施工监控方案

绍兴市曹娥江袍江大桥绍兴市曹娥江袍江大桥 施工期及运营期监测监控方案施工期及运营期监测监控方案 中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司 二二 OOOO 九年八月九年八月 目 录 1 概述 1 1 1 结构概况结构概况 1 1 2 施工方法施工方法 4 2 施工监控的意义 原则 目标及依据 5 2 1 施工监控意义施工监控意义 5 2 2 施工监控原则施工监控原则 6 2 3 施工监控目标施工监控目标 7 2 4 施工监控依据施工监控依据 8 3 施工监控现场机构组织方案 10 3 1 组织体系组织体系 10 3 2 施工监控协作体系施工监控协作体系 11 3 3 监控文件资料工作流程监控文件资料工作流程 12 3 4 现场施工监控工作体系现场施工监控工作体系 13 4 施工监控的重点和难点 15 5 施工监控内容和方法 17 5 1 监控工作内容监控工作内容 17 5 2 施工监控计算施工监控计算 18 5 2 15 2 1 计算软件计算软件 18 5 2 25 2 2 分析方法分析方法 19 5 2 35 2 3 计算内容计算内容 20 5 2 4 计算模型计算模型 21 5 3 施工监测施工监测 22 5 3 15 3 1 现场测试和收集的参数现场测试和收集的参数 23 5 3 25 3 2 几何线形测量几何线形测量 23 5 3 35 3 3 应力测量应力测量 26 5 3 45 3 4 索力测量索力测量 38 5 3 55 3 5 温度测量温度测量 42 5 3 65 3 6 监控测点的保护监控测点的保护 45 6 营运期的定期监测 47 6 1 几何线形测量几何线形测量 47 6 2 索力测量索力测量 47 6 3 关键部位应力测量关键部位应力测量 47 6 4 梁板裂缝观测梁板裂缝观测 47 6 5 监测时间与次数监测时间与次数 48 6 6 培训常规监测人员培训常规监测人员 48 7 施工监控及检测实施保证措施 49 7 17 1 质量保证措施质量保证措施 49 7 27 2 安全保证措施安全保证措施 50 8 施工控制项目组人员安排 51 9 施工控制用表 52 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 1 1 概述 1 1 结构概况 绍兴市曹娥江袍江大桥工程 位于绍兴市袍江新区 南起袍江新区三江路同 越兴路交叉口 往北跨越曹娥江中游 北至上虞市沥海镇南汇村 本工程的道路 等级为城市主干道 I 级 属于城市特大桥 桥梁设计荷载 加载长度150m 为汽超 20 挂 120 人群荷载为 4kN m2 设计车速 60km h 设计洪水频率为 100 年一遇 通航标准为 1000 吨级海轮 最高通航水位 为 5 14m 通航净空为宽 108m 高 23m 地震设防为 7 度 主桥纵坡 2 1 引桥 最大纵坡 2 4 整个主桥设置通长的柔性系杆以平衡拱肋的水平推力 系杆采用体外束柔性 系杆 系杆束 管道 防腐 锚具和支撑等构件设计采用成品系杆 每一拱肋位 置设置 6 束 27 j15 24 的系杆 系杆全桥通长 通过横梁支架和边跨端横梁定位 钢管安装 锚固于端横梁 吊杆布置采用可换式双吊杆 吊杆纵向间距为 6 5 8 75 米不等 横向中心 距为 34 25 米 吊杆为工厂生产 现场安装 由强度为 1670MPa 的高强度镀锌钢 丝外包 PE 套制成 吊杆布置为纵向布置 单组吊杆纵向间距为 48cm 上端锚固于 拱肋的下弦杆 下端直接锚固于钢横梁 每组吊杆规格为 2 85 7 横梁包括吊杆横梁 拱肋横梁 拱上立柱横梁 墩上立柱横梁和端横梁 上 述横梁除端横梁外均采用钢横梁 其中吊杆横梁 拱上立柱横梁 墩上立柱横梁 高度 150 240 厘米 横梁长度为 45 米 吊点 支点 间距为 34 25 米 工字型 截面 上翼板宽 800mm 下翼板宽 1000mm 腹板厚 16 20mm 每片梁重约 39 吨 拱肋横梁为箱型断面 除墩上立柱横梁和拱肋横梁外 横梁与桥面板通过湿接头 联成整体 成为钢 混叠合梁结构 墩上立柱横梁和拱肋横梁顶面设置滑动支 座 端横梁采用混凝土结构 拱肋横梁与立柱之间通过支座联系 墩上立柱横梁 和拱肋横梁分别与墩上立柱和拱肋焊接 钢横梁底部相互之间设置 4 道纵梁 横 梁钢材除厚度大于 35mm 的采用 Q345qc 外 其余均采用 Q345c 钢 板面系采用预制 形钢筋混凝土板和现浇桥面铺装层构成 预制板高 45cm 肋宽 23cm 翼板厚 10cm 车行道板宽 216cm 和 245cm 人行道板宽 217cm 和 207cm 车行道板纵横向设置 50cm 的现浇接缝 接缝混凝土采用无收缩混凝土 桥面铺装层厚 13cm 其中钢纤维混凝土厚 8cm 中粒式改性沥青混凝土厚 5cm 并 将 8cm 厚现浇钢纤维混凝土计入桥面板的受力截面中 8cm 现浇钢纤维混凝土顶面 设置防水层 钢纤维混凝土的掺量为 60kg m3 钢横梁 墩上立柱横梁和拱肋横梁 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 2 外 与桥面板通过接缝连成整体 使横梁在承受二期恒载和活载时成为钢混叠合 梁 墩上立柱采用钢管混凝土结构 尺寸为 1500 12mm 内灌 C50 混凝土 立 柱与横梁焊接 拱上立柱采用 4 500 12mm 的格构柱 柱顶与横梁之间设支座 拱上立柱在拱肋加工时先安装好立柱底座 当拱肋混凝土达到设计强度时 再现 场安装立柱 立柱高度根据拱肋实测标高进行调整 最后浇筑立柱底座混凝土 袍江大桥主要技术标准为 1 道路等级 城市主干道 级 特大桥 2 桥梁宽度 4 25m 人 非 2 5m 拱肋 15 5m 车 0 5m 隔 15 5m 车 2 5m 拱肋 4 25m 人 非 45 0m 3 设计车速 60km h 4 设计荷载 1 路面设计荷载 标准轴载 BZZ 100kN 2 桥梁设计荷载 加载长度小于 150m 为城 A 级 大于 150m 为汽超 20 级 挂 120 人群荷载 4kN m2 5 设计洪水频率及通航标准 设计洪水频率为 300 年一遇 通航标准为 1000 吨级海轮 最高通航水位为 5 14m 通航净空为宽 108m 高 23m 6 纵 横坡 主桥纵坡 2 1 行车道横坡 1 5 人行道反向横坡 1 0 袍江大桥主桥立面布置示意图见图 1 1 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 3 1621 20191817 635m 185m40m185m185m40m 图图 1 11 1 袍江大桥主桥立面布置示意图袍江大桥主桥立面布置示意图 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 4 1 2 施工方法 本节内容摘自广西路桥袍江大桥项目部 绍兴市曹娥江袍江大桥上构缆索吊装 专项技术方案 曹娥江大桥为三主跨连续系杆拱桥 拱肋和桥墩固结 连拱效应明显 拱肋安 装顺序对成桥后拱肋 桥墩受力影响较为突出 因此拱肋安装采用先分别安装次中 跨 然后安装中跨的方案 主桥上构所有构件均采用无支架缆索吊装系统进行安装 施工 每跨两条主拱肋 每肋分 9 个吊装节段 最大吊装节段重 64 522T 钢拱肋安装程序为 节段资料检查合格后 运输钢拱肋节段到起吊位置 定位 双吊点垂直起吊运输 就位 临时固定 扣索安装 缆风安装 扣索张拉 缆风 收紧 调整标高 轴线 松吊点 吊装下一节段 考虑受起吊位置影响 减少交叉作业 减少安装风险 三跨安装顺序依次为 南次中跨 北次中跨 中跨 每跨主拱肋分 9 段吊装 两岸分别按照 1 4 段的顺 序对称进行 每跨左右均按照上游拱肋单肋合拢后 再横移索鞍至下游进行下游侧 拱肋单肋吊装合拢 最后再吊装上下游侧拱肋间横撑的顺序进行 进行单肋合拢的 优点在于减少索鞍的横移次数 减少不安全因素 并大大加快施工进度 上下游单肋均合拢后 及时安装永久风撑 增强拱肋整体稳定性 每跨安装完 成后 立即完成接头焊接工作 并拆除扣索再进行下跨安装 吊杆系统为纵向双吊杆型式 每个吊点采用一组两根吊杆 吊杆安装采用工 作索辅助进行 吊杆的安装工艺流程为 吊杆孔清理 吊杆锚具检查 实测各吊点标高值 吊 杆运输至现场并松展开 吊点垂直提吊就位 按加载程序张拉吊杆 调整标高 锚 具封闭并作防护处理 吊杆的安装采用工作索及手拉葫芦进行 待横梁吊装到位 拧下下端螺母 将下端锚杯穿进横梁的预留孔道内 再拧上 下端螺母 调节标高时 按设计要求调节螺母 吊杆张拉中注意听取监测的标高数 一旦达到设计标高立即停止张拉 拧紧螺母 使桥面标高达到设计要求 注意一片 横梁的两个吊点要同步进行 吊杆安装完成后对锚头内灌注防腐油脂 安装保护罩 并检查吊杆外防护 PE 是否有损坏 如有损坏则用 PE 热焊枪进行补焊 最后安装防 水罩 桥面 型钢筋混凝土板为先简支后连续的结构体系 钢纵梁及桥面板安装方 法同样采用缆索吊 按设计及有关规定安装 对称进行 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 5 下图为缆索吊装系统总体布置图 图图 1 21 2 缆索吊装系统总体布置图缆索吊装系统总体布置图 2 施工监控的意义 原则 目标及依据 2 1 施工监控意义 袍江大桥工程具有规模大 技术复杂 施工难度大的特点 对该桥进行施工控 制是十分必要的 施工监控的最根本目的是确保施工中结构的安全和确保成桥后的 线形和内力状态满足设计要求 施工监控是设计的补充施工监控是设计的补充 任何桥梁施工 特别是大跨径桥梁的施工 都是一个系统工程 在该系统中 设计只是目标 而在自开工到竣工整个为实现设计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 尤其值得注意的是 某些偏差 如竖 缆索吊装系统平面布置图 立面 上虞方向 北 85 04 58 75 南 58 75 起吊场 第一段 第一段 第二段 第三段 第四段 第五段第二段第三段第四段 第一段第一段第二段 第三段 第四段 第五段第二段第三段第四段 第一段第一段第二段 第三段 第四段 第五段第二段第三段第四段 第一段第一段第二段 第三段 第四段 第五段第二段第三段第四段 第一段第一段第二段 第三段 第四段 第五段第二段第三段第四段 第一段第一段第二段 第三段 第四段 第五段第二段第三段第四段 121 5 121 5 一 安装南次中跨 二 安装北次中跨 三 安装中跨 上游右扣地锚 主塔 主塔 扣地锚 主地锚 扣塔 扣塔 起吊场 主桥轴线 主塔 主塔 主地锚 扣塔 扣塔 起吊场 主塔 主塔 主地锚 扣塔扣塔 718340 340 718340 立面 立面 下游左扣地锚 上游右扣地锚 扣地锚 扣地锚 主地锚 上虞方向 北 南 上虞方向 北 南 326 121 5 124 124 124 杭甬高速 326 42 189 189 上游右扣地锚 上游右扣地锚 178 116 116 116 120 19 70 120 19 70 120 718 19 70 42 54 224 224 扣地锚 扣地锚 缆风 326 19 80 19 80 19 80 84 扣索预留槽 扣塔架 扣索鞍位置 扣地锚中线 扣索预留槽 扣塔架 扣地锚中线 扣索鞍位置 扣索布置范围线 扣塔架 扣索鞍位置 扣地锚中线扣索预留槽 主扣合一塔架 扣索鞍位置 扣地锚中线 扣索预留槽 扣索布置范围线 38 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 6 向挠度误差 具有累积的特性 设计文件中所提供的控制数据 如预拱度 各阶段挠 度参考值 是基于理论的设计参数和假定的施工方法给出的 而现场施工状况通常 会与设计预期存在一定出入 当实际情况与设计预期存在差异时 这些数据也需要 随之修正 否则就难以满足施工实际的需要 施工控制除了能起到补充设计和辅助 指导施工的作用 还能对各种施工因素的变化进行监测 研究分析 对相关问题提 出建议及解决措施 施工监控是施工的需要施工监控是施工的需要 由于设计计算 桥用材料性能 施工精度 荷载 大气温度等诸多方面的理想 状态与实际状态之间存在差异 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 对施工状态实时识别 监测 调整 纠偏 预测显得尤为重要 这 些方面的问题 如果不能及时有效地处理 不仅会对结构受力不利 而且可能会使 结构线形不顺畅以致影响结构受力及行车 为了解决好这些问题 最好的办法就是 对施工全过程实施实时控制 控制关键截面应力和变形误差处于容许范围内 保证 桥梁建成时达到设计要求状态 施工监控是结构本身特性的需要施工监控是结构本身特性的需要 作为三跨连续中承式钢管混凝土系杆拱桥 属于高次超静定桥跨结构 其成桥 的线形和结构恒载内力与施工方法有着密切的关系 采用不同的施工方法和工序都 会导致不同的结构线形和内力 此外 由于各种因素 如材料的弹性模量 混凝土 收缩徐变 结构自重 施工荷载 温度等 的影响 以及在测量等方面存在误差 特别是某些偏差具有累积的特性 结构的原理论设计值难以做到与实际测量值完全 一致 两者之间会存在偏差 若对偏差不加以及时有效的调整 随着结构悬臂长度 的增加 结构的线形会显著偏离设计值 造成合拢困难或影响成桥的内力和线形 2 2 施工监控原则 根据拱桥主拱圈主要受压的特点 本桥施工监控的主要原则是变形 内力及稳 定性控制综合考虑 其中 稳定性控制非常重要 在施工控制过程中 应根据桥梁 结构的不同和施工工艺的差别采取以下控制原则 在满足稳定性要求的前提下 对 变形 应力进行双控 其中以控制变形为主 严格控制拱圈拼装 灌注混凝土 体 系转换过程中挠度和轴线偏位 严格监控成拱期间的应力变化趋势 上述原则的制定主要是考虑到位移控制是最直观 很容易实现的 并且测量数 据的精度较高 而应力控制受到的制约条件比较多 并受外界影响比较大 因此 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 7 在桥梁施工控制中应通过设计参数的识别与修正 建立比较准确的结构计算分析模 型 要综合考虑各种控制影响因素带来的影响 建立合理 可行的施工控制系统与 施工监测系统 从而获得真实 准确的实测数据 正确的分析结构的实际状态 为 后续施工提供可靠的依据 本桥施工控制将以线形控制为主 应力控制为辅 1 线形要求 线形主要是指拱肋的拱轴线线形和桥面线形 成桥后 通常是长期变形稳定后 拱肋的拱轴线线形 控制点的平面坐标和标高 和桥面标高要满足设计要求 为了满 足线形要求 需要严格控制各拱段施工状态下的位移与内力和吊索索力 系杆索力 2 受力要求 在恒载己定的情况下 拱轴线形是影响拱肋受力的重要因素 而拱肋的应力与 拱肋截面轴力和弯矩有关 在成桥恒载状态下 需控制好拱肋截面弯矩 使拱肋截 面不仅要满足施工阶段的强度和稳定性要求 而且成桥后在活载作用下要满足设计 要求 及时设置一定的横向缆风索和及时安装永久横联也是确保施工阶段受力安全 必不可少的 控制钢管混凝土系杆拱受力性能的主要结构是主拱圈拱肋 3 调控手段 对于主拱 钢管拱肋悬拼成拱的线形和内力或应力的调整 主要通过吊装支架 起吊装置调整和拱肋节段拼装接头 拼装点 的转角调整及合龙温度的选择来实现 另外 通过吊索的无应力精确下料长度的调整是桥面线形的主要调控手段 2 3 施工监控目标 袍江大桥施工监控的目标是 把大跨度桥梁施工控制的理论和方法应用于大桥 的实际施工过程 对该桥施工期间的线形 结构位移 索力及应力等内容进行有力 的控制和调整 根据施工全过程中实际发生的各项影响桥梁应力 索力与变形的参 数 结合施工过程中测得的各阶段应力 索力与变形数据 及时分析与预测值的差 异并找出原因 提出修正对策 以协助施工单位安全 优质 高效地进行施工 并 确保在全桥建成以后桥梁的应力状态 索力状态与外形曲线与设计尽量相符 将实测成桥状态的线形与相应温度下的理论线形对比 相差应在施工控制精度 范围内 根据目前的施工技术水平 及测量控制精度 初定施工控制的主要目标如 下表 2 1 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 8 2 4 施工监控依据 1 公路工程技术标准 JTG B01 2003 2 公路桥梁抗震设计细则 JTG T B02 01 2008 3 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 4 公路桥涵施工技术规范 JTJ 041 2000 5 公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 6 公路桥涵钢结构及木结构设计规范 JTJ025 86 7 公路桥梁抗风设计规范 JTG T D60 01 2004 8 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 9 公路工程质量检验评定标准 JTG F80 1 2004 10 精密水准测量规范 GB T15314 940 11 工程测量规范 GB50026 2007 12 公路工程结构可靠度设计统一标准 GB T50283 99 13 绍兴市曹娥江袍江大桥相关设计图纸 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 9 表表 2 1 袍江大桥施工控制目标袍江大桥施工控制目标 检查项目允许偏差附注 扣塔偏位 不大于理论扣塔偏位的 20 当理论 扣塔偏位的 20 小于 30mm 时不大于 30mm 小于 L 3000 高程 20mm L 3000 20mm L 为悬臂长度 相邻节段高差小于 L 2000L 为拱肋节段长度 上下游高程相对偏差 30mm 小于 L 3000 轴线偏位 20mm L 3000 20mm L 为悬臂长度 拱肋 轴线相邻节段高差小于 L 2000L 为拱肋节段长度 小于 L 5000 高程 20mm L 5000 20mm L 为测点至肋间平台 前端的距离 相邻节段高差不大于 L 2000L 为箱梁节段长度 上下游高程相对偏差 20mm 不大于 L 10000 轴线偏位 10mm L 10000 10mm L 为测点至肋间平台 前端的距离 主梁 轴线相邻节段高差不大于 L 2000L 为梁段长度 扣索 3 吊杆 3 索力 系杆 5 主拱合龙段两端高差 10mm 吊杆高程偏差 10mm 上下游吊杆高程偏差 10mm 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 10 3 施工监控现场机构组织方案 施工监控是一个大型的系统工程 必须事先建立完善 有效的控制体系才 能达到预期的控制目标 3 1 组织体系 桥梁施工监控是一个系统工程 需要包括建设单位 监控单位 设计单位 监理单位和施工单位的密切配合 为保障桥梁施工监控高质 高效地完成 必 须明确监控实施过程中的组织制度和工作制度 本项目施工监控组织 由建设单位牵头成立施工监控领导小组和施工监控 工作小组 施工监控领导小组由建设单位 监控单位 设计单位 监理单位和 施工单位领导组成 负责重大方案 技术问题的决定以及相关协调工作 领导 小组定期听取施工监控工作汇报 及时总结经验 明确下一阶段的工作内容 有重大问题时 可召集临时技术讨论 施工监控工作小组由建设单位 监控单 位 设计单位 监理单位和施工单位的一线技术骨干组成 负责施工监控的日 常工作事务 遇重大情况时 工作小组及时向领导小组反映 组长 建设单位 办公室主任 监控单位 副组长 监控单位 副组长 设计单位 副组长 监理单位 副组长 施工单位 领导小组 办公室副主任 监控 设计 监理 施工单位 成员 监控单位 成员 设计单位 成员 监理单位 成员 施工单位 工作小组 图图 3 13 1 施工监控组织体系施工监控组织体系 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 11 3 2 施工监控协作体系 1 1 建设单位 建设单位 建设单位是施工监控的委托者 管理者和协调者 1 对施工监控的内容 方案与目标提出要求 2 协调各成员单位的工作 必要时召集施工监控协调会议 3 组织有关技术方案讨论及评审 2 2 监理单位 监理单位 1 审核并确认施工单位提供的总施工组织设计 分项工程的施工方案等 2 对施工单位或相关单位采集或提交的施工状态参数 临时荷载 材料力 学参数和结构实际尺寸等数据予以复核确认 3 负责监督施工监控指令的执行并向监控单位反馈控制结果 3 3 监控单位 监控单位 1 根据设计文件和相关规范进行施工仿真计算 复核结构和施工总体方案 的安全性 2 随施工进度安装监测所需设备和元件 并进行应力 内力 挠度 温度 坐标 高程等监测 3 根据监测结果和理论分析 进行最优估计 包括参数估计和状态估计 4 根据识别 预测结果 重新计算以后各阶段目标状态 进行理想状态修 正 以书面形式出示监控报告 拟定监控联系单 给出下一阶段的安装 标高和张拉索力 5 如结构偏差超过一定限度 则采取一定措施进行状态调整 6 发现重大问题及时向业主和监理单位汇报 会同设计单位提出调整方案 并负责调整方案的发出 7 将调控信息及时反馈给各参建单位 共同协商完成调控方案 8 施工方案发生重大修改时 会同建设单位 设计单位 监理单位等各方 调整监控方案 9 在设计文件内容全面 合理 施工方案可行 措施得当 工期合理 各 相关单位配合良好的前提下 对监控指令的正确性 适时性负责 使成 桥线形 应力最大程度地接近期望 10 技术上如存在分歧 由建设单位协调解决 或由双方认可的专家委员会 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 12 解决 11 主桥完工后三个月内提交施工控制与监测成果报告 4 4 设计单位 设计单位 1 提供有关设计资料 包括 a 施工图 b 基本施工方案 c 各施 工阶段的设计结构状态 d 成桥状态的结构应力和索力 2 负责重大设计和施工方案变更 并及时通知各成员单位 3 会同建设单位 监控单位 监理单位分析结构偏差原因 分析有关技术 问题 5 5 施工单位 施工单位 施工单位是监控指令的实施者和反馈者 1 提供总施工组织设计 分项工程的施工方案和实际施工进度 2 提供有关材料的物理 力学指标 包括混凝土强度 弹模和容重 拉索 模量和容重 钢材弹模 主梁及桥面板实际重量等 3 协助监控单位进行桥面施工荷载调查 包括施工荷载的 位置及数量等 4 负责承台的沉降和主梁的标高等几何线形测量工作 并在每一梁段完成 后及时将测量成果汇交监控单位 5 协助监控单位安装测试元件和测点 并采取有效保护措施 6 为监控单位提供现场工作 生活的便利条件 设计单位 控制反馈 意见 控制指令控制指令 通 报 协 调 协 调 监督执行 指导 通报 意 见 指 示 汇 报 监理单位施工单位监控监测单位 业主领导小组 控制反馈 协调 定期汇报 提交报告 图图 3 23 2 监控协作体系监控协作体系 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 13 3 3 监控文件资料工作流程 监控文件资料传递的时效性 准确性 可靠性是保证桥梁施工监控成功的 基本前提 本桥施工监控文件资料传递流程见下图 3 3 监理单位审批 转发 监控单位测量 施工单位测量 监控单位计算分析 设计单位认可 测 量 数 据 控 制 指 令 控 制 指 令 控 制 指 令 测 量 数 据 测 量 数 据 测 量 数 据 图图 3 33 3 施工监控信息传递施工监控信息传递 3 4 现场施工监控工作体系 为了现场监控工作的展开 明确各自的指责 现场工作由项目负责人总体 负责具体工作安排 具体监控监测实施体系见图 3 4 绍兴市曹娥江袍江大桥施工期及运营期监测监控方案 14 图图 3 43 4 现场施工监控工作体系现场施工监控工作体系 参数识别 修正 实时测量体系现场测试体系施工控制计算体系 线形测量物理测量力学测量 拱肋空间线形环境温度拱肋应力 主梁线形风力风向主梁 横梁应 力 扣塔偏位结构温度场索力 混凝土容重 弹模 索容重 弹模 梁段重量 尺寸 施工荷载 实时计算预测计算 实时参数 设计参数 施工实测数据现场测试参数实际目标值理论目标值 比较 滤波 比较 应力预警 修正量计算 误差状态分析实际施工误差 容许误差指标体系 拼装空间几何线形 张拉索力 下阶段控制指令体系数据 15 4 施工监控的重点和难点 本桥为中承式三跨连拱 结构受力和施工过程均相当复杂 施工监控具有 较大的难度 具体来讲本桥施工监控的重点和难点表现在以下几个方面 1 1 吊索制造及张拉控制 吊索制造及张拉控制 吊索一般在拱肋安装完成后 通过实测拱肋的线形 并考虑各种因素给出 其下料长度 如果吊索制造的太短 根本无法安装 吊索制造的太长 必须临 时加垫块才能正常张拉 因此吊索制作前 给出适当的吊索长度也是监控的重 点 吊索索力也是影响主梁标高的主要因素 吊索索力微小的变化都会对其产 生较大影响 吊索索力还影响到主拱的整体稳定性 因此要加强对吊杆索力和 坐标的控制 2 边跨三角区拱肋施工边跨三角区拱肋施工 边跨三角区拱肋采用支架法施工 其内力和变形直接受支架影响 因此如 何准确预测并控制其变形和确定拆除时机是施工监控的重点之一 支架拼装完 成后 通过预压消除非弹性变形 并通过实测弹性变形数值与理论计算值比较 作为预抛高的依据 施工过程中应加强对支架的观测 支架拆除时是结构体系 转换的过程 因此在支架拆除前应制定详细的拆除方案 拆除过程中应重点监 控结构的变形和应力 3 3 中跨拱肋吊装控制 中跨拱肋吊装控制 中跨拱肋采用缆索吊装逐段悬臂拼装 该过程的控制是全桥施工控制的最 难点和最重要点 本阶段施工控制的重点内容包括 临时扣塔变形和安全控制 斜拉扣锚索索力的确定和优化 钢管拱肋的安装控制以及钢拱肋合龙控制 a a 临时扣塔变形和安全控制临时扣塔变形和安全控制 扣塔作为临时结构 理论上可以通过计算了解其受力情况 但由于结构本 身构造复杂 杆件之间的连接均是现场施工 不确定性因素多 实际上理论计 算不能完全反应其真实受力情况 因此在监控中必须采取一定的措施 保证其 安全 一般采取的措施除了对重点部位经常人工检查 并在个别截面布置应力 测点进行应力监测外 更重要的是加强扣塔变形的测量 及时了解其实际变形 和受力情况 发现异常情况及时采取措施 b b 斜拉扣锚扣点的布置及索力的确定和优化斜拉扣锚扣点的布置及索力的确定和优化 拱肋悬臂拼装过程中 自重作用下本身要产生变形的同时对已安装节段的 受力和变形也会产生影响 吊装过程中拱肋的线形和受力是通过扣锚索张拉来 调整 同时扣锚索的索力又作用在临时塔架上 索力的大小将直接影响拱肋和 16 临时塔架的变形和受力 如何确定一套合理的索力以保证拱肋和临时塔架的安 全是监控计算的一个重点 同时索力的重复调整相对比较困难 因此从计算的 角度应对扣锚索扣点布置和索力张拉方案进行优化 尽量减少调索次数 另外 由于扣索和锚索为通长索 其内力之差为索鞍摩阻力 如何准确地模拟扣索和 锚索是一个难点 c c 钢管拱肋的安装控制钢管拱肋的安装控制 为保证拱桥的受力 其轴线应严格符合设计线形 而拱肋的安装定位线形 从某种程度上就决定了拱肋的线形 因此在确定线形的时候 应综合考虑温度 临时荷载等各种因素影响 同时 由于拱肋段数量较多 拱肋段焊接时对接焊 缝收缩量难以控制 其变化积累量对拱肋线形影响较大 因此焊接施工阶段必 须特别注意观测 在钢管拱对接施焊前 要测量拱肋中心线 标高及梁段接口 情况等 将所测量数据与拱肋匹配制造阶段的数据相比较 对出入较大处做好 标记 待焊接其环缝接头时 给予修正调整 对于超出中心线允许误差范围的 采用调节环缝间隙及拱肋端口微调 修正其中心线超差部分 成桥焊接时按设 定的间距装配调准相邻两拱肋段 保证两拱肋段间焊缝的间隙 用定位马板点 焊固定 d d 钢拱肋合龙控制钢拱肋合龙控制 钢拱肋的合龙是全桥施工的一个重要工序 如何保证钢拱肋顺利合龙是监 控的重点 而确定一个合理准确的合龙段长度是顺利合龙的关键 在合龙施工 的前一周开始进行天气的观察和气温的测量 掌握气温变化的规律 以确定最 佳合龙时刻 合龙施工时 连续 48 小时测量合龙口钢管拱四个角点坐标 对合 龙段进行长度修正 确定合龙段长度后 选择与合龙气温相同时刻 采用同一 量测工具 对钢管拱肋现场放样 切割 做好坡口 5 5 拱座不平衡水平力的控制 拱座不平衡水平力的控制 对于中承式拱桥 拱座在施工过程中由于不平衡水平力的作用会产生较大 的水平位移 如果水平位移过大 将超出基础的承载能力 严重者甚至会导致 上部结构垮塌 袍江大桥为无推力式系杆拱桥 拱座的水平位移主要由系杆张 拉力调整控制 因此系杆必须根据施工过程中结构产生的水平力进行分批分级 张拉 才能保证结构的安全 如何确定系杆的张拉时机和张拉力是施工监控的 重点 17 5 施工监控内容和方法 施工监控的目的就是通过现场监测和监控计算等手段 对桥梁施工过程中 的结构的内力和变形状态进行有效地监测 分析 计算和预测 为施工提供施 工监控信息 如拱肋和主梁线形 拉索的张拉吨位等 以保证整个结构在施工 过程的安全并最终实现设计成桥目标状态 本桥施工过程中的施工监控主要包括施工监控计算和施工监测 5 1 监控工作内容 监控单位在施工阶段的具体工作包括下列内容 1 按施工全过程进行有限元计算 2 提供边跨现浇拱肋预拱度 复测立模坐标 3 提供中跨拱肋悬臂拼装过程中的安装坐标 扣索索力以及其它重 要阶段的坐标 4 若需要 提供拱肋线形的调整方法 5 对拱肋合拢过程进行计算 分析 提出合拢意见 6 提供临时系杆和永久系杆的张拉和转换过程 7 提供吊杆力和桥面线形的调整方法 8 监测下列状态 a 边跨现浇拱肋立模坐标 b 扣索张拉后的拱肋坐标 c 拱肋线形 d 拱脚位移 e 扣索索力 f 扣塔顶部位移 g 锚碇位移 h 拱肋应力 i 横梁应力 j 桥面线形 k 吊杆索力 9 若需要 提出施工方法的改进意见 10 按阶段提交中间过程监控报告 18 11 成桥后进行全面测量并提交成桥状态报告 5 2 施工监控计算 施工监控就是利用建立的监控计算体系对主拱 主梁节段施工过程中每一 节段结构的应力和位移状态以及施工监控参数进行计算 在监控计算中应考虑 施工误差 实际安装梁段重量误差 材料属性差异等因素的影响 根据控制计 算的结果为各施工节段提供施工监控目标值 立模 吊装标高及索力 保证 节段施工的顺利进行 保证结构最终达到或接近设计要求的成桥状态 5 2 1 计算软件 本桥施工全过程分析拟采用桥梁结构分析软件 MIDAS Civil 和桥梁博士软 件结合进行 两种软件的结果相互校核 MIDAS Civil 不仅是通用的结构分析软件 可以进行施工阶段分析 水化 热分析 静力弹塑性分析 支座沉降分析 大位移分析 是强有力的土木工程 分析与优化设计系统 在浙江舟山桃夭门大桥 重庆菜园坝大桥 武汉阳逻长 江大桥等桥梁施工监控计算分析中运用该软件取得了较好的效果 同时该软件 已被国内多家设计院作为桥梁设计的计算分析软件 在多座大桥的计算分析中 得到了验证 19 图图 5 15 1 MIDASMIDAS 软件界面图软件界面图 桥梁博士系统是一个集可视化数据处理 数据库管理 结构分析 打印与 帮助为一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统 该系统自 1995 年被应用于 桥梁结构施工架设分析以来设计计算了钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁 刚 构 拱桥 桁架梁 斜拉桥等多种桥梁 系统编制完全按照桥梁设计与施工过 程进行 密切结合桥梁设计规范 图图 5 25 2 桥梁博士软件界面图桥梁博士软件界面图 5 2 2 分析方法 在本桥的计算中将采用正装法和无应力状态法相结合 正装分析法 是指为了计算出桥梁结构成桥后的受力状态 根据实际结构 配筋情况和施工方案设计逐步逐阶段地进行计算 最终得到成桥结构的受力状 态 这种计算方法的特点是 随着施工阶段的推进 结构形式 边界约束 荷载 形式在不断地改变 无应力状态分析 是指结构构件或单元的无应力长度和曲率为一个确定的 值 在结构施工中或建成后 不论结构如何加载 在任何受力状态下 各构件 或单元的无应力长度和曲率恒定不变 只是构件或单元的有应力长度和曲率不 同而己 将构件或单元的无应力长度和曲率保持不变的原理进行结构状态分析 20 即无应力状态分析 对于本桥 为了与设计单位的计算结果进行核对和保证施工安全 首先 我们将根据该桥架设过程 进行施工架设直至合龙全过程的计算 并计算该桥 在各种荷载作用下桥梁各构件的内力 变形 与设计院进行相互校核 其次 我们将结合本桥的特点及施工架设方案进行全过程的监控计算 计算的主要内 容有 各阶段 每张拉一次扣索和系杆 成桥状态 的主拱肋的内力和变形 各阶段系杆的控制张拉力 架设过程及成桥阶段吊杆 拱肋的内力及桥面板的 高程 经多次迭代予以修正后 获得每个安装阶段的控制高程和索力 此即为 本阶段监控计算所需要确定的目标 5 2 3 计算内容 1 1 施工前期监控计算 施工前期监控计算 施工前期计算主要包括以下内容 a a 校核主要设计参数校核主要设计参数 设计参数是结构分析计算的基础 其取值大小直接关系到计算结果 由于 某些参数本身存在一定的不确定性 取值时仅依靠规范不一定合理 需要结合 实际桥梁及试验等因素来确定 为了保证施工监控计算的准确性 同时起到设 计复核的作用 需对主要设计参数 材料参数 截面参数 荷载参数等 进行 复核 b b 施工工艺复核计算及合理优化施工工艺复核计算及合理优化 在设计阶段 对于施工工艺计算是理想化的 难免与实际施工过程有差 别 因此在施工之前有必要根据现场实际施工方案对整个施工过程中进行计算 一方面起到设计复核计算的作用 另一面 通过计算对施工方案进行合理优化 以保证施工过程结构安全 同时方便施工 c c 无应力状态尺寸计算无应力状态尺寸计算 本桥钢管拱肋采用焊接连接 某一节段的偏差对后续节段的线形会产生影 响 工厂制造线形影响和决定了现场安装线形 应加强对制作线形的控制 吊索是拱桥的重要受力构件之一 精确地计算吊索下料长度对于顺利 安 全地施工是非常重要的 2 2 施工期间监控计算 施工期间监控计算 a a 施工过程各状态线形及相应控制位置内力 或应力 确定施工过程各状态线形及相应控制位置内力 或应力 确定 施工过程复杂 荷载在不断变化 结构体系也在不断变化 因此结构的线 形 内力和应力也会随着不断变化 施工控制中必须对整个施工过程进行仿真 计算 考虑荷载和结构体系的不断变化 尽可能真实得的模拟实际施工过程 21 通过仿真计算 得到施工过程各状态线形及相应控制位置内力 或应力 由 于施工单位的 缆索吊装专项技术方案 中已经提出了详细的施工过程 包括 各阶段的扣索力 临时系杆和永久系杆索力等关键内容 我们将首先对此方案 进行复核计算 若可行 则可按方案施工 若有必要 则按我们的计算结果施 工 根据施工过程 计算结果将包括以下内容 a 成桥线形和内力 b 各施工阶段下的线形和内力 c 扣锚索 缆风索 临时系杆 永久系杆索力以及吊杆的张拉控制力 d 单侧拱肋最大悬臂状态的稳定性分析 e 各阶段下的墩顶位移 f 临时塔架变形 g 温度影响计算 h 拱肋线形的敏感性分析 i 合拢阶段的线形调整计算 j 桥面安装阶段的线形调整计算 b b 施工过程各状态控制数据的实测值与理论值对比分析施工过程各状态控制数据的实测值与理论值对比分析 通过计算分析可以确定桥梁结构各施工阶段理想目标状态 但是在实际施 工中结构的实际状态并不是与理想状态吻合 各状态控制数据实测值与理论值 总存在一定的误差 在监控过程中应及时进行误差分析 确定误差产生的原因 5 2 4 计算模型 按设计图纸建立三维模型 并按实际构造模拟扣塔 将双扣索简化为一根 扣索 将桩基模拟为梁单元 考虑土弹簧刚度 共 23591 个单元 单元离散图 如下 22 图 5 3 全桥单元离散图 图 5 4 拱肋和风撑局部 23 图 5 5 墩顶扣塔 图 5 6 北岸主塔 5 3 施工监测 施工监测就是通过在施工现场设立的实时测量体系 对施工过程中结构的 内力 位移 线型 索力和温度进行现场实时跟踪测量 为施工监控工作提 供实测数据 以保证主梁施工过程结构的安全及为监控计算提供实测结构参数 和核校 也就是说 通过对这些测量数据进行计算 分析和比较以判断结构是 否符合设计的要求 结构的状态是否和监控的目标相一致 结构是否处于安全 状态 并根据需要对结构的状态及监控目标作出必要的调整 施工监测主要包括现场测试体系 物理 几何参数测试收集 和实时测量 体系 几何线形测量 应力测量 索力测量和温度测量等 5 3 1 现场测试和收集的参数 在施工监控计算中 需要根据实际施工中的现场测试或核定参数 进行仿 真计算 并根据实际施工中的实时测量数据对这些参数进行分析拟合 以使施 工监控计算能与实际施工相符 需要进行现场测定的参数主要包括 实际材料的物理力学性能参数 钢结构 混凝土材料的弹性模量及容重 各类拉索体系的弹性模量及容重 实际施工中的荷载参数 恒载 24 钢拱肋节段 吊杆横梁自重 二期恒载 铺装 人行道 栏杆 缘石 灯柱 过桥管线等 施工荷载 主要施工机具 压重等 临时荷载 临时堆放的机具 材料等 5 3 2 几何线形测量 桥梁的现场几何线形测量是施工监测的重要工作之一 A 测试内容 测试内容 几何线形测量包括拱肋 吊杆横梁 主梁的高程 线形以及扣塔偏位 基 础变位沉降的监测 其中 几何线形测量在钢管拱拼装阶段主要包括对钢管拱 节段位置 节段轴线 节段端面的测量以及对扣塔偏位 墩顶位移的测量等内 容 而在吊杆横梁及主梁架设阶段主要包含对吊杆横梁和主梁高程 轴线偏位 等内容 桥梁几何线形测量测点布置见图 5 7 25 表示全站仪测点表示水准仪测点 16 21 20191817 图图 5 75 7 袍江大桥线形测点布置示意图袍江大桥线形测点布置示意图 26 B 测试方法 测试方法 基础变位及沉降测量 中承式系杆拱桥的一个重要监测部位为基础变位及沉降 基础变位及沉降 通过在每个承台 4 角设置测量标志 采用全站仪测量 全桥共 16 个测点 扣塔塔顶偏位测量 扣塔偏位通过在塔顶设置测量标志 采用全站仪测量 共 4 个测点 测量 采用坐标法 仪器架设在一个基准点 后视另一基准控制点 再对准桥观测点 上的棱镜 测出塔顶部测点的三维坐标 每一测试工况下的变位即为测试值与 初始值的差值 塔顶偏位初始值为扣塔架设完毕后在气温恒定 无日照影响时 自由状态下的测量值 拱肋几何线形测量 拱轴线线形及位移测量分为竖直平面内线形测量和水平面内线形测量两部 分 对于拱轴线竖直平面内线形测量是利用全站仪对重点截面的高程进行测量 水平面内的线形测量主要是利用全站仪对重点截面的横向偏位进行测量 吊杆横梁及主梁几何线形测量 吊杆横梁及主梁高程测量采用全站仪和精密水准仪进行 吊杆横梁及主梁高程控制基准点设在边墩上 由大桥测量控制网的基准点 引测其高程 为防止测点位置移动或破坏 每隔一段时间对高程基准点进行复 核 吊杆横梁及主梁轴线偏位测量采用全站仪进行 根据现场架设梁段的中线标志 采用坐标法进行中轴线的空间曲线测量 具体做法是 仪器架设在一个平面基准点 后视另一个平面基准控制点 再对 准主梁中轴线某梁端中点 测试该断面平面坐标 与设计坐标进行比较 C 测试仪器 测试仪器 主梁标高测量仪器为莱卡 NA2 级自动安平水准仪 图 5 8 莱卡 NA2 级 自动安平水准仪测距精度每公里往返测误差为 0 7mm 图图 5 85 8 莱卡莱卡 NA2NA2 级自动安平水准仪级自动安平水准仪 轴线偏位测量 主拱线形 基础沉降变位及扣塔塔偏测量采用 TOPCONGTS 601A 型全站仪 图 5 9 TOPCONGTS 601A 型全站仪测角精度为 0 5 测 27 距精度为 1mm 1ppm 图图 5 95 9 TOPCONGTSTOPCONGTS 601A601A 全站仪全站仪 D 测量工况 测量工况 线形测量采用全桥通测 钢拱肋节段的几何线形测量应在拱肋拼装 扣索 调整阶段 吊杆张拉 系杆分批张拉等阶段进行 吊杆横梁及主梁节段的几何 线形测量应在梁段吊装阶段 吊杆张拉 系杆分批张拉等阶段进行 钢拱肋合龙前进行 48 小时合龙口高程 轴线 宽度连续测量 并在夜间安 排两次几何线形通测 连续观测间隔夜间为 0 5 1 小时 白天为 1 2 小时 控制施工阶段的线形测量安排在相应施工阶段结束且在日落后 3 4 小时 夏季 秋季为日落后 4 5 小时 以后至次日清晨日出前进行 5 3 3 应力测量 由于设计计算时采用的各项物理力学或时间参数和实际工程中的相应参数 值不可能完全一致 导致结构的实际应力未必能达到设计计算预期的结果 因 此有必要在施工阶段对结构控制截面进行施工应力监控测试 把应力监测的结 果与施工监测中其它项目 索力 线形等 的监测结果相结合 更全面地判断 全桥的内力状态 形成一个较好的预警机制 从而更安全可靠地保障桥梁施工 确保大桥安全 优质建成 A 测试内容 测试内容 应力测量包括拱肋 横梁和扣塔应力的监测 其中 应力测量在钢管拱拼 装阶段主要包括对钢管拱应力和扣塔应力的测量 而在主梁架设阶段主要包含 对主梁应力 扣塔应力的测量 拱肋应力测点布置 拱肋的应力测试断面及测点选择的依据是 能监控悬臂施工阶段最大计算 应力断面的应力水平 能充分反映钢管拱中纵向应力的分布规律 区分重点控 28 制断面及普通参考控制断面 避开钢管拱节段拼装时焊接收缩影响 兼顾桥梁 动静载试验对断面及测点布置的要求 能充分且必要地形成拱肋应力监测预警 系统 根据该原则 本桥钢拱肋应力测点共布置 232 个测点 测点布置见图 5 10 图 5 11 风撑及横梁应力测点布置 风撑及横梁的应力测试断面及测点选择的依据是 风撑及横梁最大计算应 力断面或特征断面 根据该原则 本桥在各跨中风撑及横梁布置 1 个断面 应力测点共布置 21 个测点 测点布置见图 5 12 图 5 13 29 321 N M L K J I H G F E D CB A 2116 17181920 图图 5 105 10 全桥应力测试断面布置示意图全桥应力测试断面布置示意图 30 表示混凝土拱肋应力测点 上游侧下游侧 下游侧上游侧 表示钢构件应力测点 图图 5 115 11 拱肋 拱肋 A A N N 断面 应力测点布置示意图断面 应力测点布置示意图 1 2 3 风撑断面应力测点布置 1 2 3 风撑断面 表示应力测点 图图 5 125 12 风撑 风撑 1 1 3 3 断面 应力测点布置示意图断面 应力测点布置示意图 31 图图 5 135 13 吊杆横梁 吊杆横梁 断面 应力测点布置示意图断面 应力测点布置示意图 4N1 4N1 4N1 2N42N4 4N1 2N5 2N4 2N4 4N1 B B 2N4 2N4 4N1 2N5 2N4 2N5 2N4 2N4 4N1 2N5 2N4 2N4 4N1 2N4 图 5 14 北岸主扣合一塔 北岸主塔应力测点布置暂参考施工单位计算结果 见下表 选取安全度 最小的杆件布置测点 粗体为拟选取杆件 32 表 5 1 主塔杆件内力 立杆 序号 杆 件 荷载 组合 受压 Smax KN 容许压 力 KN 安全 度 受拉 Smax KN 容许拉 力 KN 安全度 14N1CLB1 669 513742 05 91 6137415 00 24N1CLB2 698 313741 97 85 7137416 03 34N1CLB3 726 8