钢箱梁斜拉桥施工监控方案

斜拉桥施工监控技术方案 一概述1 1工程概况主桥全长272m 为2 136m独塔单索面混合梁斜拉桥 桥面全宽42 9m 桥面设2 的双向横坡 桥面横向布置为 1 05m管线区 2 9m人行道 15 5m行车道 4m中央分隔带 15 5m行车道 2 9m人行道 1 05m管线区 主梁采用钢箱梁与混凝土箱梁相结合的混合梁 主塔中心线顺桥向两侧28m范围采用预应力混凝土箱梁 0 块 其余部分为扁平闭口钢箱梁 钢箱梁段与混凝土梁段采用钢 混结合段连接 主桥的钢箱梁全长244m 桥梁中线处梁高3 5m 钢箱梁标准节段长12m 最大吊装重量2185KN 主塔纵桥向采 人 字型桥塔 塔全高92 615m 含塔座 桥面以上塔高72 391m 整个主塔由下塔柱 中塔柱 上塔柱及塔冠等部分组成 下塔柱为单箱三室截面 中 上塔柱为单箱单室截面 材料采用C60混凝土 斜拉索在主梁上索距为12m 塔上索距为2m 斜拉索在塔上采用冷铸锚 在主梁上采用销接耳板式锚 全桥共设16根斜拉索 1 2大桥的主要施工方法搭设栈桥 施工主墩及过渡墩桩基 承台 在支架上浇注主塔附近部分0 块 张拉纵向预应力粗钢筋及横向预应力 继续主塔施工直至主塔施工完毕 同时在过渡墩旁搭设支架 利用驳船浮运 水中吊装钢 混结合段 1 梁段 至支架 并精确定位 浇注0 块剩余部分 张拉0 块全部纵 横向预应力 完成钢 混结合段施工 利用驳船浮运 水中吊装2 梁段至支架 精确定位后完成与D型梁段的连接 拼装中跨桥面架梁吊机 浮运3 梁段到位 利用桥面吊机吊装至设计位置 与前一梁段临时连接 在合适的温度区间 调整梁段高程 精确定位后进行全截面连接 第一次张拉L01及R01斜拉索 拆除主塔旁支架 向前移动吊机 起吊4 梁段 调整梁段位置 与前一节段临时连接 精确定位后进行全截面连接 第一次张拉L02及R02斜拉索 按此步骤依次完成5 10 节段施工 在合适时间吊装12 梁段就位 在合适的温度区间 左右两跨对称起吊合拢段 11 梁段 精确定位后完成合拢段连接 拆除桥面吊机及支架 第二次调整斜拉索力 桥面铺装及其他附属设施施工 成桥试验 二施工监控依据本次监控依据以下资料 公路桥涵设计通用规范 JTGD60 2004 公路斜拉桥设计规范 试行 JTJ027 96 公路斜拉桥设计细则 JTG TD65 01 2007 公路桥梁抗风设计规范 JTG TD60 01 2004 公路桥涵钢结构木结构设计规范 JTJ025 86 铁路桥梁钢结构设计规范 TB10002 2 2005 铁路钢桥制造规范 TB10212 2009 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 公路工程质量检验评定标准 JTGF80 1 2004 三施工监控的目的由于各种因素 如材料的弹性模量 混凝土收缩徐变系数 结构自重 施工荷载 温度影响 结构分析模型误差 测量误差等 的随机影响 结构的初始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 就会影响成桥的内力和线形 施工控制的目的 就是根据实际的施工工序 以及现场获取的参数和数据 对桥跨结构进行实时误差分析和结构验算 对每一施工阶段 根据分析验算结果给出结构应力及变形等施工控制参数 分析并调整施工误差状态 建立预警体系对施工状态进行安全评价和控制 这样 才能保证结构的受力和变形始终处于安全合理的范围内 成桥后的结构内力和线形符合设计要求 根据该桥主桥结构和施工方法的特点 施工监控的工作内容主要包括以下几项 1 在钢箱梁制作时提供无应力制造线形 2 根据现场施工进度提供0 块立模标高 塔柱支撑 3 钢箱梁施工时提供钢箱梁前端定位标高 4 若干施工阶段下主梁及主塔轴线偏位及变形情况 5 提供主梁施工索力初始张拉值及每一施工阶段下悬臂前4个梁段斜拉索索力及索力变化值 6 若干施工阶段下各控制截面的应力或应变 7 若干关键工况下的塔柱水平位移 8 若干施工阶段下主墩沉降值及水平位移值 9 成桥状态各控制截面的应力 索力 塔柱水平位移 10 施工过程监控仿真计算 四施工监控目标主梁各施工控制节段标高误差 2mm主梁横桥向各对称点标高误差4mm合龙段两侧梁段允许高差 5mm斜拉索索力误差 2 索塔纵向倾斜度误差20mm索塔横向倾斜度误差10mm主梁的中心线偏差 10mm成桥竖向线形误差 20 设计基准温度 15mm 某市区政府办公楼实景 五施工监控流程及组织体系5 1施工监控阶段施工控制分为计划阶段 预制阶段 安装阶段等三个阶段 每个阶段的主要工作内容是 1 计划阶段 计算分析 工作内容1全桥施工过程模拟分析 各结构物 钢箱梁 斜拉索 钢锚箱 无应力尺寸确定 提供各节段的加工尺寸 2各施工阶段安装分析 确定各阶段理想目标线形 校核最不利状态下结构物安全 3设计参数或误差因素敏感性分析 确定主要施工误差因素 2 预制阶段 节段预制或建造 工作内容1评估和确认制造过程的可靠性和正确性 2检查和验收预制节段 分批建立误差数据库 及时更新和纠正后续节段加工尺寸 3 现场安装阶段工作内容1建立现场几何监测系统 2索塔安装过程施工控制 3边跨大块钢箱梁安装施工控制 4斜拉索及钢箱梁安装过程中施工控制 5 2施工监控组织体系 施工监控工作小组 施工监控协调小组 5 3各方分工业主1 加强现场管理 协调各成员单位的工作 2 及时召集施工监控会议 3 提供加盖各方公章的正式施工图纸 设计单位1 提供设计图纸 包括设计变更图纸 2 对监控单位提供的监控数据进行审核 使结构始终处于安全受力范围 3 讨论决定重大设计修改 4 与监控单位核对计算模型及设计参数 5 复核确认监控单位的指令 施工单位1 施工组织设计与进度安排 变更原定施工方案应及早提出并不得在原则上改变原定施工流程 2 混凝土弹性模量 容重试验 支架刚度的确定 3 桥面施工荷载调查与控制 吊机荷载等 4 完成施工常规的线形及标高 墩顶沉降观测等 5 在监控单位的技术指导下 协助完成测试元件的安装工作 并配合各项数据的采集工作 6 在施工过程中 就应力测试工作细则中的安全保护细则 对施工人员进行宣传教育 使施工人员树立对测试元件及线路的保护意识 监理单位1 认真执行监理工作 保证施工质量 2 对施工单位提供的观测数据进行复测 复核 3 提供主梁断面尺寸测量结果 4 发布控制指令 负责各方签收 汇集各方意见 统筹协调 施工监控单位1 拟定施工监控方案 2 识别设计参数误差 并进行有效预测 3 优化调整分析 4 预告梁段定位标高 索力初张拉 二次张拉值 5 复核施工方提供的主梁标高结果 索力值 塔轴线偏位值 6 应力 应变 监测 温度场监测 7 汇总所有的监测数据 8 发生重大修改及时向协调小组汇报并会同设计单位提出调整方案 9 工程竣工后三个月内提交施工监控成果报告 5 4施工监控实施流程施工监控工作是确保该桥施工质量的关键一环 这项工作的主体是监控单位 但同时也需要其他有关单位的配合与支持 在大桥主梁施工开始之前 应由监控单位提出 并经业主 设计 施工等单位的反复磋商 形成该桥施工监控实施流程 先我单位初拟大桥施工监控实施流程如下 1 在每个主梁节段施工前 由监控单位根据结构当前状态经过分析计算 提出该节段的施工控制数据建议值 包括主梁安装标高与角度 斜拉索的施工索力等 2 设计 监理 施工和监控单位对有关施工控制数据建议值进行商讨 形成最终数据 3 设计 监理 施工和监控单位的现场负责人签字确认有关施工控制数据 形成施工控制指令单 由监理单位分发给业主 施工单位和设计单位确认 4 施工单位按照通知单的控制数据进行当前节段的施工 监理单位监督执行 5 在完成当前节段施工后 施工单位将有关测量结果提交监控单位 供下一节段施工控制之用 6 以上为正常情况下每个主梁节段施工时的施工实施流程 如遇阶段性全面调整 可参照上述流程实施 7 由业主 监理 设计 施工和监控单位负责人组成的监控领导小组负责协调施工控制的实施 六施工监控的具体实施6 1计算流程6 1 1设计计算的校核施工控制首先将采用设计计算参数对施工过程进行分析 计算出控制目标的理论值 理论值由主梁理论挠度 主梁理论轴线 主梁截面理论应力 斜拉索理论索力等系列数据组成 在这一计算过程中将与设计计算进行相互校核 以确保控制的目标不与设计要求失真 其中涉及无应力线形 制造线形 以及安装线形的计算 设计成桥线形指桥梁修筑完成后所需要达到的设计线形 制造线形是主梁在制造过程中零应力状态下的线形 安装线形指桥梁在拼装过程中各新安装梁段自由端连接成的线形 注意由于新安装梁段在不断改变 因此该线形上的各点并不同时存在 从实质上讲利用安装线形作为制造线形产生矛盾的主要原因是 制造线形是无应力的线形 而架设过程中已成梁段已经受力 新梁段则基本上为无应力状态 新梁段如果要保证安装标高就无法保持与已成梁段间转角关系 从图中可以清楚地看到 安装2号梁段时 由于1号梁段已经承载并变形 2号节点标高已经不等于其安装标高了 于是2号梁段安装时其左端 2号节点 标 0 103 低于2号节点的安装标高 0 129 而右端则位于3号节点的安装标高上 0 339 此时2号节点处两个梁段端面的拼装角度 制造线形角度 显然不同于安装线形中此处的角度 这也是为什么安装线形不能够作为制造线形的原因 如果用安装线形作为制造线形 在这个阶段就存在两种可能 如果保持1 2号梁段端面的拼装角度不变 图中的方块连线 则将使得3号节点无法达到安装标高 如果保持3号节点达到安装高 则必须调整1 2号梁段端面间的角度 对悬浇的混凝土桥梁而言 调整梁段间转角比较容易 而对于悬拼结构而言 这种转角的调整将受焊缝宽度等因素的影响 其调整量是很有限的 将无法保证新节点顺利达到安装高程 6 1 2施工控制计算该桥主桥的施工控制计算分成以下两个阶段进行 第一个阶段就是计划工作阶段 这个阶段主要是考虑实际确认的施工步骤 过程 方法 临时结构等与原设计有许多的不同 所以要做更接近实际的模拟 并对张拉索力 主梁配重等进行合理的调整 最后根据本阶段的计算结果提出主梁及斜拉索无应力制造尺寸 安装预测位置等 第二个阶段是现场实时计算阶段 这个阶段的主要工作是在前一个阶段工作的基础上 跟随着施工过程的进行 根据现场的实测参数 误差分析结果等对模型进行修改 并对现场的施工目标进行必要的调整 6 1 3仿真分析计算的方法斜拉桥结构施工过程仿真计算方法主要包括倒拆分析法和正装分析法两种 通常 正装计算比较直观 简便 当施工过程中架设方案有较大改变或施工参数有较大变化时 可以方便处理 而倒拆分析法的计算稍微复杂些 但倒拆计算可以得出斜拉桥各施工阶段的斜拉索索力和主梁的架设线型等控制参数 因此在实际中也得到较多的应用 本桥的施工过程模拟计算主要采用正装分析方法进行 并采用倒拆分析计算进行校核 6 2现场测定在施工控制计算中 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 以使施工控制计算能与实际施工相符 6 2 1施工过程中的变形测试变形测量的具体内容包括主梁标高监测 索塔轴线偏位监测以及主梁轴线偏位监测等三个部分 1 主梁高程测试1 测点布置在零号块顶端埋设2 3个监测基准点 以便基准点间的互检以及某一点受到施工干扰时启用备用点 此处的桥面标高 基本上不受索塔变形 主梁施工及温度的影响 因此可确保挠度变形监测基准的稳定性 在每一个梁段前端断面线附近布设5个监测点 其中一个点布设在中腹板上 另外四个点分别对称布设在边腹板和斜腹板上方 监测点要求在钢箱梁加工时制造 高大约10mm 顶部磨圆 焊接于钢箱梁上表面并作红漆标志 主梁标高控制点布置见图6 2 1 1 2 监测周期在主梁吊机前移后 每根斜拉索张拉完毕后 测量后3个梁段和当前梁段的梁端标高 共4个梁端标高 以拉索最后一次张拉到位作为一个梁段的测量控制结果评价工况 为了消除梁段的变形积累 在3 梁段对应斜拉索张拉完毕 主梁吊机前移后 测量0 3 梁段的梁段高程 此后 保证每施工完三个梁段进行一次控制工况的线形通测 3 监测仪器精密水准仪 铟瓦尺 图6 2 1 1标准钢截面主梁标高监测点布置示意 2 主塔轴线偏位测试1 测点布置在中塔柱的三号块 上塔柱的一号块 塔顶位置纵向中轴线处各设置1个测点 测点采用小棱镜 具体见图6 2 1 2 图6 2 1 2主塔变形和高程观测点 2 监测周期索塔偏位测量在吊机前移及所有拉索张拉工况以及二次调索前后以及二期恒载施工前后进行 以拉索最后一次张拉到位作为一个梁段的测量控制结果评价工况 3 监测仪器全站仪及其配套棱镜 3 主梁轴线测试1 测点布置在每个已施工梁段上各布设1个 具体位置为每个梁段前端断面线后退10 15cm的桥中线处 可结合主梁标高监测点一起布置 监测点要求采用圆端头 直径20的钢筋 与高程测点区分 作为测点 在钢箱梁加工时制造 顶部磨圆 焊接于钢箱梁上表面并作红漆标志 见图6 2 1 3所示 图6 2 1 3主梁轴线测点断面布置图 2 监测周期主梁偏位每隔三个节段观测一次 3 监测方法采用全站仪进行坐标测定来监测 每次在架设完一段主梁后进行测点布设 布点完成后 及时读取初值 以后每施工完四节段后 进行轴线测点测量 4 监测仪器全站仪及配套的棱镜 4 墩顶沉降及偏位观测主墩沉降观测点布置在主墩及辅助墩顶面 埋设6个不锈钢圆头短钢筋 沿着承台横桥向每边布置3个点 主墩承台偏位观测点布置于下塔柱上 具体高度根据现场勘查取定 在此处布设一个棱镜 这样可以方便全站仪从岸上进行观测 辅助墩沉降及水平位移观测点布置类似主墩 具体布置情况见图3 1 4 4 图3 1 4 7所示 监测周期为1个月 图6 2 1 4主墩承台沉降观测点 图6 2 1 5主墩承台水平位移观测点 图6 2 1 6辅助墩承台沉降观测点 图6 2 1 7主墩承台水平位移观测点 5 永久测控网设置监控小组将根据现场实际情况 在合适的位置建立永久测控网 建立两个永久基准点 并作为长期监控观测点 其中一个用于复核 这两个基准点必须根据国家坐标系来已知他们的坐标值 用作于永久观测和主梁 主塔轴线测量的基准点 6 2 2施工过程中的应力测试 1 主塔应力测试1 主塔应力测点布设主塔应力测试断面应布置在塔底 2个断面 主塔塔梁固结处 2个断面 主塔中塔柱交点处 2个断面 拉索锚固区底部中部顶部 3个断面 共11个主塔应力测试断面 见图6 2 2 1和图6 2 2 2所示 每个测试断面设置4测点 共44个测点 见图6 2 2 3所示 拉索区断面 I I J J K K 测点应设计院要求 为了观察环向预应力效果 采用水平布置 具体情况见图6 2 2 3 非拉索区断面测点采用竖向布置 具体情况见图6 2 2 4 其中塔底 A A B B断面 及塔梁固结处 C C D D断面 已经施工完毕 故采用振弦表面式传感器 并要求施工单位妥善保护 增加耐久性 其余断面采用埋入式传感器 2 索塔应力测量周期和测试时间索塔应力测量在架梁阶段每隔3个梁段测试一次 应力及监测结果应在测试断面浇筑30天后开始提供 3 监测仪器澳大利亚Datataker公司生产的钢弦应变自动测试仪DT615 80通道 加拿大Roctest公司生产的Roctest手持式钢弦应变自动测试仪 单点 南京南瑞公司生产的钢弦应变自动测试仪 16点 图6 2 2 1主塔应力测试断面侧视图 图6 2 2 2主塔应力测试断面正视图 图6 2 2 3拉索区主塔应力测点示意图 图6 2 2 4非拉索区主塔应力测点示意图 2 主梁应力测试1 主梁应力测点布设主梁的塔墩固结处两个测试断面 1 1断面及2 2断面 混凝土箱梁和钢箱梁结合处两个测试断面 3 3断面及4 4断面 主跨四分点处 5 5截面 主跨跨中2个截面 6 6 7 7截面 具体应力测试断面布置如图6 2 2 5所示 其中位于0 块上的断面有1 1截面 2 2截面 对称于桥梁桥梁中心线 各断面测点具体布置见图6 2 2 6 10所示 图6 2 2 5主梁应力测量断面 一般主梁截面应力测试点布置 4 4 7 7断面 图6 2 2 6一般主梁应力测试点布置 图6 2 2 7断面3 3主梁应力测试点布置 13 16 为横向测点 钢混结合断3 3断面 0 块1 1断面纵向及横向位置布点情况 图6 2 2 8横向断面位置示意图 图6 2 2 9断面1 1与3 3纵向位置示意图 图6 2 2 10断面2 2与4 4纵向位置示意图 2 主梁应力测量周期和测试时间主梁应力测量应保证在吊机前移及所有拉索张拉工况进行 以拉索最后一次张拉到位作为一个梁段的测量控制结果评价工况 3 监测仪器澳大利亚Datataker公司生产的钢弦应变自动测试仪DT615 80通道 加拿大Roctest公司生产的Roctest手持式钢弦应变自动测试仪 单点 南京南瑞公司生产的钢弦应变自动测试仪 16点 6 2 3施工过程中的温度测试 1 主梁温度测试布点布置该桥主桥主梁截面温度测试控制截面共有二个 号断面与应力测试位置的1 1断面为同一位置 号断面与应力测试位置的6 6断面为同一位置 温度测试采用热电偶温度传感器测试 具体布置情况见图6 2 3 1 3所示 图6 2 3 1主梁温度测试断面分布图 图6 2 3 2钢主梁温度测试断面测点布置图 1个断面共10个测点 图6 2 3 3混凝土主梁温度测试断面测点布置图 1个断面共10个测点 2 主塔温度测试点布置该桥主桥索塔截面温度测试控制截面共有3个 温度测试采用热电偶温度传感器测试 具体布置情况见图6 2 3 4 图6 2 3 4索塔截面温度传感器布置情况 3个截面共12个测试点 3 斜拉索温度测试在主塔附近布置一个斜拉索温度测点 主梁施工过程中每个梁段测量一次 4 监测周期和时间在主梁施工到中长悬臂段时 即拼装施工完 传感器布置断面时 选择一个天气较好 昼夜温差较大的时间 完成一个24小时温度场测试 同时检测主梁 主塔 主墩的应力以及主梁挠度变化和主塔偏位 全面了解温度对桥梁结构的影响 5 监测仪器澳大利亚Datataker公司生产的钢弦应变自动测试仪DT615 90通道 环境温度测试用水银温度计 6 2 4施工过程中的索力测量斜拉桥索力测试的准确与否直接关系到斜拉桥施工控制的顺利实施 在工程实际中 常用的索力测定方法有压力表测定法 压力传感器测定法以及频率法 该桥主桥的斜拉索10 2根索 采用压力传感器测定法作为对比 初选万顷沙测的第一根和第四根索的近塔端 其余采用间接法 频率法进行 图6 2 4 1斜拉索压力传感器布置情况 频率法测索力分3步进行 在环境激励下利用加速度传感器拾取斜拉索的随机振动信号 然后通过频域分析获取斜拉索的频谱图 据此识别出斜拉索的各阶振动固有频率 通过理论分析 解析法与有限元法 与现场标定 获取斜拉索索力与振动固有频率之间的对应关系 把实测频率代入上述关系中 得到实测索力 可见 频率法测索力是一种间接方法 频率法的精度取决于高灵敏度拾振技术以及准确的索力