北峪河12号大桥施工监控方案.docx
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北峪河12号大桥施工监控方案
一、工程概况
北峪河12号大桥是为跨越北峪河而设，本桥位于樊家山隧道与武都西隧道之间。
主桥上部结构：
右幅采用32.8+2X60+32.8m、左幅采用32.2+2X58+32.2m的预应力混凝土连续刚构箱梁，箱梁根部高度为3.6m，跨中高度为1.8m，箱梁根部底板厚60cm，跨中底板厚28cm，箱梁高度以及箱梁底板厚度按1.8次抛物线变化。
箱梁跨中腹板厚50cm，支点腹板厚70cm，顶板厚度25cm。
箱梁顶宽12.25m，底宽6.15m，顶板悬臂长度3.05m，悬臂板端部厚度18cm，根部厚60cm。
箱梁顶设有2%的双向横坡，箱梁浇筑分段长度分别为：
3.5m和4m，边、中跨合拢段长2m，边跨现浇段长右幅为3.72m，左幅为4.12m（到理论跨径线距离）。
箱梁纵向采用预应力，钢束每股直径15.24mm，大吨位群锚体系；0号段竖向预应力筋采用精轧螺纹钢筋。
下部结构：
桥墩采用双肢薄壁墩，壁厚1m，宽3m，横向与箱底同宽。
桥墩承台厚2.75m，基础采用桩径1.5m的钻孔灌注桩。
桩基按纵、横向各两排布置，每墩共4根桩。
桥台采用桩柱式桥台，桩径1.5m。
二、施工监控目的和意义
为了确保大桥在施工过程中结构内力和变形始终处于安全范围内，成桥线形符合设计要求，结构恒载受力状态接近设计期望，在施工过程中必须进行严格的施工监控。
通过现场的监控量测，达到如下目的：
1）通过对挂篮的现场静载试验，消除挂篮的永久变形，测试各部位的弹性变形，为立模高程提供依据。
2）通过对桥梁实施线形控制，尽量减少结构尺寸与设计尺寸的偏差，最终误差应符合桥规的规定，把尺寸偏差控制在一定范围内，保证桥梁顺利合拢、成桥线形符合设计要求。
3）通过对结构主要截面的应力监测，使实际应力状态与设计应力状态的误差在允许范围内变化，避免可能的工程事故。
4）通过稳定分析计算，并结合结构应力、变形的监测数据综合评定，控制施工过程中各阶段结构的稳定性。
三、施工监控原则与方法
1控制原则
为了实现施工控制的目的，在施工过程中必须修正各种影响成桥目标实现的参数误差的影响，以确保成桥后结构内力和线形满足设计要求。
根据预应力混凝土连续刚构桥的结构类型、受力特点而确定的施工监控原则是以主梁标高控制为主，主梁应力控制为辅。
具体来讲，在施工控制过程中，应坚持如下几条原则：
1）状态线形要求
线形主要指主梁线形和桥面线形。
在施工过程中，主梁线形满足施工状态理论期望值要求；成桥后（通常是长期变形稳定后）主梁线形（控制点的平面坐标和标高）和桥面标高的偏差要满足设计容许的偏差范围。
2）受力要求
受力要求主要指要确保主梁控制截面的内力（或应力）在施工期间处于安全范围内；同时在成桥恒载状态下，主梁应力也应满足设计要求。
3）调控手段
对于主梁线形的调整，最直接有效的手段是通过调整当前悬浇梁段立模标高，使主梁的实际线形与理论期望值相符合；对于桥面线形的调整，可以通过小幅调整铺装层厚度使线形达到目标状态。
2控制方法
预应力混凝土连续刚构桥悬浇施工过程复杂，影响控制精度的参数较多，如：
主梁刚度与自重、挂篮刚度与自重、混凝土收缩徐变、结构温度、施工荷载等。
在计算施工监控的理论值时，计算参数一般都取自《桥规》中的建议值。
为了消除因设计参数取值不确切而引起的设计计算与实际施工的不一致性，在施工过程中必须对这些参数进行识别和预测。
对于重大的设计参数误差，提请设计方进行理论设计值的修改，对于常规的参数误差，通过优化进行调整。
1）设计参数识别
通过在施工状态下对状态变量（主梁标高和应力应变）实测值与理论值的比较，以及设计参数影响分析，识别出设计参数误差量。
2）设计参数预测
根据已施工节段设计参数误差量，采用合适的预测方法（如灰色模型等）预测未来节段的设计参数可能误差量。
3）优化调整
施工监控主要以主梁标高控制为主，主梁应力控制为辅，优化调整也就以这二方面的因素建立控制目标函数（和约束条件）。
通过设计参数误差对主梁变形和受力的影响分析。
应用优化方法（如采用加权最小二乘法、线性规划法等），调整本节段与未来节段的立模标高，使成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态，并且保证施工过程中主梁的应力、稳定性等方面的安全要求。
四、施工监控主要工作内容
1施工监控有关的基础资料的收集
通过对设计图纸的深入理解，向设计、施工、监理单位等单位收集有关资料，作为监控计算的主要依据，资料主要包括：
1）混凝土梁结构尺寸、弹性模量、梁段重量及材料热膨胀系数等；
2）挂篮设计参数；
3）桥面铺装、栏杆等二期恒载；
4）施工工艺、实际工期与未来进度安排；
5）施工荷载在桥上布置位置与大小；
6）气象资料：
晴雨、气温、风向、风速。
2施工监控理论计算
1）计算模型的建立
在对北峪河12号大桥各施工阶段实施监控时，将其简化为平面杆系结构，每个节段离散为梁单元。
其成桥结构计算简图如图4-1所示，结构有限元计算模型如图4-2所示。
图4-1结构计算简图
图4-2结构的有限元计算模型
北峪河12号大桥左、右幅均为预应力混凝土连续刚构桥，跨径左幅为32.2+2X58+32.2m、右幅32.8+2X60+32.8m，采用桥梁通用计算程序MIDAS/Civil2010程序对大桥施工工序进行模拟。
1.用有限元法将全桥划分为123个节点，112个单元。
其中，主梁材料为C50混凝土，桥墩为C40混凝土，主梁70个单元，桥墩53个单元。
2.整个成桥过程分为32个施工阶段，其中每个悬臂梁段的施工为一个阶段，该阶段划分成三个子阶段：
a）立模阶段，即挂篮前移阶段。
b）浇筑混凝土阶段。
c）张拉预应力钢筋。
3.施工顺序，各墩“T”构上部同时施工，合龙顺序先边跨后中跨。
表4-1施工阶段的划分
序号
工作内容
1
墩身施工
2
托架上施工0＃块
3
拆除托架，挂篮就位，对1＃块立模，绑扎钢筋
4
浇筑1＃块混凝土并养生
5
张拉1＃预应力束，1＃块完成
6
挂篮移到1＃块前端，对2＃块立模，绑扎钢筋
7
浇筑2＃块混凝土并养生
8
张拉2＃，2＃块完成
9
挂篮移到2＃块前端，对3＃块立模，绑扎钢筋
10
浇筑3＃块混凝土并养生
11
张拉3＃，3＃块完成
12
挂篮移到3＃块前端，对4＃块立模，绑扎钢筋
13
浇筑4＃块混凝土并养生
14
张拉4＃预应力束，4＃块完成
15
挂篮移到4＃块前端，对5＃块立模，绑扎钢筋
16
浇筑5＃块混凝土并养生
17
张拉5＃预应力束，5＃块完成
18
挂篮移到6＃块前端，对6＃块立模，绑扎钢筋
19
浇筑6＃块混凝土并养生
20
张拉6＃预应力束，6＃块完成
21
挂篮移到7＃块前端，对7＃块立模，绑扎钢筋
22
浇筑7＃块混凝土并养生
23
张拉7#预应力束，7＃块完成
24
拆除边跨挂篮，在支架上对边跨现浇块施工
25
达到强度后用边跨吊架安装劲性骨架合拢
26
张拉边跨预应力束，边跨合拢完成
27
安装中跨合拢吊架
28
安装中跨合拢块劲性骨架，对合拢块立模，绑扎钢筋
29
浇筑合拢块混凝土并养生
30
张拉预应力束，全桥合拢
31
桥面施工完成，二期恒载施加
32
运营三年
2）理论计算的优化调整
对于悬臂施工的连续刚构桥，其后一块件是通过预应力筋及混凝土与前一块件相接而成，因此，每一施工阶段都是密切相关的。
分析各施工阶段及成桥结构的线形和受力特性就变得必不可少。
为了使结构在最终成桥状态时达到设计要求的各项性能指标，确定各施工阶段结构的线形是桥梁悬臂施工中最重要的任务之一，而决定上部结构每一待浇块件的预拱度尤其重要。
因为①合拢前，一个单跨的两个悬臂端部应该尽可能在同一水平线上；②桥梁在施工和运营状态下，上部结构的标高频繁发生变化（上挠或下挠）。
因此，在上部结构各个截面的施工中应该预留容许偏差，以期保证在较长时间以后结构物能够保证在设计所规定的标高范围内。
由于建桥材料的特性、施工误差等是随机变化的，因而施工条件不可能是理想状态。
为了解决上述问题，在北峪河12号大桥的施工中,从正装分析、实时跟踪分析两方面入手，相互结合，实现成桥结构在线形、内力各方面满足设计要求的目标。
为了保证上述分析的准确性，正确而详细地划分结构在整个形成过程中的各个不同受力阶段是至关重要的。
在正确建模的基础上考虑参数识别和修正，并根据现场施工周期修正计算模型，本桥采用灰色理论对桥梁模型进行修正和预测，全部计算分析及修正过程由桥梁有限元专用程序MIDAS/Civil2010完成。
3施工挂篮静力荷载试验
1）施工挂篮静力荷载试验的目的
挂篮的安全性是施工体系安全性的关键因素。
为确保挂篮在施工中的安全，做到万无一失，需要采取双重的保险性措施。
检查挂篮施工的安全性的最有效的方法就是进行挂篮现场静载试验。
首先对挂篮主要部件进行必要的检测，以排除部件在运输途中的损伤或制作材料的缺陷，更重要的是在现场对组拼好的挂篮作加载试验，以评价施工挂篮承载能力（安全系数）。
另外还应该检查挂篮行走的便捷性和使用的便利性。
特别对于旧挂篮，需考察其在本桥改装后的适用性。
挂篮静力荷载试验同样也是施工控制的需要。
通过试验消除挂篮的永久变形、测试各部位的弹性变形，为立模高程提供依据。
2）技术路线
a．挂篮的理论计算分析
按最不利荷载加载对挂篮各构件进行理论计算分析，评估挂篮是否满足规范规定的强度、刚度、稳定性的要求。
b．挂篮现场静力荷载试验
采用吊重或压重法，其试验荷载按最大悬臂段相应混凝土重量的1.2倍，分级进行加载试验，测试各部件的受力状态及吊点的挠度。
4施工监控任务
1）线形监控
（1）测试方法
用精密水准仪或全站仪测量主梁标高。
（2）测点布置
北峪河12#大桥测量控制点分别为GPS062、GPS061、ZZ1、ZF1、YCZ1、YCF1，其中GPS062、GPS061两个点为设计院交桩，其余各点为加密桩。
加密桩与设计院交桩联测成环。
加密桩平面满足四等导线精度要求，高程满足四等水准精度要求。
北峪河12#大桥监控量测左幅采用GPS061、ZZ1、ZF1三个点，右幅采用GPS062、YCZ1、YCF1，详细布置见附图。
桥面线形测点位置如图4-3所示：
图4-3箱梁位移测点示意图
每个悬臂浇筑梁段的前端作为主梁标高控制测点，在断面上布四个测点，分别布置在梁段前端顶面的两侧翼缘板处及底板下缘两端，并在测点处做好测点标志。
（3）测试状态和数量
在每个标准梁段施工过程中，测试立模、混凝土浇注完成及预应力张拉后的主梁悬臂前端各测点的标高。
在合拢前后、二期恒载前后对全桥主梁及平面位置标高各作一次统测。
以上工况的测量由施工单位完成，经监理及时复验后，向监控方提交测量结果，以便进行监控计算反馈分析。
2）应力监控
（1）测试方法
在施工过程控制截面的监测点位置采用钢弦式应变计及配套的频率接收仪作为应力观测仪器。
（2）测点布置
控制截面根据设计要求以及施工过程正装计算结果来确定。
主梁应力应变测试断面选择施工过程中应力控制截面以及成桥后活载作用下的应力控制截面。
本桥箱梁应力测试断面选取悬臂梁的0#段与1#段连接截面以及1/2跨处。
测试截面示意图见图4-4，测点布置见图4-5、图4-6。
图4-4测试截面示意图
图4-50截面应力测点图4-6L/2、L1/2截面应力测点
（3）测试状态和数量
施工过程中的控制截面测点在各标准梁段施工中最后一次张拉预应力束后测试一次，在合拢前后以及二期恒载前后等重大施工状态下均需作测试。
5设计参数误差分析和识别
在各施工阶段中，根据状态变量（控制点位移，控制截面应力）的实测值与理论值的差别对影响参数进行误差识别；根据已施工梁段的影响参数识别结果，对未施工梁段的相应参数进行误差预测；计算影响参数的误差对成桥标高的影响，求出立模标高的调整值。
影响参数的误差识别主要包括：
1）预应力张拉力误差对结构的影响；
2）主梁自重与刚度误差对结构的影响；
3）挂篮自重刚度误差对结构的影响；
4）施工荷载变动对结构的影响；
5）混凝土收缩徐变的影响；
6）温度的影响等。
6对未来梁段设计参数误差进行预测与反馈分析
根据已施工梁段参数误差量，采用合适的预测方法（如灰色模型等）对未来梁段的设计参数误差进行预测。
根据参数的识别和预测结果，进行误差调整与优化分析，及时调整未来梁段的施工控制数据，使实际成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态。
五、施工监控精度和原则
施工监控的目标是结构成桥内力和线形满足设计和规范要求,同时还要确保施工过程中的安全。
综合考虑连续刚构桥受力特点、设计要求、目前施工技术水平和监控方法，应确定施工控制精度要求，确定这些桥的施工控制精度如下：
1．立模标高最大允许误差：
±10mm；
2．局部线型控制要求：
相邻节段相对标高误差不超过0.5%；
3．已浇梁段系统控制误差：
标高误差：
±10mm；
4．成桥后桥面高程误差：
±10mm；
5．控制截面应力：
施工期间处于安全范围内；在成桥恒载状态下，主梁应力满足设计要求；
对结构线形测量均应在一天中相对稳定均匀温度场中完成，桥面平整度等参数允许误差按有关规范取用。
六、施工监控实施方案
1施工监控现场组织机构
施工监控是个高难度的施工技术问题，但不是孤立的施工技术问题，它涉及设计、施工、监理等单位的工作。
为做好本桥的监控工作，本桥由长安大学公路学院对本桥实施监控指导。
2施工监控工作流程
箱梁悬浇高程控制流程见图6-1。
签立模通知单
定模板高程
进入下个悬浇段
监控复查
挂篮定位
扎钢筋、安管道、立模板
定高程
监控复查
高程观测
浇筑混凝土
已浇完各梁段观测
张拉后高程观测
已浇完各梁段观测
移篮后高程观测
监控复查
图6-1箱梁悬浇高程控制流程图
3施工监控实施的保证措施
1）加强施工部门内部管理和领导，确保安全、有序、高效地工作，既做到分工明确，又做到紧密协作。
2）加强技术力量，对监控过程中有可能遇到的事先没有预计到的技术难题，集思广益，缜密科学地解决问题。
3）充分与设计人员交流，完全领会设计意图，明确设计确定的目标状态和施工安全指标。
4）加强与设计、施工、监理等单位的沟通，争取他们最有效的配合，确保资料（特别是设计变更资料和施工方案、材料指标）的准确和最新。
加强与监督、监理等单位的联系，及时获得各项目的检验评定标准和控制标准。
5）有关各方（施工、监理等）对几何位置的测量应平行作业，并在现场及时核对，发现问题，及时改正或者重测，以免影响施工进度。
6）维护业主的权威和领导，在业主的统一指挥协调下，建桥各方紧密配合，相互支持，遵循科学，遵循实际。
六、施工监控主要人员配置
1、主要人员配置表
姓名
学历
专业
职称
胡庆安
研究生
工程力学
教授（试验检测工程师）
周勇军
博士
道路与铁道工程
讲师（公路工程检测工程师）
张柳煜
研究生
桥梁与隧道工程
讲师
蒋林珊
研究生
桥梁与隧道工程
技术员
张超
研究生
桥梁与隧道工程
技术员
2、主要人员证明文件
升级会员 