铜黄高速连续刚构特大桥施工监控计划2

榆阳河大桥连续刚构桥施工监控监控方案陕西建大工程技术中心有限公司二零壹二年陆月1、工程概况榆林市东沙南延枢纽工程中的金沙路位于城市最东端，为榆林市的东边界。榆阳河大桥位于金沙南路跨越榆阳河谷地地位置，南北走向，桥梁起点桩号K2+911.30m，终点桩号K3+312.70m,桥梁全长401.40m。桥梁采用双幅桥形式，单幅桥宽18.5m,左右幅桥间空3m,桥梁面积14851.8。本次桥梁分跨为：3×40m简支转连续预应力混凝土预制箱梁+（62+110+62）m预应力混凝土连续钢构+40m简支预应力混凝土箱梁。（1）主桥上部结构主桥上部结构为62+110+62米预应力混凝土刚构-连续梁组合体系，由一个单箱单室箱形断面组成。箱梁根部高度8.3米，跨中梁高3.2米，其间梁高按1.8次抛物线变化。箱梁顶板宽16.65米，底板宽8.65米，顶板厚0.32米，底板厚由跨中0.32米按1.8次抛物线变化至根部1.0米，桥墩顶部范围内箱梁顶板厚0.5米，底板厚1.3米（1.8）米，腹板厚0.9米。单薄壁顺桥向尺寸5米的桥墩顶部箱梁内设2道横隔板单薄壁顺桥向尺寸7米（7.5米）的桥墩顶部箱梁内设3道横隔板外，跨中设置两道横隔板。桥面横坡采用不同腹板高度予以调整。主桥箱梁除墩顶块件外，各“T”箱梁均采用挂篮悬臂浇筑法施工，分18对梁段，进行对称悬臂浇筑。桥墩墩顶块件长12.0米，中孔合拢段长2.0米，边孔现浇段长3.89米，边孔合拢段长2.0米。主梁采用纵、横、竖向三向预应力体系。纵向预应力：主桥顶板束、边跨合拢束预应力钢束采用23фS15.20钢绞线，OVM15-23锚具，中跨合拢束预应力钢束采用21фS15.20钢绞线，OVM15-21锚具，中跨底板束、边跨底板束、腹板下弯预应力钢束采用19фS15.20钢绞线，OVM15-19锚具，锚下张拉控制应力σcon=1395Mpa。横向预应力：顶板采用3фS15.20钢绞线，BM-3扁锚，以50厘米间隔布置，交叉单端张拉锚固，锚下张拉控制应力σcon=1395Mpa。竖向预应力：采用JL32高强度精扎螺纹钢筋，设计张拉力560KN，腹板采用双肢布置。为方便施工，竖向预应力钢筋可用作悬臂施工时挂篮的后锚点，锚固钢筋根数可根据施工挂篮及块件自重、施工动力荷载、材料自重等因素综合考虑确定，其安全系数控制2.0以上。（2）主桥下部结构主桥2-3号桥墩采用单薄壁空心桥墩，2-3号桥墩横桥向宽8.65米，顺桥向单薄壁尺寸为7.0米、7.5米，壁厚顺桥向0.7米，横桥向0.9米。分隔墩采用单薄壁空心墩，横桥向宽8.65米，顺桥向尺寸为3.0米，壁厚0.5米。主桥墩采用直径1.8米，2.0米的钻孔灌注桩基础，分隔墩采用直径1.5米的钻（挖）孔灌注桩基础。2、施工监控的目的及意义随着我国交通事业的不断发展，急需修建更多的高墩大跨径桥梁跨越大江大河和深谷，同时预应力混凝土施工工艺的不断完善，采用挂篮悬臂浇筑节段混凝土，实现无支架而靠自身结构进行施工的先进方法，使得预应力混凝土连续刚构桥得到了更大的发展。分段悬臂浇筑法是目前国内外大跨径预应力混凝土连续刚构桥的主要施工方法。当桥梁下部结构施工完成之后，从桥墩墩顶部位浇筑箱梁零号块开始至全桥箱梁合拢，其间经历逐段立模浇筑混凝土节段，分批张拉预应力钢束，逐步至全桥合拢的较长施工过程。在这个施工过程中，对于高墩大跨径连续刚构桥，其施工阶段比较多，各个阶段的变形、内力、应力与墩高、荷载大小、混凝土收缩、徐变、预应力筋应力损失、温度、施工误差、材料特性等多种因素有关，加之各阶段混凝土加载龄期不同的相互影响，从而会造成桥梁在施工过程中的每一状态不可能与设计状态完全一致，结构的受力变形过程表现为非平衡的随机过程。大量荷载试验表明，其实测值总小于理论值，从强度角度来讲，具有安全储备，符合新建桥规范；从变形的角度来讲，实际变形小于理论变形，实际刚度大于理论刚度，如果仅用理论刚度来进行施工控制，就无法实现结构的空间设计位置。因此，为了保证施工质量，必须对梁的整个悬浇过程进行施工控制，在施工过程中对结构内力和变形不断进行监测，分析其与设计理论值间的关系，对施工过程及有关控制参数加以调整和控制，保证建成后的主梁线形及结构的受力状态符合设计期望值，结构受力尽可能处于最优状态。所以实施桥梁监控量测，及时、准确地提供施工控制数据对桥梁的施工质量有着重要的意义。同时为了保证桥梁施工安全，必须对悬浇的整个过程进行施工监控。因为桥梁所采用的施工方法均是按预定的程序进行。施工中的每一阶段，结构内力和变形是可以预计的，同时可通过监测手段得到各施工阶段结构的实际内力和变形，从而完全可以跟踪和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，就要进行检查和分析原因，这样就避免了不安全事故的发生。可以说施工监控量测是桥梁施工过程中的安全监测系统，为了确保施工安全，监控量测必不可少，尤其对造价昂贵的大跨径连续刚构桥更为重要。施工监控工作一方面是保证各个施工阶段能安全、可靠地进行；另一方面是结合测试分析和模拟计算，对施工过程中结构状态的变化进行有效的预测和控制，优化施工工序、保证工程质量。现在国内同类桥梁在建设中均进行了全面的监控工作，充分反映了桥梁施工监控的重要性和必要性。3、施工监控的基本思路和方法根据我单位施工监控的数座高墩大跨径连续刚构桥的经验，施工监控的基本思路和方法可归纳如下：（1）收集设计和施工文件，对施工全过程进行模拟计算，得出各主要阶段的变形和应力状态的数据，并作数据分析或图表文件进行存放。（2）协同设计、监理和施工单位优化预定的施工监控方案，制定实施细则，报送业主审查。（3）做好监控前的准备工作，如：材料进场、设备购置、仪器标定、传感器的安装、测试系统的调试等。（4）对施工所涉及材料的性能进行试验和测定，掌握其弹性模量、收缩、徐变及热膨胀系数的变化规律，这些工作将为施工监控中的计算过程提供可靠的经过实际修正的参数。（5）对悬灌施工的重要设备－施工挂篮进行变形分析研究和计算，并进行必要的静力荷载试验。（6）实施监测：一是对施工过程中的关键工序进行按时跟踪监测，确保关键施工工序的安全、可靠；二是阶段性状态监测，当施工到某一相对稳定的状态时，测试结构的线形、变位以及应力状态。（7）实施监控：对比施工模拟计算和阶段性监测的实测值，分析偏差原因，利用实测参数和动力特性的测试分析参数，并考虑收缩、徐变和环境作用的影响修正模拟计算值，对下一步施工的结构变形和应力状态进行预测，以确定下一阶段的调整量。监控程序如图2施工监控流程图所示。图2施工监控流程图4、施工监控4.1施工监控系统的建立桥梁施工控制的实施涉及到方方面面，所以必须事先建立完善、有效的控制系统才能达到预期的控制目标。桥梁施工控制系统的建立及其功能的确定要根据不同的工程施工实际分别考虑。一般施工控制系统都具备管理与控制的功能，施工控制系统由施工控制管理与施工现场控收集设计、施工文件混凝土试验成果、施工挂蓝参数、施工工艺、施工计划施工过程的计算模拟细化和优化施工监控方案、制定施工监控细则专家审查监测监控准备工作材料设备购置仪器设备和测试系统标定辅助设施的设计制作传感器的安装调试基准点设置监测、监控关键工序的实时跟踪监测阶段性监测控制点变形控制截面应力线型、位移应力测试温度场预应力监测结果分析偏差分析环境作用分析材料参数变异分析修正模拟计算值预测指导下一步施工制两个分系统组成。施工控制系统如图3所示。图3施工控制系统框图（1）施工控制管理分系统大跨度桥梁施工控制是一个较大的系统工程，它必须具备足够的人力、物力、财力以及先进的管理手段才能使其正常运行。桥梁施工通常要涉及到业主、设计、施工、社会监理、政府监督、施工控制等多个部门及单位，这些单位都将在施工控制中起到不同程度的作用，他们既分工负责又协同作战。本桥施工控制管理系统如图4所示。图4施工管理系统框图（2）施工现场控制分系统控制单位监督单位施工单位监理单位意见意见意见意见监督协调协调通报协调协调通报通报控制反馈○1控制指令○2监督执行控制指令控制反馈桥梁施工控制系统施工现场控制分系统施工控制分析支系统误差与实时跟踪分析支系统施工状态监测与参数识别支系统施工控制管理分系统业主设计单位施工现场控制分系统是施工控制系统的核心，它包含整个施工控制的主要分析过程，具有数据比较、结构当前状态把握、误差分析、参数识别、前进或倒退仿真分析、未来预测等功能。施工现场控制分系统由多个支系统组成。○1施工控制分析支系统该系统是指采用专业软件对结构进行施工模拟计算分析，判断当前结构状态是否与实际相符和对未来状态进行预测。○2结构状态监测与参数识别支系统结构状态监测是为控制模拟分析提供合理的基本参数。参数识别是为判断当前施工状态是否与设计值相符提供实际参数。○3误差分析与实时跟踪分析支系统施工控制中总存在误差，这些误差均将使施工偏离理想状态和控制目标。该系统主要功能是：对结构理想状态、实测状态和误差信息进行分析并做作出最佳调整方案，使结构施工实际状态与设计理想状态的差值控制在允许范围内；在计入结构参数调整修正值、结构初始状态最优估计值、结构施工误差、量测误差等信息后，通过控制模拟分析系统对结构施工状态确定出超前预测控制值。4.2施工监控的主要内容（1）基础资料试验数据的收集①混凝土龄期为3、7、14、28、90天的弹性模量试验以及按规定要求的强度实验；钢筋混凝土容重。②气候资料：晴雨、气温、风向、风速。③挂篮支点反力及其他施工荷载在桥上布置位置与数值。以上数据由相关单位提供（2）施工控制的主要内容与技术路线①主跨在施工过程中及成桥后的结构分析；②施工控制误差分析；③主跨结构设计参数识别；④结合控制的实时跟踪分析；⑤施工控制软件的简单操作说明；⑥进度计划安排；⑦有限元分析计算模型的优化；⑧墩身和箱梁施工过程中的稳定性分析；⑨挂篮设计方案安全性评估，要满足铁路部门对施工时安全的要求。（3）施工监测的主要内容与技术路线①施工挂篮静力荷载试验；②结构截面的应力监测；③砼弹模、容重的测定和收缩、徐变、热膨胀系数的确定；④高桥墩施工监测；⑤主跨结构施工监测；⑥钢绞线管道摩阻损失的测定；⑦温度监测；⑧墩身稳定性监测；⑨预应力钢筋应力监测；⑩腹板抗剪性监控。4.3施工控制结构分析计算大跨度桥梁的施工均采用分阶段逐步完成的施工方法，结构最终形成必须经历一个漫长而又复杂的施工过程，对施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析是桥梁施工控制中最基本的内容。现阶段混凝土连续刚构桥施工控制计算方法有两种：前进分析法和倒退分析法。4.3.1前进分析法又称正装计算法，是按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变形和受力分析，它能较好的模拟桥梁结构的实际施工历程，能得到桥梁结构在各个施工阶段的位移和受力状态，不仅可以用来指导桥梁设计和施工，而且为桥梁施工控制提供了依据。前进分析法的目的在于确定成桥结构的受力状态。这种计算的特点是：随着施工阶段的推进，结构形式、边界约束、荷载形式在不断的改变，前期结构将发生徐变，其几何位置也在改变，因而前一阶段状态将是本次施工阶段结构分析的基础。（1）基本原理悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续刚构桥的前进分析计算如下：①确定结构初始状态：主要包括：中跨、边跨（次边跨）的大小、桥面线形、桥墩的高度、横截面信息、材料信息、约束信息、混凝土徐变信息、施工临时荷载信息、二期恒载信息。②基础、桥墩和0号块浇筑完成：计算已浇筑部分在自重和外荷载作用下的变形和内力。③在每一个桥墩上对称地依次悬臂浇筑各个块件，直到悬臂浇筑完成，挂篮拆除。计算每一次悬臂浇筑时结构的变形和内力，每一阶段计算均依照上一阶段结束时结构变形后的几何形状为基础。④进行边跨合拢（次边跨合拢）、中跨合拢，计算这几个主要阶段结构的变形和内力。⑤桥面铺装：计算二期恒载作用下结构的变形和内力。综上所述，前进分析法具有以下几个特点：①桥梁结构在作前进分析之前，必须先制定详细的施工方案，只有按照施工方案确定施工加载顺序进行结构分析，才能得到结构的各个中间阶段