攀钢专用铁路的 城市公路大桥，连接攀枝花市党政机关所在地和主要商业区的炳草岗岸与攀枝 花钢铁公司厂区所在地的枣子坪岸，也是攀枝花的交通枢纽工程。 该桥是单塔双索面斜拉桥加t 型刚构的组合桥型，属于国内新型的桥型 结构。主桥总长5 1 6 3 0 m ，桥跨布置为：3 0 + 3 9 十3 4 5 5 + 1 4 9 + 2 0 0 + 5 i m 其中3 4 5 5 m 为斜拉桥外伸梁，1 4 9 + 2 0 0 + 5 l m 为斜拉桥与t 型刚构的组合体，主跨2 0 0 m ( 即 斜拉桥1 4 9 m 单臂和t 型刚构桥5 l m 单臂) 。主桥桥面宽2 3 9 0 m ( 净宽为2 7 5 0 m 行车道+ 2 0 5 0 m 防撞护栏+ 2 x 3 0 0 m 人行道) 。设计荷载为；汽车超 2 0 级，挂车一1 2 0 ，人群荷载3 5 k n t m 2 ，设计洪水频率1 ，通航等级i v ( 2 ) ， 地震基本烈度7 度。枣岸桥头引道以城市主干道二级接炳清线，以城市次干道 二级接攀钢厂区道路，炳岸桥头以互通式立交引桥与现有1 、2 、3 号线和规划 中的4 号线互通衔接。 斜拉桥部分：结构为单塔双索面，密索，扇形布置，双纵肋，塔梁墩固结 体系。斜拉索在主粱上位于人行道与防撞护栏之间，中、边跨对称布置2 3 对 斜拉索，索距在主粱上6 m ，最小夹角2 6 5 7 。，在枣岸设有双辅助墩，主粱 为预应力钢筋砼双纵肋断面，纵肋外侧各有2 7 5 m 的悬臂，主梁在轴线上高 2 ，3 2 m ，板厚2 5 c m ，行车道部分桥面设1 5 的双向横坡，斜拉桥拉索区部分 主梁均处在一半径r = 1 8 0 0 0 m 凸曲线上，曲线顶点在索塔处主梁中心。纵肋底 部宽】，7 m ，高2 2 0 m ，梁顶全宽2 3 9 m ，双纵肋外侧间距1 8 ，4 m 。标准梁段长 6 m ，重2 3 1 8 k n 。每隔6 m 在距块件端头3 7 5 c m 处设置一道厚2 5 c m 的横隔板。 斜拉桥外伸梁部分外形尺寸同有索区主梁，中横隔板间距仍为6 m 。端横隔与 中横隔问距分别为4 9 0 m ，5 0 m 。为便于接线，外伸粱处在一个凹形竖曲线上 r = 6 7 4 2 9 0 m 。主梁从索塔处开始分块，0 号块长6 m ，1 号，l 号块为主梁从 塔梁墩固结段到标准梁段的过渡段，长5 m 。中跨2 号到2 4 号，边跨2 号到2 4 号块为长6 m 的标准梁段。边跨另有长3 4 5 5 m 韵外伸粱段。边中跨合拢段长 均为2 m 。索塔为高出桥面7 3 m 的“井”型框架，在桥面以下两塔柱向桥轴微 收，以增加美感和减少基础工程量。墩商6 4 m ，为空心薄壁墩，基础为明挖 扩大基础，下塔柱高3 2 7 0 m 由两片斜度为l ：5 2 2 8 的空心箱组成，中塔柱高 3 9 3 3 m ，由两片斜度为l ：6 5 3 7 的空心箱组成，上塔柱高3 5 ，2 0 m ，属斜拉索 锚固区，箱形断面。上塔柱空心箱内壁全村有1 0 r a m 厚的钢板，用以承担部 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 分拉索拉力并作为施工内模。索塔共有三道横梁，下横梁又是索塔墩固结的主 梁0 号块。位于中下塔拄交界处，中横粱位于上中塔柱交界处，上横梁距塔顶 1 5 0 e r a 。索塔墩的扩大基础因基岩形态在顺桥向分为三个台阶，宽度均为4 o m ， 用以保证基础嵌入微风化辉长岩不小于4 m 。 t 构部分：为间距6 o m 的双薄壁墩结构，两侧各悬臂5 i m 。主梁为变截 面分离式双箱，桥面中心处梁高由根部的5 1 2 m ，以二次抛物线变化到端头的 2 3 2 m 。 大桥斜拉桥及t 构部分结构示意图和斜拉桥主梁节段分块示意图分别如 图2 。1 、图2 - 2 所示。 大桥桥位处于攀枝花市金沙江河谷地带，河谷大致呈v 型，原始地貌为 斜坡，经过几十年的基本建设已改变了原始地貌。现在桥头两岸地形已成台阶 状，修建的道路蜿蜒如网，修建的楼房鳞次栉比。该区地貌属河谷切割及剥蚀 斜坡地貌。 地质上，大桥位于川滇南北构造隆起带西缘，与盐边台凸接壤处，攀枝花 断裂东侧断陷盆地内，属7 度远震区。地层上部为人工填土、残坡积碎块石土、 冲积漂卵石土、第一问冰期漂卵石土、第一问冰期“昔格达组”泥岩与粉砂岩 互层和冰期卵石土，下部分为“华里西期”辉长岩，且为主要分布地层。除 枣岸桥台嵌置于泥岩和砂岩外，其余墩、台均嵌置于微风化的辉长岩内，其饱 和抗压强度为1 3 1 9 4 1 m p a ，全桥基底稳固。 气象水文资料为：大桥区域属亚热带干燥型河谷气候，干湿季 节分明，降雨多集中在6 9 月，年平均降雨量7 6 0 r a m ，年平均气 温2 0 3 ( 最高温度4 0 7 ，最低温度1 4 。c ) ，年平均风速o 9 m s ( 极大风速3 0 3 m s ) 。大桥设计流量1 2 7 0 0 m 3 s ，设计流速3 2 9 m s ， 设计水位l 0 0 5 ，4 2 m ，通航水位1 0 0 3 1 2 m 。 2 2 施工控制及监测实施细则 2 2 1总则 施工控制的目的就是为达到斜拉桥施工能顺利实现设计的理想：在保证 良好线型的前提下，使主梁的恒载弯矩很小，索塔仅承受轴压力，斜拉索张拉 调整能顺利实施。这就要求为实现最终目的。根据现场实际使用的施工方案、 施工材料、施工设备、机具、模具、人员的多少、材料( 砼、索) 的实际弹性 模量，在考虑砼不同时期砼的重量、强度的变化、砼的收缩、徐变、拉索徐松， 温度变化等因素反推主梁砼浇注的立模标高、拉索的张力、并通过布设的监测 元件，检查各施工步骤主梁、主塔、拉索的安全性、稳定性。当出现实测值与 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 匝糖临霉捂求赣霉卜隧蜷捌蔡蜷k堪褂赡1-h匝 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 窿r 窖较 匦愤情磷求澎社脒州鞯辑凑n山匝 。_旨骠酶轺碡暮 盘予in驴骠式秣州任嘏茕；o申骠目帮秣州廿留曩崎n占岳圃 。q蝌租巍*。ii醋*氧簿篱峨瞽吠鼎。廿眷蝰憾蛘蒜球州蜷黛鑫，h 。咿骠酶帮碡翠0 高等in巾鹰搿齄州岳傲柱。0咿骠煊罐眯州廿招最嗡h占寻固，n 。掣斟最*域甙曰上电末*五妒埘避扣圃埒，一。臀霉 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 计算值相差很大时进行预警，并及时分析和找出原因。 在整个施工控制过程中，在应力允许的前提下，合拢前以线型为控制核心， 合拢后进行索力调整控制。 在整个施工控制过程中，所发布的支模标高是以合拢温度下的合拢标高来 控制和反算出来的，并且是以当天早晨8 点的温度为准。如果支模不在此时， 应按该块段标高随目照的变化曲线进行修正。 在整个施工控制体系中，严格控制t 构的标高，其在合拢温度下的合拢 标高控制在+ 1 0 c m ( 高) 或1 o c m ( 低) 的误差范围内。 通过合拢前的调索，斜拉桥主梁在合拢温度下的合拢标高控制在+ 1 0 c m ( 高) 或1 0 c m ( 低) 的误差范围内。 2 2 2 施工控制方法 1 详细了解设计文件及可能得到的与此桥相关的技术资料，充分领会设计 意图，做到对全桥及主要施工控制步骤有充分的把握。 2 用计算机结构分析程序计算全桥及主要施工步骤的受力和位移，目的是 比较和了解原设计的计算参数和计算简化力学模型、设计内力和位移。 3 向施工单位了解施工意图和施工方法及安排。布置应力传感器的埋设位 置和测读时间。 4 采集施工荷载的大小和砼的弹性模量数据：在下塔柱、中塔柱及0 号、 1 号块的施工时采集砼不同龄期的容重、弹性模量；收集各种施工荷载：机具、 人员、材料、挂篮的重量和定位情况，拉索弹性模量。 5 严格控制和校核0 号、1 、1 号块的标高和轴线方向。 6 根据采集的标高、砼的容重和弹模、其它的施工荷载数据和挂篮本身 的变形量，计算出2 、2 号块的施工支模标高和应力。 7 根据预埋应力测试元件的读数和用观测得到的施工过程的标高和轴线位 置，及n 1 、n 1 在初张后索力的变化情况( 索力测试采用微振法) 与上述计 尊值和设计值进行比较，分析并找出不一致的原因，调整计算参数和模型，使 计算值与实际值一致，然后计算出施工主梁3 、3 、号块的支模标高，预估内力 及位移，建议拉索n 1 、n 1 和n 2 、n 2 的张拉力。 8 拉索进行张拉时，通过测定拉索的有效张拉力，找出张拉千斤顶读数 与有效张拉力之间的比值，以修正张拉时千斤顶的读数值，使张拉后的有效值 与理论需要值一致。 9 重复步骤4 、5 指导施工3 、3 、号块，4 、4 号块，2 4 、2 4 、号块， 直至合拢。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 对于t 型刚构的旌工控制方法与上相同。 2 3 监控的重点和难点工作 炳草岗金沙江大桥属于组合桥，桥型新颖、技术复杂、难度较大，这种桥 型的监控工作在国内几乎没有同类成桥可以借鉴，再加上监控工作任务繁重、 头绪较多，工作中涉及到的单位也很多，需要得到各方单位的大力支持，必须 集合建设各方的力量和智慧才能顺利进行。业主对此也很重视，成立了由业主、 设计、施工、监理、监控五方组成的监控领导协调小组，对施工控制的具体工 作专门统一协调安排，对施工中出现的特殊情况进行讨论、商议对策。为了优 质完成业主交付的任务，确保大桥安全建成，监控组根据监控工作要点，在内 部进行分工，设立了：标高测量组、应力监测组、索力监测组、内业计算组等。 施工控制的目的就是力求达到设计的理想状况：在保证良好线形的前提 下，使主梁的恒载弯矩较小，索塔仅承受轴压力，斜拉索张拉调整能顺利实施