河北五跨预应力混凝土连续刚构桥施工监控细则133页.docx

1、河北五跨预应力混凝土连续刚构桥施工监控细则133页第一章 工程概况xx高速公路横贯xx山区，向东通过xx高速公路连接xx港，并经由xx、xx高速连接首都北京以及天津等沿海口岸，向西通过山西xx（xxxx）高速公路与山西高速公路网连接。xx2号特大桥位于xx高速主线靠近xx边界跨越xx，主桥采用五跨预应力混凝土连续刚构桥，引桥采用5跨一联跨径40m的装配式预应力混凝土T形连续梁桥，桥跨全长540m+（70+3127+70）m+（540m）2，大桥桥面上、下行双向四车道，设计车速80Km/h，设计荷载公路-I级，桥梁宽度单幅13.25m，双幅27m。主桥上部结构主梁采用（70+3127+70）m预

2、应力混凝土连续刚构桥，边中跨比为0.551。主梁为单箱单室预应力混凝土直腹板箱形梁，主梁根部梁高7.3m跨中部梁高3m，箱梁高度按1.8次抛物线变化，箱梁顶板宽13.25m，底板宽7m，翼缘板悬臂长度3.125m，桥面横坡4，由腹板高度调整；箱梁顶板厚度除0块部分为0.45m外，其余梁段为0.3m，箱梁底板厚度从跨中的0.32m按1.8次抛物线变化到箱梁根部的0.85m，箱梁腹板厚度在0块部分为0.95m，28梁段为0.7m，1118梁段为0.45m，910梁段为腹板变化段，箱梁0块部分设置两道横隔板，每道横隔板厚度为0.7m，端横梁厚150cm。主梁梁段划分：2m（跨行中合拢段）74m53.

3、5m+43m+2m（1块）+6m（0块）。引桥上部采用5孔一联跨径40m装配式预应力混凝土T形连续梁桥，桥面横坡4，由墩顶横坡形成。主桥下部结构桥墩采用变截面矩形空心墩，主墩承台采用整体式桩基础采用250cm嵌岩桩，过渡墩采用变截面矩形空心墩，桩基采用200cm嵌岩桩。引桥下部结构桥墩根据墩高的不同分别采用变截面矩形空心墩、等截面矩形空心墩及柱式墩，桩基根据墩身的不同分别采用200cm和220cm嵌岩桩。首先完成主、引桥桩基的施工，然后依次进行承台和墩身的施工，墩身施工可以根据具体情况采用爬模或翻模施工；在完成主桥主墩施工后，采用托架施工主梁0、1号块，随后进行主梁悬臂浇筑施工，张拉相应节段的

4、主梁预应力钢束，同时进行各种预埋件的施工，由于高墩的原因，主梁边跨现浇段的施工宜采用配重托架或挂梁来施工；主梁合拢顺序由边跨向次边跨及中跨依次进行，全桥合拢后进行桥面系的施工。引桥上部均采用40m装配式预应力混凝土T形连续体系，可选择合适场地进行梁体的集中预制，完成引桥的下部构造后，可采用架桥机进行主梁的逐孔架设，然后依次施工现浇横梁、张拉墩顶连续预应力钢束，进行简支变连续的体系转换，完成上述施工工序后，进行桥面系的施工第二章 施工监控的依据1 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）；3 xx至xx高速公路两阶

5、段施工图设计。第三章 施工监控的目的与意义预应力混凝土连续刚构桥的施工过程比较复杂，不仅要经历悬臂浇筑箱梁段的过程，还要经历边、中跨合龙等体系转换的过程，而且桥梁施工周期往往较长，桥梁在施工过程中也容易受环境影响，因此，在整个施工过程中主梁标高和内力都是不断变化的。虽然通过各种施工计算分析方法可以得到各阶段的理想标高和内力值，但是，理论计算是建立在一系列理想化假定的基础上的，而实际上自开工到竣工整个为实现设计目标而必须经历的过程中，结构将受到许许多多确定和不确定因素（误差）的影响，包括设计计算模型、材料性能、施工误差、施工临时荷载、预应力损失、收缩徐变以及温度等诸多因素，这些因素在理想状态与实

6、际状态之间存在的差异，可能导致合龙困难、成桥线型与内力状态偏离设计要求，从而给桥梁施工安全、主梁线形、结构可靠性、行车条件和经济性等方面带来不同程度的不利影响。因此，在整个施工过程中，必须实施有效的施工控制，通过实时监测、识别、调整（纠偏）、预测等措施来保证设计目标的实现。从某种意义上讲，施工控制成了大跨径桥梁修建必不可少的保证措施。桥梁施工阶段的控制是一项系统工程，主要包括二部分：一部分是数据采集系统，即监测；另一部分是数据分析处理系统，即监控。施工监测是利用事先在主梁各控制截面埋设多种性能各异的测试仪器，按施工方案的工况和工序测得大量数据。根据预应力混凝土连续刚构桥悬臂浇注施工流程和其受力

7、特点，xx2号大桥施工监测主要包括以下内容：1 施工挂篮及托架静力荷载试验监测；2 现浇支架静力荷载试验监测；3 预应力管道摩阻损失测定试验；4 主跨施工的监测：梁体变形观测；梁体应力观测；梁体温度观测5 主桥墩施工的监测：承台沉降观测、桥墩标高监测、位移及倾斜度检测；墩身温度观测；墩身截面应力观测；空心薄壁高墩的稳定性计算；预应力混凝土连续刚构桥的施工监控则是利用高效计算机程序，对数据进行分析处理；与原设计进行比较和误差分析，并确定和指导下一个阶段的施工参数；预报施工中可能出现的不利状况及提出避免措施，即施工预警。通过施工监测与监控的有机结合，调整控制桥梁的线形，尽可能使桥跨结构的线形接近或

8、达到设计预期值，保证全桥主要控制截面应力值在整个施工过程中处于安全范围内，确保桥梁施工安全和正常运营。第四章 监控组织机构及监控管理监测、监控是一项集测试、计算、分析、决策于一体的智能行为，必须要有完善的组织上的保证。考虑到本桥施工工艺的难度和复杂性，我院将针对本项目成立院内专家顾问组，由专家顾问组组长负责监测监控专家顾问组会议的招集，对施工监测监控重大技术问题提供建议，以指导监控项目组完成施工控制工作。除上述监测监控组织机构的保证之外，在监测监控项目组下设应力测量小组、温度测量小组和变形测量小组，并成立监控计算与分析小组，以负责施工控制中监测数据分析和施工过程跟踪计算等具体技术问题。图4-1

9、 监控组织机构及其工作关系第五章 监控计算与分析5.1 控制原则桥梁施工监控是一个施工 量测 识别 修正 预告 施工的循环过程。施工控制最重要的目的是关注施工中结构的受力安全，具体表现为：变形控制在允许范围内，并保证其有足够的强度和稳定性。本桥施工监控的原则是稳定性、内力和变形控制综合考虑。在施工中采取如下的控制策略：主梁控制截面应力和挠度应在施工过程中实时监测并反馈，整个施工过程中以主梁标高和应力作为主要控制指标。标高主要控制线形，确保最终成桥线形和设计线形相一致；应力主要通过定期监测与分析，及时发现施工中可能存在的异常情况，及时预警，保障施工安全。在施工中，如发现全桥应力接近或超出安全控制

10、指标或主梁线形误差偏大，应暂停施工，查明原因，及时纠正，以尽可能使两者均满足要求。5.2 控制方法当预应力混凝土连续刚构桥在施工过程中，出现施工状态偏离理想的设计状态时，如不加以调整，就会造成结构的线形远远偏离设计成桥状态，甚至危及安全。对于预应力混凝土连续刚构桥，其施工精度保证相对较低，且设计计算中所采用的各项参数与现场材料的参数存在一定的差距，因此预应力混凝土连续刚构桥的施工控制难度相对较大。预应力混凝土连续刚构桥每个施工工况的变位达不到设计理想施工状态的主要原因在于：由于设计构件截面尺寸、预应力筋张拉力、材料弹性模量、容重、收缩系数和徐变系数等计算参数往往与施工中实际情况有一定的差距；此

11、外环境温度、临时荷载、施工误差等等也常常影响结构实际变位偏离设计理想状态。上述影响因素中立模标高、构件超重和预应力筋张拉力误差影响最大，而温度影响亦不容忽视。目前，桥梁的施工控制方法主要可以归纳为三类：开环控制、反馈控制和自适应控制。根据本监控项目的实际情况选用目前应用较为广泛的自适应控制方法，其基本原理在于：通过施工过程的反馈测量数据不断更正用于施工控制的跟踪分析程序的相关参数，使计算分析程序适应实际施工过程，当计算分析程序能够较准确地反映实际施工过程后，以计算分析程序指导以后的施工过程。由于经过自适应过程，计算程序已经与实际施工过程比较吻合，因而可以达到线形控制的目的。其基本步骤如下：1

12、首先以设计的成桥状态为目标，按照设计参数建立有限元模型进行计算，以确定每一施工步骤应达到的分目标，并建立施工过程跟踪分析程序；2 根据上述分目标开始施工，并测量实际结构的变形等数据；3 根据实际测量的数据分析和调整各统计参数，以调整后的参数重新确定以后各施工步骤的分目标，建立新的跟踪分析程序；4 反复上述过程即可使跟踪分析程序的计算与实际施工相吻合，各分目标也成为可实现的目标，进而利用跟踪分析程序来指导以后的施工过程和必要的调整与控制。预应力混凝土连续刚构桥的施工控制通过施工中主梁标高及截面尺寸和弹性模量等数据采集，在对所得到的数据进行误差分析后，不断修正设计参数，使标高的计算值与实测值之差不

13、断缩小，从而使计算程序把握住目前的施工过程，进而预估将来的施工状况，达到施工控制的目的。图5-1 施工过程控制框图5.3 调控手段在预应力混凝土连续刚构桥的施工过程中，首先应注意立模标高误差；其次应注意主梁的混凝土截面尺寸误差及施工、测量时的环境温度影响。此几项为连续梁桥施工误差产生的主要原因。当然，在施工过程中，误差的产生是不可避免的。当主梁的线形误差每工况能控制在精度范围之内，则不必调整。当这种误差超出控制精度范围或各工况的累积误差已不允许时，则必须进行调整。调整时，以立模标高为主要调整手段，以主梁高程为主要控制目标。此外，由于连续刚构桥和拱桥、斜拉桥等的施工控制不同，它不可以通过索力来调

14、整主梁的线形，只能通过调整施工中下一梁段的立模标高来进行调整，而立模标高的调整是有限的，否则主梁就可能出现折线线形，并有可能改变结构受力，影响结构安全。因此，要确保连连续刚构桥成桥线形和设计线形相一致，需要对主要设计计算参数根据现场实测和计算识别进行调整，以尽可能保证每一梁段的理论计算立模标高尽可能精确、符合实际。在中跨合龙前，应进行一昼夜的连续观测，确定昼夜温度场变化及合龙口高程差和绝对高程与温度变化之间的关系，以选择恰当的合龙时间。如合龙两端高程差较大，但仍在设计允许范围内时，可视情况采用适当压重的方式来平顺线形和改善受力情况，防止合龙梁段出现施工裂缝；如合龙两端高程已超过设计允许范围，则

15、应召开专家顾问组会议，并对合龙施工方案作重大调整。第六章 施工控制结构分析大跨径预应力混凝土连续刚构桥的施工采用分阶段逐步完成的悬臂施工方法，结构的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进行详细的变形计算和受力分析，是施工控制中最基本的内容之一。为了达到施工控制的目的，首先必须通过施工控制计算来确定桥梁结构施工过程中每个阶段在受力和变形方面的理想状态（施工阶段理想状态），以此为依据来控制施工过程中每个阶段的结构行为，使其最终成桥线形及受力状态满足设计要求。6.1 施工控制计算的一般原则预应力混凝土连续刚构桥的施工控制计算除了必须满足与实际施工方法相符合的基本要求外，还

16、要考虑诸多相关的其他因素。1 施工方案由于预应力混凝土连续刚构桥的内力分布与施工方法和架设程序密切相关，施工控制计算前应首先对施工方法和架设程序作一番较为深入的研究，并对主梁架设期间的施工荷载给出一个较为精确的数值。2 计算图式预应力混凝土连续刚构桥在施工过程中结构体系不断地发生变化，因此在各个施工阶段应根据符合实际状况的结构体系和荷载状况选择正确的计算图式进行分析、计算。3 结构分析程序对预应力混凝土连续刚构桥的施工控制而言，采用平面结构分析方法一般可以满足实际施工控制的需要。4 非线性影响非线性对中小跨径连续梁桥的影响可以忽略不计，但对大跨径则有必要考虑非线性的影响。本桥施工控制计算将考虑

17、非线性的影响。5 预加应力影响预加应力直接影响结构的受力和变形，施工控制中将在设计要求的基础上充分考虑预应力的实际施加程度。6 砼收缩、徐变的影响在施工控制计算时，计入砼收缩、徐变对变形的影响。7 温度温度对结构的影响是复杂的，通常的做法是对季节性温差在计算中予以考虑，对日照温差则在观测中采取一些措施予以消除，减小其影响。8 施工进度施工计算将按实际的施工进度以及确切的预计合龙时间分别考虑各个部分的砼收缩、徐变变形。6.2 施工控制的结构计算方法对于分节段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续刚构桥，施工控制结构计算方法可采用前进分析法。为了计算出桥梁结构在成桥后的受力状态，只有根据实际结构的配筋情况

18、和既定施工方案逐个阶段地进行计算，最终才能得到成桥结构的受力状态和变形情况。这种按施工阶段前后次序进行的结构分析方法称为前进分析法，它能够较好地模拟桥梁结构的实际施工历程。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，只有按照施工方案中确定的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或最终成桥阶段的实际变形和受力状态。2在结构分析之初，先要确定结构最初的实际状态，即以符合设计的实际施工结果（如跨径、标高等）倒退到施工的第一阶段作为结构前进分析计算的初始状态。3 本阶段的结构分析必须以前一阶段的计算结果为基础，前一阶段的结构位移是本阶段确定结构轴线

19、的基础，以前各施工阶段结构受力状态是本阶段结构时差、材料非线性计算的基础。4 对砼收缩、徐变等时间效应在各个施工阶段逐步计入。5 在施工分析过程中严格计入结构几何非线性效应，本阶段结束时结构受力状态用本阶段荷载作用下结构受力与以前各阶段结构受力平衡而求得。前进分析不仅可以成为成桥结构的受力提供较为准确的结果，还为结构强度、刚度验算提供依据，而且可以为施工阶段理想状态的确定、完成桥梁结构施工控制奠定基础。6.3 设计参数误差分析与识别本项目中，施工监控计算中设计参数误差分析与识别主要内容包含以下6方面内容： 1 挂篮重量、刚度对标高的影响； 2 梁段自重误差对结构位移的影响； 3 主梁刚度误差对

20、结构位移的影响； 4 混凝土收缩徐变对结构位移的影响； 5 施工荷载变动对结构位移的影响； 6 温度的影响。第七章 主桥上部结构施工方案概述在主桥施工前，施工单位依据设计文件的要求并结合现场实际情况制定的本桥的施工方案。以下结合设计文件xx2号特大桥上部结构施工步骤及重点进行简要叙述。监控单位依据确定的施工方案和施工流程对主桥上部结构的线型标高和应力进行控制计算，施工单位应该严格按照制定的施工方案进行施工。7.1 上部结构施工流程在完成主桥主墩施工后，可采用托架施工主梁0、1号块，随后进行主梁悬臂浇注施工，张拉相应节段的主梁预应力钢束；由于高墩的原因，主梁边跨现浇段的施工宜采用配重托架或挂梁来

21、施工；主梁合拢顺序由边跨向次边跨及中跨依次进行，在全桥合拢后进行桥面系的施工。7.2 施工要点1 挂篮自重不得大于620kN，同时挂篮应设有调整竖向挠度的功能，以便调整立模标高。2 主桥采用悬臂浇注法施工，0、1号块段在墩顶托架上浇注，施工时需保证托架的强度和刚度；采用挂篮悬臂对称浇注各个梁段至最大悬臂，然后浇注边跨合拢段，边跨合拢段完成后进行中跨合拢。3 安装挂篮，从2号块至17号块逐块、对称、平衡进行悬臂浇注施工。待浇注段混凝土强度达到设计强度的90后方可张拉预应力钢束。4 悬臂浇注时，挂篮自重按照62吨控制，合拢段按照40吨控制。挂篮移动过程中，挂篮移动不同步差不得大于半个施工阶段梁段长

22、度。5 按先边孔后中孔的顺序进行合拢施工，中跨合拢时根据实际控制情况在悬臂端加水箱进行配重。合拢段混凝土的浇注应在一天中气温最低时进行，并应在尽可能短的时间内完成。合拢段混凝土达到设计强度的90后方可进行预应力张拉。第八章 结构有限元仿真计算8.1 基础资料和相关试验数据的收集施工监控的结构分析计算是基于设计并结合现场的施工的实际情况，在有限元仿真计算分析之前，必须进行资料的和试验数据的分析和收集。1 施工图设计文件2 施工组织方案（施工方案、挂篮设计图、实际工期与未来进度安排）3 气象资料：晴雨、气温、风向、风速4 施工荷载在桥上的布置及大小5 龄期为3天、7天、14天、28天的现场养生混凝

23、土弹性模量试验及按规定要求的混凝土强度及容重6 管道模阻试验测得的管道模阻系数等。8.2 上部结构的仿真计算1 复核计算（建立计算模型）对施工图进行全面的复核计算，根据设计资料及相关规范的理想设计参数，对成桥阶段及施工各个阶段的设计变位、内力、预拱度等进行计算，并与设计计算资料进行校核比较。我院采用桥梁博士计算分析软件进行建模计算。2 施工仿真计算分析（1）施工过程划分 按施工方案和施工预期进度安排将主桥上部结构划分了63个施工阶段，建模计算分析过程中，挂篮重量、混凝土弹模、桥面施工荷载、时间进度等模型参数按现场实际进行输入模型。（2）各施工阶段变位预计值 根据施工采用的材料的实际参数和时间进

24、度对本桥进行了模拟计算，得到各个施工阶段结构变位值，经过闭合计算，符合施工至成桥时各点的累计位移，以此做为施工监控各施工阶段变位的预计值。用以指导施工并与监测反馈信息进行对比。挂篮立模标高的计算方法 式中：第i节点在第n阶段高程 i节点的计算预拱度 i节点的设计高程 根据挠度观测结果和悬臂梁下挠（上挠）的趋势而确定的挠度调整值 挂篮压缩变形均为理论值，实际操作时可以合并成箱梁各点的理论挠度计算曲线。i节点的计算预拱度为I节点从n施工阶段到成桥的累计挠度的反号值。应按实测值并根据后续梁段的长度和重量变化进行修正。（3）各施工阶段应力值以计算模型各个施工阶段的计算结果为理论依据，确保主梁施工阶段拉

25、、压应力均为超过规范限值，依据计算结果，选择应力最大的截面布置应力测试传感器，保证施工阶段结构安全和内力合理。8.3 结构分析模型建立8.3.1 计算模型计算软件采用“桥梁博士”V3.0，建立平面杆系模型进行计算。把整个桥梁结构离散为255个单元共有256个结点，根据施工程序分为63个施工阶段对施工过程进行模拟计算。孔道摩擦系数=0.16，偏差系数k=0.0015，锚具一端回缩最为6mm。结构离散图和预应力钢束图如图8-1所示。 图8-1 结构离散图和预应力钢束图8.3.2 材料特性在进行分析时，桥梁所采用材料按照设计图纸采取，在桥梁博士软件中由程序自动定义。8.3.3施工阶段划分施工监控计算

26、将全桥上部结构施工过程划分为63个施工阶段，见表8-1所示。表8-1 施工监控计算中施工阶段划分明细表施工工况号阶段终了时间工况描述1180制作桥墩2187浇筑0和1节段3188张拉钢束4190挂篮前移、立模5197浇筑2节段6198张拉钢束7200挂篮前移、立模8207浇筑3节段9208张拉钢束10210挂篮前移、立模11217浇筑4节段12218张拉钢束13220挂篮前移、立模14227浇筑5节段15228张拉钢束16230挂篮前移、立模17237浇筑6节段18238张拉钢束19240挂篮前移、立模20247浇筑7节段21248张拉钢束22250挂篮前移、立模23257浇筑8节段24258

27、张拉钢束25260挂篮前移、立模26267浇筑9节段27268张拉钢束28270挂篮前移、立模29277浇筑10节段30278张拉钢束31280挂篮前移、立模32287浇筑11节段33288张拉钢束34290挂篮前移、立模35297浇筑12节段36298张拉钢束37300挂篮前移、立模38307浇筑13节段39308张拉钢束40310挂篮前移、立模41317浇筑14节段42318张拉钢束43320挂篮前移、立模44327浇筑15节段45328张拉钢束46330挂篮前移、立模47337浇筑16节段48338张拉钢束49340挂篮前移、立模50347浇筑17节段51348张拉钢束52350拆除所有

28、挂篮53357支架浇筑边跨19、20节段54359安装边跨合拢段吊架55366边跨合拢56368张拉钢筋、拆除边跨吊架、安装次边跨合拢吊架57375次边跨合拢58376张拉钢筋、拆除次边跨吊架59377安装中跨合拢段吊架60384中跨合拢61385拆除中跨合拢段吊架62399桥面铺装631399砼收缩徐变3年8.3.4 计算荷载选取与计算假定主梁悬臂浇筑时挂篮前后支点力按集中荷载输入，桥面铺装及防撞栏杆等重按80kN/m均布荷载输入，其余构件自重由程序自行计算。对于挂篮的模拟采用移动荷载进行模拟，对于空挂篮取值为62t，合拢段吊架取值为40t。收缩徐变系数根据桥规（JTG D62-2004）计

29、算，分析中考虑不同阶段的不同应力水平和加载龄期的变化。8.4 结构计算分析结果具体的结构计算分析结果详见附表。计算结果是按照设计文件计算得到的理论值，与实际桥梁施工的状态会有所差别。具体施工监控所采用的值会在施工过程中根据实际状态进行调整。第九章 监控实施过程xx2号特大桥施工监控的主要工作内容包括：1 结构应力监测2 变形监测3 温度监测4 施工期非正常荷载调查5 桥梁施工期外观病害调查9.1 应力监测操作细则应力监测主要结合连续梁悬臂施工的受力特点和施工控制的目的、要求进行，并充分考虑了本桥设计过程中设计单位和相关专家重点关注的部位，比如悬臂板根部位置、悬臂板与腹板的交界位置以及结构运营过

30、程中可能存在的偏载效应等，进行了本桥施工监控应力测试截面和测点的布设。9.1.1 测试方法和仪器考虑要适合长期施工过程观测并能保证足够的精度，选用长期性、稳定性较好，精度较高的振弦式砼应变计和配套的振弦式读数仪进行应力测试，如图9-1和图9-2所示。 图9-1 振弦式应变计 图9-2 振弦式读数仪9.1.2 测点布设全桥应力监测截面共22个，其截面位置见图9-6所示。应力测点具体位置见图9-3图9-10所示。全桥应力测点共138个。 图9-3主梁和主墩先施工幅应力监测 图9-4主梁和主墩后施工幅应力监测图9-5 先施工幅主梁CC、DD、GG、HH和II、JJ截面应力测点布置图图9-6先施工幅主梁BB和EE截面应力测点布置图图9-7先施工幅主梁AA、FF截面应力测点布置图图9-8先施工幅主墩KK、LL和MM、NN截面应力测点布置图图9-9后施工幅主梁AA、BB、CC、DD、EE、FF截面应力测点编号