围堰监控方案

新造珠江特大桥主墩双壁钢围堰施工监控实施方案一、工程概述广州新洲至化龙快速路位于广州市东南部，起点与新港东路对接，跨越珠江后航道之官洲河河新造水道，穿越大学城、长洲岛，终点于番禺金山大道（规划广明高速公路）与广珠高速公路（化龙至坦尾段）连接。新造珠江大桥连接大学城、长洲岛和新造镇，是新化快速路的重要组成部分。珠江大桥起点桩号为K5+427.400，终点桩号为K7+407.400，全长1980m，其中引桥长1222m，斜拉主桥长758m，珠江大桥桥跨组合为6×（3×41.3）m＋2×41.3m＋（64+140+350+140+64)m＋（2×48m+40）＋2×（4×32.5）m。主线按双向六车道，设计行车速度为80km/h；主桥桥宽31米，引桥标准桥宽28.5米。主桥结构：主桥跨径布置为（64+140+350+140+64）m，主桥长758m，采用双塔单索面预应砼斜拉桥。主桥墩身采用双薄壁实心墩，主墩基础采用19根φ300cm钻孔灌注桩基础，过渡墩和辅墩均采用悬臂式盖梁配矩形实心墩，每个墩身基础采用6根φ220cm钻孔灌注桩基础。水中主墩承台施工包括22＃、23＃墩，承台为整体式承台，承台直径为29.0m，承台厚度为5.0m。主墩承台采用双壁无底钢围堰施工方案，承台施工采用C30砼，单个承台砼方量约为3300m3。新造珠江特大桥总体布置二、钢围堰概况1、围堰结构：考虑该承台为下卧式底桩承台，设计通航水位+7.464m,承台底标高为-6.300m，围堰承受的水压力较大。围堰第一、二层采用双壁空腔钢结构形式、第三层采用单壁钢结构形式。围堰面板为5mm钢板制作，所背龙骨分别为Ⅰ12型钢，围堰堰顶高度为8.5m，内径为29.4m,外径为32.05m。2、围堰竖向分层情况第一层：由刃脚（高度1.5m）以及底节（高度6.0m）组成。第一层总高度为7.5m，内外均采用5mm钢板作为面板、Ⅰ12作为竖向贴面加劲，按照1.5m高度布置水平型钢桁架形成双壁空腔钢结构。第二层：由围堰中间节组成。第二层总高度为6.0m，内外均采用5mm钢板作为面板、［8作为竖向贴面加劲，按照1.5m高度布置水平型钢桁架形成双壁空腔钢结构。第三层：由围堰顶节（高度3.0m）以及放浪段（高度1.5m）组成。第三层总高度为4.5m，仅外堰壁采用5mm钢板作为面板。均采用∠50×32×4角钢作为竖向加劲，按照1.5m高度布置水平型钢桁架形成单壁空间钢结构。主墩钢围堰结构图三、钢围堰施工监控方案编制依据1、《广州新洲至化龙快速路工程新造珠江特大桥施工图设计》；2、《广州新洲至化龙快速路工程施工总承包招标文件》；3、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）——人民交通出版社；4、《钢结构设计手册》（第二版）——中国建筑工业出版社；5、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025－86）；6、《结构力学》——人民交通出版社；7、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）；8、《公路工程质量检验评定标准》——（JTGB01-2003）；9、《路桥施工计算手册》——人民交通出版社；10、《实用土木工程手册》——人民交通出版社；11、《公路桥涵设计通用规范》——（JTGD60－2004）；12、《钢结构设计规范》——（GB50017-2003）四、施工控制的目的与意义施工监控就是通过对双壁钢围堰各施工阶段（或者称：施工工况）的内力（应力）、变形的实际测试，并将实测值与理论计算结果进行对比，来实现以下三个目的：第一、分析实测结果的真实性，判定理论计算结果的真伪（即：数据真实性评估）；第二，通过分析理论计算与实际受理之间的差异，归纳、分析、评定结构的实际承载能力（即：结构的可靠度的评估）；第三，及时建立结构的预警系统，确保双壁钢围堰在施工过程的安全性。五、施工控制的原则与方法一）控制原则施工控制的目的是要针对钢围堰设计目标状态，根据实际情况进行钢围堰的修正计算，并进行有效的施工全过程监控，确保钢围堰的使用安全性。二）误差调整理论和方法双壁钢围堰在加工、拼装、下沉以及最终封底抽水等阶段的细节较为复杂，存在较多的难题。导致影响结构实际受力与理论计算之间存在较大的差异。主要存在以下影响因素：1、结构刚度。主要包括：钢材实际弹性模量、结构实际尺寸、结构各构件的实际连接形式（构件之间的相互约束条件）；2、拼装温度。因该钢围堰为双壁圆形结构，与拱桥主拱圈合龙有所相似，所以拼装“合龙”温度的影响较大，应选择在气温较底的夜晚进行拼装“合龙”；3、焊接残余应力影响；在施工控制初期理论计算时，都取这些参数值为理想设计值。为了消除因设计参数取值的不确切所引起的施工中设计与实际的偏差，我们在施工过程中通过检测对这些参数进行识别和正确估计。对于重要的设计参数有较大的偏差时，应及时通报监控领导小组和设计方，及时协商处理，对于常规的参数误差，通过优化进行调整。具体流程如下：双壁钢围堰施工监控框图六、施工控制主要工作内容一)理论计算复核设计计算所确定的钢围堰使用状态和抽水施工阶段状态。按前期结构分析计算围堰最不利工况阶段性施工现场数据采集设计参数差异识别设计参数差异预测结构计算修正下一施工阶段预测结构变形构件应力照施工和设计所确定的施工工序，以及设计所提供的基本参数，采用MIDAS与ANSYS两种空间结构计算软件进行复核计算，并确定钢围堰各施工阶段的变形、应力分布情况。二）围堰结构垂直度、平面位置控制因该钢围堰要经过珠江水系洪水季节，施工过程中，应根据各阶段监测围堰结构的平面坐标的变动，以便作出相应、及时的调整措施，确保围堰结构安全度汛。三）堰壁变形控制围堰在各施工阶段将在外部水压力（包括静水压力、动水压力以及波浪力）、土压力的共同作用下，产生一定的变形。变形与应力是相互对应的，施工过程中应密切关心结构的变形。按照理论计算的临界变形进行变形控制可以起到结构安全预警的作用。该围堰在上述荷载作用下，主要变形是沿直径方向的收缩变形，产生“缩径”现象。通过测试控制截面环向应变，反算周长收缩量，最终推算出直径收缩值。根据实测直径收缩值与理论计算的直径收缩值对比，进行结构安全预警。四）堰壁应力控制围堰在各施工阶段将在外部水压力（包括静水压力、动水压力以及波浪力）、土压力的共同作用下，各构件以及面板将按照荷载传递的主次、先后关系，产生一定的应力。按照理论计算的构件应力与实测应力进行对比，可以有效地起到结构安全预警的作用。应力测试原理——弦振动理论。常用的振弦式应变计是利用弦振动理论来进行应变数据采集的。弦振动频率公式：TLnf2其中：n是弦的自由振动频率的阶数，n=1,2,3…T是弦的张力；ρ是弦单位长度的质量；L是有效弦长；传感器制作假定：（1）有效弦长L假定不发生变化；（2）通过改变弦的材料、截面以及约束条件，改变弦的自由振动频率的阶数，使得自由振动频率的阶数，n=1；控制截面采用长沙金码公司的JMZX-206型焊接式振弦式钢结构表面应变计（安装于钢结构表面）和JMZX-215型振弦式混凝土应变计（埋置于压舱混凝土内部）进行应力、应变测试。所有的应变计均有可靠的标定数据，并采用金码自动化综合测试系统（JMZX-256型）全天候进行数据采集、数据分析。金码自动化综合测试系统（JMZX-256型）五）外部水位观测钢围堰主要外部荷载是静水压力，而外部实际水位是表征静水压力的直接参数；而且，桥位处水位受潮汐影响较大（最大平均潮差1.6m，极端4.24m）。因此，堰内抽水施工时，同步观测外部水位显得至关重要。六）封底标高测试封底混凝土顶面是围堰计算时，假定边界条件的起始点。因此，确定封底混凝土顶面的真实标高，是从边界条件的角度修正计算模型的直接手段。七）压舱混凝土标高测试压舱混凝土不仅仅是考虑抗浮作用，而且参与围堰结构受力是本桥钢围堰的设计特点之一。在分析计算过程中，压舱混凝土按照实体单元参与受力，实体单元的大小直接影响钢围堰其他构件受力的分配。因此，在进行施工监控模型修正之前，必须探明压舱混凝土与围堰的相对标高关系。八）实际流速测试外部水流流速是产生围堰外壁动水压力的直接原因,因此根据测试时段平均流速对计算荷载进行修正,有助于更好地分析、把握外荷载的实际影响效应。七、施工控制计算分析一）计算方法采用空间软件MIDAS与ANSYS分别建立钢围堰的整体模型，设定相同的外荷载、相同的边界条件对整个结构进行复核性计算。按照施工和设计所确定的施工工序以及设计所提供的基本参数,先对施工过程进行一次正装计算,从而得到各施工状态以及最终状态下的结构堰壁变形、堰壁应力等控制数据，并与设计计算结果进行详细的对比分析，确认无误后做为钢围堰施工控制的理论依据。二）计算阶段划分计算阶段的划分参照了主墩施工工艺、施工图文件相关流程图以及相关施工细节，将22#墩钢围堰从底节整体吊装下水至堰内承台施工完成之间，划分为10个施工阶段；23#墩钢围堰从底节整体吊装下水至堰内承台施工完成之间，划分为11个施工阶段。22#墩施工阶段划分阶段号主要工作内容主要测试内容备注01底节整体拼装各传感器初始值、围堰实际直径埋设传感器02底节整体吊装应力、变形、实际直径试吊过程测试03中间节吊装、对接应力、实际直径实际直径向上传递04顶节吊装、对接应力、实际直径实际直径向上传递05围堰下沉、着床偏位、垂直度、应力、实际直径全天候、选择性测试06围堰内抽水之初应力、变形、实际直径抽水前初始值测试07围堰内抽水过程应力、变形、实际直径全天候、连续测试抽水速度≯50cm/h08高潮位观测应力、变形、实际直径选择每日高潮位、持续测试15天09较大波浪观测应力、变形、实际直径选择偶然大浪进行测试、持续5天10围堰偏位观测水平偏位围堰就位后，1次/10天洪水季节1次/3天23#墩施工阶段划分阶段号主要工作内容主要测试内容备注01底节整体拼装各传感器初始值、围堰实际直径埋设传感器02底节整体吊装应力、变形、实际直径试吊过程测试03中间节吊装、对接应力、实际直径实际直径向上传递04顶节吊装、对接应力、实际直径实际直径向上传递05围堰着床偏位、垂直度、应力、实际直径全天候、选择性测试06搭设钻孔平台应力、变形、实际直径过程测试1次/15天07围堰内抽水之初应力、变形、实际直径抽水前初始值测试08围堰内抽水过程应力、变形、实际直径全天候、连续测试抽水速度≯50cm/h09高潮位观测应力、变形、实际直径选择每日高潮位、持续测试15天10较大波浪观测应力、变形、实际直径选择偶然大浪进行测试、持续5天11围堰偏位观测水平偏位围堰就位后，1次/10天洪水季节1次/3天三）计算模型的修正本桥钢围堰的施工控制方法拟采用自适应施工控制法。所谓自适应施工控制是控制开始时，控制系统的某些设计参数与实际情况不完全相符，系统不能按设计要求得到符合实际的输出结果，但是，在系统的运行过程中，通过系统识别或参数估计模块，不断地修正设计参数，使设计输出与实际输出相符，然后对实际问题进行控制，这样就可以使实际输出达到设计要求，因此，控制系统自动地适应了实际控制问题。基于上述的施工控制思路，在本桥钢围堰施工控制的计算模型修正方面，我们主要分以下三个步骤进行施工控制工作。1、对与施工控制有关的基础资料、试验进行收集，主要包括以下几个方面(1)、封底、压舱混凝土龄期为7、14天的弹性模量试验以及按规定要求的强度实验。(2)、气象资料：晴雨、气温、风向、风速。(3)、实际工期进度安排。(4)、实际施工荷载在围堰堰壁上分布位置与数值。2、对以下设计参数进行误差分析和识别（参数敏感性分析）(1)、结构实际加工尺寸误差对围堰受力、变形的影响；(2)、结构材料非标误差对围堰受力、变形的影响；(3)、压舱混凝土性能（弹性模量、收缩等）对结构的影响；(4)、施工荷载变动对结构的影响；(5)、温度的影响；(6)、实际流速影响；(7)、实际波浪力影响；3、结合实测数据，及时进行跟踪计算，并同步修正计算模型各参数的取值。每施工一个阶段（围堰进行堰内抽水施工阶段，按照每抽水1m作为一个子施工阶段），根据反馈数据分析对计算模