跨320监控方案2

沪昆高速铁路跨320国道特大桥（60+100+60）m连续梁施工监控方案中南大学土木建筑学院2011年1月8日中南大学土建学院沪昆高速铁路跨320国道特大桥（60+100+60）m连续梁施工监测、监控方案2沪昆高速铁路跨320国道特大桥（60+100+60）m连续梁施工监测、监控方案一、概述跨320国道60+100+60m连续梁桥是新建铁路沪昆高速铁路上的连续梁桥，该桥跨径组合为60+100+60m。图1桥梁概图1.结构形式：梁体为单箱单室，变高度，变截面结构，箱梁顶宽12.0m，箱梁底宽6.7m。顶板厚度除梁端附近外均为40cm，底板厚度40至120cm，按直线线形变化，腹板后60至80,80至100cm，按折线变化。全联在端支点，中跨跨中及中支点处共设5个横隔板。防护墙内侧净宽8.8m，桥上人行道钢栏杆内侧净宽11.9m，桥梁宽12m，桥梁建筑总宽12.28m。梁全长221.5m，计算跨度为60+100+60m，中支点处梁高7.85m，跨中10m直线段及边跨15.75m直线段梁高为4.85m，梁底下缘按二次抛物线变化，边支座中心线至梁端0.75m。2.主要技术标准1)设计速度：设计350km/h。2)线路情况：双线，直线，正线线间距为5.0m，3)设计使用年限：正常使用条件下梁体结构设计使用寿命为100年。4)施工方法：桥位悬臂灌筑施工。5)地震烈度：本结构使用与设防烈度八度及以下地区。中南大学土建学院沪昆高速铁路跨320国道特大桥（60+100+60）m连续梁施工监测、监控方案33.主要设计荷载1）结构构件自重：按《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）采用。2）附属设施重（二期横载）：包括钢轨、扣件，道砟板、砂浆垫层、混凝土基座等线路设备重，以及防水层、保护层、人行道栏杆或声屏障、遮板，防护墙、接触网支柱、电缆槽盖板及竖墙等附属设施重量。二期恒载布置按照150KN/m计。3）基础不均匀沉降：相邻两支点不均匀沉降不大于0.02m。4）活载：列车竖向活载纵向计算采用ZK标准活载，列车竖向活载桥面横向计算采用ZK特种活载。5）附加力：风力按照《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005)计算，温度荷载按照《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》计算，设计合龙温度取桥位处最低和最高月平均温度平均值，均匀温差按照升降温20度，日照温差按顶板升温5度计算6）列车脱轨荷载：根据《新建时速300-350公里客运专线铁路设计暂行规定》7）施工荷载：施工挂蓝、机具、人群等按800kN计；当采用的施工荷载大于设计荷载或本设计验算荷载时，施工方应结合具体运架梁方式对运输假设荷载重新进行检算。8）地震力：按《铁路工程抗震设计规范》规定计算。4.主要材料1）混凝土：梁体混凝土强度等级为C50，封锚采用强度等级为C50的干硬性补偿收缩混凝土。2）纵向预应力体系：预应力筋采用1X7-15.2-1860-GB/T5224-2003预应力钢绞线，锚固体系采用自锚式拉丝体系，锚具应符合《铁路工程预应力筋夹片式锚具、夹具和连接器技术条件》，张拉采用与之配套的机具设备，管道采用镀金金属波纹管成孔，金属波纹管应符合《预应力混凝土用金属波纹管》要求。合拢段处预应力筋金属波纹管采用增强中南大学土建学院沪昆高速铁路跨320国道特大桥（60+100+60）m连续梁施工监测、监控方案4型，其他可采用标准型。3）普通钢筋：Q235钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》，HRB335钢筋应符合《钢筋混凝土用钢第二部分：热轧带肋钢筋》。中南大学土建学院沪昆高速铁路跨320国道特大桥（60+100+60）m连续梁施工监测、监控方案5二、桥梁的施工监控在整个跨320国道60+100+60m连续梁桥的施工中，上部结构的监控是控制工程的关键部分。为确保桥梁施工质量和安全，中南大学土木建筑学院拟对跨320国道60+100+60m变高度箱型截面预应力砼主跨上部结构进行施工监控，以保证施工阶段的安全、可靠，使施工过程中结构线型、变位以及合拢时符合规范要求。同时结合测试分析和模拟计算，对施工过程结构状态的变化进行有效的预测和控制，优化施工工序，提高施工工艺水平。在桥梁施工过程中，结构的形状不断发生变化，有些变化量受构件制造、安装精度、材料参数变异性（弹模、收缩和徐变等）以及环境（温度、湿度、风荷载）的影响，还需通过现场对施工过程中各物理量实时的监测，将监测的数据或参数反馈到仿真计算中，对建立的模型中的物理量进行修正，以保证仿真计算的结果更接近桥梁的实际工作状况。监测、监控是桥梁施工安全的有利保障，它对指导施工和保证施工安全真正起到信息化施工的作用，以配合建设、设计、监理和施工单位顺利完成本桥建设。另外，施工监测可以为桥梁设计、施工提供第一手资料和科学数据，积累经验，以便今后改进类似桥梁的设计和施工工艺；其结果还可以作为桥梁运营前初始状态的永久技术档案，是若干年后评估桥梁状态的重要依据。目前桥梁工程的施工状态的监控已逐步引起工程界的重视。实践证明施工阶段的位移状态是十分复杂多变的，理论计算很难，而且也不可能完全反映实际工程的施工状态，因此施工监控是十分必要的，它已成为施工过程中科学管理，保证施工质量的重要环节。本桥采用悬臂施工法，在边跨和中跨合拢时存在体系转换和合拢偏差等问题。由于采用多段施工，必须控制每个施工阶段的竖向变形及应力，以保证桥梁顺利合拢，因此有必要进行施工监控。施工监控的总目标是确保结构在施工中的变形与应力控制在允许范围内。控制手段是在施工过程中以结构的受力、变形和稳定分析为基础，通过理论计算与实测值的比较和误差分析来对结构状态甚至施工工艺和方案进行必要的调整，使结构状态处于预想的控制之中。中南大学土建学院沪昆高速铁路跨320国道特大桥（60+100+60）m连续梁施工监测、监控方案6三、监测、监控阶段的划分根据大桥的施工工序，施工监测、监控阶段准备完成以下工作：1、挂篮安装完成后，施工单位进行挂篮试验，并分析得出挂篮的弹性变形量；2、根据施工方提出的挂篮弹性压缩变形量和我方对主梁模拟计算的预拱度结果提出待施工节段的立模标高初步结果；3、在节段底模立模完成后对底模进行复测；4、施工方在混凝土浇筑后、预应力钢束张拉前、后和挂篮移动前后各个阶段队每个节段的不同工况下各个测点的挠度进行检测。节段施工完成后，监控方按照设计高程结合模型计算结果，通过对前节段施工监测结果分析，进行修正后提出下节段立模标高。5、重复2～4的监控步骤，直到13号节段施工完成；6、在边跨支架安装后施工单位对支架做预压试验进行沉降监测，并分析得出支架弹性压缩变形量。我方进行计算分析后提出15号节段立模标高。7、在14号节段浇筑前，进行合拢前测量。8、合拢后对成桥线形进行测量。说明：在施工过程中，监控检测阶段的划分要依据实际施工顺序进行调整。中南大学土建学院沪昆高速铁路跨320国道特大桥（60+100+60）m连续梁施工监测、监控方案7四、监测项目及主要测试内容1、应力监测（1）监测方法为了达到既能很好地描述梁体的受力状态又能满足经济实用的目的，采用在梁体内预埋钢筋计的方法进行应力测量，钢筋计读数稳定，测得数据可靠，这一点在多座桥梁监测和试验中得到了充分的证明。另外，为消除温度的影响，制作温度补偿块进行数据修正。钢筋应变计测出的数据为应变值，通过理论计算将测得的应变转换成应力值。另一方面，通过将实际监测值和理论值比较，来判断施工的质量，并对施工过程进行控制。（2）测点布置本着既经济又能达到监测目的的原则，监测断面选在应力变化情况较为明显的支点截面、主跨1/4跨截面和边跨1/2跨截面，为避免墩梁固接处受力复杂的影响，支点截面布置在1号块上，纵桥向应力测试截面布置如下图所示。中南大学土建学院沪昆高速铁路跨320国道特大桥（60+100+60）m连续梁施工监测、监控方案8应力测点纵桥向布置图在支点截面处，各应力测试截面在顶板和底板上各布置两个应力测点；在主跨1/4跨截面和边跨1/2跨截面处，应力测试截面在顶板和底板处各布置一个应力测点，且顶板和底板处应力测点处于截面同一侧。各截面测点布置如下图所示。支点截面应力测点布置图主跨1/4跨截面和边跨1/2跨截面处截面应力测点布置图2、竖向变形监测（1）成因分析悬臂箱梁在施工过程中，由于箱梁下部没有竖向支撑，悬臂在合拢前依靠预应力的作用维持悬臂梁段和施工挂篮的平衡，处于一种相对的稳定状态。随着箱梁的不断施工，悬臂长度不断增加，悬臂上的荷载愈来愈大，在重力的作用下，悬臂箱梁不可避免地存在下挠变形；而每施工一段箱梁，就要进行预应力的张拉，随着张拉力的增大，会使箱梁出现上挠变形；张拉后，把悬臂两端的施工挂篮各中南大学土建学院沪昆高速铁路跨320国道特大桥（60+100+60）m连续梁施工监测、监控方案9自前移而进入下一段箱梁施工的位置，由于挂篮重量和悬臂长度的作用，使得悬臂箱梁又有了新的下挠变形；另外由于跨度大、悬臂长，白天在太阳的照射和温度的作用下，箱梁的顶底面形成温差，顶面温度高，混凝土膨胀，相对而言，底面温度低，混凝土收缩，从而使悬臂箱梁有了下挠的趋势，到晚上，箱梁顶底面散热很快，温度迅速下降，而箱梁内由于空气不流通，散热慢，温度相对较高，从而形成箱内和箱外气温差，箱内混凝土膨胀，而箱外混凝土收缩，从而使悬臂箱梁又有了上挠变形的趋势；即使是悬臂合拢后还要在箱梁顶面铺装桥面混凝土和铺装层，由于二次荷载的作用和悬臂箱梁混凝土的收缩徐变，整个悬臂箱梁仍有下挠的趋势，由此可见，大跨度预应力连续梁桥在上部构造施工过程中，在上述各种因素作用下，悬臂箱梁处于不断的变形中。（2）监测的必要性悬臂箱梁施工过程中，挠度变形是主要的，及时高精度测量施工过程中各个工况下悬臂箱梁挠度变形的大小和规律，对指导施工和保证施工悬臂的高精度合拢是至关重要的。众所周知：悬臂箱梁的施工标高＝设计成桥标高＋预拱度＋挂篮变形。上式中的预拱度是设计者根据悬臂长度、钢筋混凝土的力学性质、张拉力的大小以及同类桥型实测挠度等因素，采用一些经验参数和各种假设条件下的数学模型计算出来的，由于参数的选择不准确和计算模型的误差，使得计算结果不可避免地存在误差，此外由于施工过程中出现的误差，如箱梁混凝土块重误差、配筋误差、预应力管道位置误差、张拉力误差、测量放样误差以及挂篮多次使用后的非弹性变形和其他未顾及因素的影响，都有可能使实际施工悬臂的力学性质发生变化，从而出现与设计计算不相吻合的挠度变形，在这种情况下，若继续使用原设计数据进行施工，有可能使已施工的悬臂线形与设计线形偏差较大，造成合拢困难而影响成桥质量，因此高精度及时测量悬臂箱梁的挠度变形，在大跨度连续刚构桥施工中占有十分重要的地位，当实测挠度与计算挠度相差较大时，应以实测挠度计算施工标高，从而实时地指导施工，以确保施工的悬臂高精度自然合拢，并保证成桥线形最大限度地接近设计线形。（3）监测方法主要是监测桥梁的竖向挠度变形。悬臂箱梁的挠度变形监测，主要是用高精水准仪和铟钢尺，采取高精密水准测量的方法，周期性地对预埋在悬臂中每一块中南大学土建学院沪昆高速铁路跨320国道特大桥（60+100+60）m连续梁施工监测、监控方案10箱梁上的监测点进行监测，则不同工况下同一监测点标高的变化（差值），就代表了该块箱梁在这一施工过程中的挠度变化。上述这种挠度变形观测的相对基准点，设置在两个墩位零号块的位置上，必须确保基准点高程的准确性。（4）测点布置为监测悬臂梁中的每一块箱梁在施工过程中的挠度变形情况，在每一块箱梁前端顶面设置三个挠度测点，挠度测点在设置时应用铜钉或伸出桥面的钢筋头，以保证测量精度。既可以通过两个点的挠度比较，观察该块箱梁有无出现横向扭转，又可以进行同一块箱梁上两个观测点的比较和相互验证，以确保各块箱梁挠度观测的结果的准确无误，测点布置如图2所示。在对每个测点进行测量时，要测量出铜钉或钢筋头顶端的绝对高程H1，铜钉或钢筋头露出桥面高度H2以及箱梁的高度H3（如图3所示），则底板的绝对高程H=H1–H2–H3（对于每个测点，H1、H2、