特大桥成桥过程施工监控实施方案.doc

某大桥 成桥过程施工监控实施方案 初稿 2003 年 10 月 1 目录 一 编制依据一 编制依据 3 3 二 大桥概况二 大桥概况 3 3 三 监控内容及关键问题的处理方法三 监控内容及关键问题的处理方法 4 4 监控监测意义 4 监控监测内容 5 监控监测中几个关键问题的处理方法 5 四 实施细则四 实施细则 8 8 总则 8 线形监控监测 9 应力监控监测 14 温度监控监测 16 材性实验 18 管道摩阻损失的测定 19 各单位分工及责任人 20 五 结语五 结语 2121 六 附件六 附件 2121 挂篮悬臂浇筑标高测量 现浇断面 21 挂篮悬臂浇筑标高测量 已浇筑各梁段断面 21 2 箱梁薄壁墩应力测量表 21 混凝土实测弹模 容重表 21 时间 温度 箱梁挠度观测实验结果统计表 21 温度场测量表 21 3 一 编制依据一 编制依据 依据广州某高速路有限公司与某公路科学研究所签定的技术服 务合同 广州南部地区快速路某标 某特大桥 施工监控 监测 以下简称合同 编制某特大桥主桥成桥施工监控方案 二 大桥概况二 大桥概况 某大桥是广州市南部地区快速路某标上的一座特大桥 该桥跨 某 某 水道 位于某村 XX 公园以南 南接 XX 岛北接 XX 立交 大 桥主桥结构形式采用 98 180 98 m PC 连续刚构 横向分左右两幅 施工方法采用悬臂浇筑法 某特大桥结构图如图 1 图 1 某特大桥结构图 大桥上部箱梁采用 C50 混凝土 每幅桥宽 16 50 m 单箱单 室断面 其中箱宽 8 50 m 两侧悬臂板宽 4 00 m 箱梁根部梁 高 H根 9 30 m 跨中及边跨端部梁高 H根 3 30 m 箱梁梁高变 化采用 1 6 次抛物线 H根 L 1 19 354 H中 L 1 54 545 箱梁腹 板厚度 0 号块处采用 100cm 根部采用 85cm 箱梁顶板全桥等厚度 28cm 在墩顶处加厚为 50cm 底板厚度采用二次抛物线 由跨中 32cm 直线变化到端部 70cm 箱梁采用三向预应力体系 纵横桥向预应力采用高强低松弛钢 绞线 Ryb 1860Mpa 竖向预应力采用精轧螺纹粗钢筋 直径 25mm 抗拉标准强度 Ryb 785Mpa 三向预应力全部采用真空压浆工艺灌浆 4 大桥下部结构主墩采用双薄壁矩形实体墩 桥墩高度为 21 5m 墩厚 1 80m 墩宽 8 50m 薄壁墩外侧纵向间距 10 0m 边墩采用双 柱式桥墩 墩径 2 2m 大桥主墩基础为承台群桩基础 承台平面尺 寸 15 4 14 4m 矩形 厚度 5m 基础采用 9 根直径 250cm 的钻孔灌 注桩 采用嵌岩桩设计 三 监控内容及关键问题的处理方法三 监控内容及关键问题的处理方法 监控监测意义 监控监测意义 连续刚构桥是一种多次超静定结构 其理想的几何线形和合理 的内力状态不仅与设计有关 而且还依赖于科学合理的施工方法 依赖于施工过程中挠度 应力的正确控制 某特大桥主跨径 180 m 在国内同类型桥中属大跨径 如何通过施工浇筑过程中的 控制以及主梁标高调整来获得预先设计的应力状态和几何线形 是 施工中非常关键的问题 在施工过程中影响桥梁结构内力和线形的因素很多 根据以往 施工和控制经验 主要因素有以下几方面 挂蓝变形 施工临时荷载 日照影响 混凝土外形尺寸偏差 预应力张拉 混凝土弹性模量和容重 混凝土徐变影响 当上述因素与设计不符 在施工中又不能及时识别时 必然导 致目标的偏离 造成扭曲线形或强行合龙的后果 因此为确保本桥 安全施工和实际线形与目标线形吻合良好 进行施工监控监测很有必 要 5 监控监测内容 监控监测内容 根据合同 某大桥成桥过程施工监控 监测内容如下 线形监控监测 箱梁平面线形 箱梁高程线形 应力监控监测 箱梁应力状况 主墩应力状况 材性实验 混凝土弹模 E 7 14 28 60 天 容重 温度监控监测 箱梁温度与挠度关系曲线 箱梁温度场 管道摩阻损失的测定 做 6 根管道摩阻损失的测定 监控监测中几个关键问题的处理方法 监控监测中几个关键问题的处理方法 预抛高值设置 长期徐变作用使跨中挠度增大 是大跨径连续刚构桥设计与施 工值得注意的问题 如果长期徐变计算分析不准 跨中预抛高值设 置不当 运行一两年后 跨中线形会明显下垂 国内不少连续刚构 桥已发生这样的问题 因此 对跨中预抛高值的设置应给予充分的 重视 一般做法是各跨跨中预抛高值由设计单位根据计算结果给出 然后按二次抛物线过渡 并叠加到设计线形上 最终形成目标线形 监控单位的职责是校核预抛高值 给出校核意见 由于长期徐变很 难计算准确 因此实际操作中 往往要参照已建成的同等跨径桥的 6 预抛高值数据 2 计算图式 选择悬臂浇筑时的合理计算图式是准确分析挠度的基础 目前 常用的计算图式是将模拟的挂蓝自重和模拟的第 i 梁段自重同时作 用在 i 1 梁段上 这样做对结构受力来讲没有问题 但对分析挠度 就有问题 因为此时 i 梁段的 i 节点没有挠度数值 因此正确的计 算图式应该如图 2 所示 a 生成 i 梁段 形成 i 节点上 i 梁段自重 挂蓝模拟荷载 q b 施加 i 梁段的顶板预应力钢束 c 卸除挂蓝荷载 q 图 2 悬臂浇筑挠度的正确计算图式 3 温度计算 温度对箱梁挠度的影响不可忽视已成定论 由于温度的变化 会使悬臂箱梁产生较大的挠度变形 如虎门辅航道桥温度最大影响 7 量 4 cm 杭州下沙大桥温度最大影响量 3 8 cm 如此大的数值会直 接影响立模标高的准确性 因此对温度影响分析要给予充分的重视 本桥拟采取两种措施把握温度影响 第一种是根据每节段施工 时的气温计算温度对挠度的影响 第二种是直接观测温度对挠度的 影响 前者拟采用空间分析程序辅助计算 后者主要在影响较大的 箱梁节段上做 根据以往经验 有这两项措施能保证箱梁立模标高 的准确 4 收缩徐变计算 对收缩徐变的计算分析主要是两方面 一个是长期收缩徐变 主要是预抛高值的设置 一个是对节段施工过程中的影响 前者已 做阐述 后者计算出单项影响量值 供监控过程中修正立模标高 5 材性试验和挂蓝预压试验 混凝土材性试验 主要做弹性模量 E 和容重 试件取材于实 桥 试验要求做 7 14 28 60 天对应的弹性模量 E 和容重 E 的记录表格见附件 挂蓝预压试验两个目的 一消除非弹性变形 二提供系列荷载 作用下挂蓝的弹性变形 供计算立模标高时参考 6 监控专用程序 数据处理是监控的重要环节 如不能及时准确分析数据 势必 影响施工进度 我所根据多年监控经验 编制的监控专用程序是一 个处理数据的有效工具 该程序与计算程序同在一个界面下 数据 共享 具有操作方便 专用性强的特点 测量数据一旦录入后即可 与理论数据对比 如发现问题及时反馈测量单位 重新校核测量数 据 预拱度 立模标高等计算均通过程序实现 从第一节段到合龙 8 全过程理论变形曲线可通过程序自动演示 较为直观 监控专用程序的界面如图 3 所示 图 3 监控专用程序 9 四 实施细则四 实施细则 总则 总则 施工监控是一项涉及多单位 多任务的系统工程 每执行一项 监控工作 都需要监控单位 设计单位 监理单位和施工单位相互 之间的密切配合 只有分工明确 各负其责 才能较好地完成各项 监控工作 因此在某大桥监控实施细则中 除明确监控单位工作内 容和方法外 也对设计 监理 施工单位应做的事情给予明确 实施细则的最终方案待大桥业主单位审批后执行 线形监控监测 线形监控监测 1 线形监控目的及方法 某特大桥主桥施工线形监控监测主要指箱梁高程线形和箱梁平 面线形的监控监测 线形监控监测的目的是通过数据处理 预测分 析和实时调整 以达到大桥实际线形尽可能地吻合设计线形 线形 监控监测中高程线形监控监测是重点 大跨径桥梁的高程线形施工监控 一般有两种方法 采用纠 偏终点控制的方法 即在施工过程中 对产生主梁线形偏差的因素 跟踪控制 随时纠偏 最终达到理想线形 这种方法常用 Kalman 滤 波法和灰色理论等 应用现代控制理论中的自适应控制方法 即 对施工过程的标高和内力的实测值与预测值进行比较 对桥梁结构 的主要参数进行识别 找出产生偏差的原因 从而对参数进行修正 达到控制的目的 本桥高程线形监控拟以自适应控制方法为主 灰 色理论和线性回归方法为辅 由于本桥为直桥 平面线形监控不是重点 按施工规范要求监 控即可 10 2 平面线形 目标 确保大桥中轴线平面线形偏差 1cm 工作流程 工作职责 各单位工作职责见表一 表一 工作职责 单位工作内容备注 设计院提供箱梁设计线大地坐标 施工设置测点 对每节箱梁进行测量 提交测量成果 表格自定 监理自测或旁站复测 监控验收 汇报并整理报告 工作要求 施工单位自行确定测点位置 及时测量 复测和提交测量结果 要求各测量表 格签字 监控单位及时整理测量结果 并定期汇报 3 高程线形 目标 箱梁施工完成后裸梁顶面标高与对应设计目标标高高差 设计单位 提供箱梁设计线大地坐标 施工单位 对每节箱梁进行测量 监理单位 自测或旁站复测 监控单位 验收并汇报 业主单位 11 符合设计要求 一般情况 H 3cm 箱梁合龙前合龙段两侧箱梁 相对高差符合设计要求 设计要求 H 1cm 工作流程 工作职责 各单位工作职责见表二 表二 工作职责 单位工作内容备注 设计院 提供箱梁设计线和目标线高程 会签立模指令 监控 计算预拱度高程和各单项 上自重 挂 蓝移动 张拉预应力和收缩徐变 位移 制定施工监控实施方案 提供测量表格形式 施工单位 箱梁节段施工 预埋测点 三阶段测量 监控单位 理论立模标高计算 监理单位 自测或旁站 成桥 设计单位 提供大桥设计线形和目标线形 监控单位 数据处理及预测分析 提供下一节段立模标高 设计单位会签 监理单位批准 12 外模板 1 指本节段预应力张拉完毕 1 指本节段张拉预应力前 现浇段 现浇段 张拉预应力后 2 测量位置如图所示 张拉预应力前 2 测量位置如图所示 2 测量位置如图所示 挂蓝移动后 1 指挂蓝移动就位 模板安装完毕 综合考虑温度 收缩徐变等因素 对比 分析箱梁实测高程和理论高程的差异 参 数识别 得到相对正确的结果 提交下一节段箱梁立模标高 定期汇报 撰写监控报告 施工 设置测点 离箱梁前端 10cm 参见图 2 节段逢 5 倍数联测时需加埋底板上测 点 三阶段测量 参见图 3 提交测量成果 测量时间 早 6 00 8 00 测量精度 1mm 定期效核 0 号块水准 点高程 监理 复测 自测或旁站 签署立模指令 图 2 测点示意图 图 3 三阶段测量示意图 13 几点说明 箱梁理论立模标高的计算 箱梁理论立模标高的计算是做好监控监测的基础 一般情况 在计算立模标高的同时应给出结构三条高程曲线 设计曲线 目标 曲线和预拱度曲线 设计曲线 目标曲线一般情况下由设计单位提 供 监控单位在目标曲线的基础上叠加成桥状态下的累积位移 根 据预拱度曲线可以得到箱梁各节段的理论立模标高 计算预拱度曲 线应考虑施工阶段 自重 温度 收缩徐变和预应力等作用 所采 用的结构材料参数应按实测数值 比如弹模 E 和容重 三阶段测量 高程测量的测点和阶段 目前国内无一定之规 根据以往经验 箱梁横向设两个测点 每一节段测三次已能反映箱梁高程的变位情 况 且这样做 测量次数少不影响施工进度 三阶段测量具体含义如下 第一阶段 挂蓝移动后 测现浇段 第二阶段 张拉预应力之前 测现浇段 第三阶段 张拉预应力之后 测现浇段和已浇段 测已浇段主 要是分析线形 预测立模标高 数据处理和预测分析是监控的关键技术 在 BridgeSB 监控模 块中已将数据处理和预测分析溶为一体 只要录入三阶段测量数值 就可给出各阶段各个单项 挂蓝移动 上节段自重 张拉预应力 理论值与实测值的对比 并根据对比情况调整参数给出下一节段箱 梁的立模标高 在分析数据时重点考虑影响高程数值的主要因素 挂蓝变形误差 桥面临时荷载影响 结构刚度误差 温度影响 张拉预应力误差 模板定位误差 14 工作要求 施工单位自行确定测点横向位置 并确保测点牢靠不会在混 凝土浇注过程中被挪动 破坏 严格按测量时间测量 若出现箱梁尺寸超标 预应力双控有偏差等问题应及时通报 监控单位 监控单位在收到测量结果后应及时处理分析 对有疑问的数 据应及时与施工单位交换意见 或复测或改正 监控单位一般情况下 应在两天内提供下一梁段的立模标高 应力监控监测 应力监控监测 1 应力监控意义及测点布置 应力监控监测的内容主要包括两方面 桥墩结构的应力监控监 测和上部箱梁结构的应力监控监测 应力监控监测的目的是保证大 桥安全施工 并为今后运营阶段的长期监控作准备 在桥墩和上部箱梁中预埋应力传感器 通过对节段箱梁浇筑后 的应力测量判定结构的工作状态 并预测施工下一节段箱梁整体结 构的安全性 本桥应力测点布置如图 4 四个主墩 上下游 共 8 个测试断 面 每个断面上 8 个测点 全桥主墩测点共 64 个 上部箱梁 上下 游 共 22 个测试断面 每个断面上 8 个测点 全桥箱梁测点共 176 个 全桥总计测点 240 个 箱梁顶 底板上的测点均按纵桥向水平 布置 腹板上的测点纵向按 45 度方向布置 墩顶 底断面测点均按 竖向布置 测点采用质量可靠 性能稳定的钢筋传感器 本桥主要测点传感器拟采用美国 BVCE 4200 型埋入式应变计 传感器测读仪器采用美国 GK 403 便携式钢弦读数仪 上述传感器兼 有温度测试功能 使用配套测读仪器可同时测读埋设位置的混凝土 15 应力与即时温度 美国 BVCE 4200 型埋入式应变计的最大优点是稳 定 可以直接读出应力数值 无须转换计算 非主要测点传感器拟 采用国产应变计 图 4 应力测试断面及位置示意图 2 应力计算 应力监控监测的关键是理论数值的计算和确保实测数值的真实 可靠 应力理论数值的计算用平面杆系程序 BridgeSB 或其他综合 程序 计算较为粗糙 不能准确反映结构空间各个点的应力数值 本桥拟采用某公路科学研究所结合国家西部课题 高墩大跨径弯桥 设计与施工技术研究 开发的桥梁结构空间分析专用程序 BridgeKF 辅助计算 空间计算中考虑三向预应力 各个施工阶段以及运营阶 段 3 应力监控监测 目标 通过箱梁 薄壁墩应力监测确保大桥施工的安全 为通车运营荷载验收提供稳定可靠的永久测点 工作流程 传感器标定 在结构中预埋传感器并记录初值 按规定施工阶段测量 箱梁节段施工 施工单位配合 预埋传感器 设计单位提供 结构应力数值 16 工作职责 各单位工作职责见表三 表三 工作职责 单位工作内容备注 设计提供箱梁 墩身应力数值 施工 协助预埋混凝土传感器 提醒现场工人保护已成活的传感器 监控 按要求断面 位置参见图 4 预埋传感器 每施工一个箱梁节段测量数值 并与理论值对 比 定期向业主汇报大桥应力状况 大桥合龙后 移交测点相关参数 位置等信息 提交应力测试报告 监理监督监控单位完成应力测试 工作要求 监控单位及时预埋应力传感器 并妥善保护 施工单位现场 人员有责任爱护已成活的应力传感器 监控单位按要求及时测量 及时分析 对异常应力数据要尽 快找到原因 确保大桥安全施工 按要求及时将大桥应力状况通报业主 应力监测阶段 应力监测阶段从第 1 块悬臂箱梁节段开始 逐段监测 一直到成桥阶段 总共监测 24 个阶段 每个阶段监测均 理论值与实测值对比分析 判定是否继续施工 定期汇报 17 应给出大桥此时工作状况报告 温度监控监测 温度监控监测 1 温度监测内容及意义 本桥温度监测拟分两部分 箱梁温度 挠度关系曲线的观测 箱梁温度 挠度关系曲线的观测是通过一天中间隔两个小时的 连续观测找到温度变化与高程之间的关系 从而根据立模标高时间 的温度进行修正 观测阶段 拟在上 下游幅一个主墩的 18 19 20 21 号梁段张拉预应力后进行 箱梁温度 挠度关系曲线的观测是很重要的环节 不可忽视 采用观测数据与理论值对比的方法 确定最终关系曲线 箱梁温度场观测 箱梁温度场观测主要是通过在箱梁内埋置温度感应元 获得广 州地区箱梁随温度变化的温度场 为合龙以及运营阶段本桥分析温 度作用提供实测数据 温度感应元件埋设断面拟选在箱梁悬臂 14 号 块 两个 在该断面顶底板左右对称布置一个 BTS 400 PN 结温度 传感器 如图 5 所示 图 5 温度场测试断面 测点及位置示意图 2 温度监测 目标 通过温度 挠度实测曲线 提高预测高程的准确性 通过箱梁体内温度场测试 掌握箱梁温度变化规律 为预测高程和箱梁合龙提供可靠的温度规律 18 工作流程 1 温度场测试 工作流程 2 温度 挠度关系曲线测试 工作职责 各单位工作职责见表四 表四 工作职责 单位工作内容备注 监控 预埋温度传感器 位置参见图 5 箱梁温度场观测 整理温度场数据 整理温度 挠度关系曲线数据 定期汇报 提交报告 选在有代表性的天气进 行 每个月选两天 一 个阴天 一个晴天 一 天中的观测时间预计安 排如下 从早晨 6 00 开始 一个小时一次 直到晚上 8 00 为止 施工 18 19 20 21 箱梁节段做温度 挠度 关系曲线测量 协助预埋温度传感器 选一天 每隔 2 小时测 一次 监理复测 工作要求 监控单位 预埋温度传感器施工单位协助 按计划测量 定期汇报 施工单位 按计划测量四个梁 段 监理单位 自测或旁站 监控单位整理数据并汇报 19 及时预埋温度传感器 并妥善保护 施工单位现场人员有责 任爱护已成活的温度传感器 按要求测量 材性实验 材性实验 目标 为结构计算提供实测材性数据 工作流程 工作职责 实验内容 混凝土弹模 E 7 14 28 60 天 容重 室内养护 1 号块 和现场养护 2 号块 两次 监控单位提交材性实验报告 工作要求 及时取样 按时出报告 管道摩阻损失的测定 管道摩阻损失的测定 目标 实测塑料波纹管摩阻系数 工作流程 工作职责 各单位工作职责见表五 表五 工作职责 单位工作内容备注 监控单位做测定方案 施工单位实际操作 监控单位记录并整理数据 施工单位协助取样 监控单位实施实验或委托实验 实验报告提交业主 20 监控 测定根数 上游第 5 10 15 块中两 根纵向顶板预应力钢束 27 j15 24 长度分别为 43m 77m 119m 合计共 6 根 测定方法参见 公路桥涵施工技术规范 附录 11 5 施工按测定方案实施 工作要求 严格按规范步骤实验 及时提交测试报告 各单位分工及责任人 各单位分工及责任人 各单位分工及责任人 单位工作内容责任人备注 设计 提供大桥设计目标值 提供大桥结构应力 会签立模标高 施工 配合预埋各种传感器 平面线形测量 高程线形测量 温度挠度关系曲线测量 摩阻实验实际操作 监理 各项测量的复测 签署立模标高 监控 预埋各种传感器 计算预拱度标高 处理实测高程数据 提供立模标高 负责 杨昀 现场负责 向 学建 21 应力测试及数据分析 温度场测试及数据分析 温度 挠度关系数据整理分析 材性实验 摩阻实验报告 监控报告 五 结语五 结语 本方案待业主批准后 各单位遵照执行 六 附件六 附件 挂篮悬臂浇筑标高测量 现浇断面 挂篮悬臂浇筑标高测量 已浇筑各梁段断面 箱梁薄壁墩应力测量表 混凝土实测弹模 容重表 时间 温度 箱梁挠度观测实验结果统计表 温度场测量表 22 附件一 公路建设项目 挂篮悬臂浇筑标高测量 浇筑断面 承包人 监理单位 合同号 编号 号主墩 第 节段 游侧 温度 挂蓝变形 测量 复核 日期 时间 T 左T 右 测点标高测点标高截 面 号 1212 张 拉 预 应 力 前 T 左T 右 测点标高测点标高截 面 号 1212 张 拉 预 应 力 后 23 T 左T 右 测点标高测点标高截 面 号 1212 挂 蓝 前 移 注 1 时间要求 早 6 00 8 00 2 测量施工单位填 复核监理单位填 24 附件二 公路建设项目 挂篮悬臂浇筑标高测量 已浇筑各梁段断面 承包人 监理单位 合同号 编号 号主墩 第 节段 游侧 温度 测量 复核 日期 时间 T 左测点