最新版高速公路特大桥主桥施工监测监控实施细则.docx
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最新版高速公路特大桥主桥施工监测监控实施细则
高速公路特大桥主桥
施工监测监控实施细则
一、大型连续梁桥施工监测与监控的必要性······························3
二、工程概况························································4
三、施工监测与监控的依据············································4
四、施工监测与监控的对象和目标······································4
五、施工监测与监控的内容············································5
六、施工控制的技术体系和组织协调体系·······························14
七、本项目人员组成·················································18
八、本监控项目所需表格·············································18
一、大型连续梁桥施工监测与监控的必要性
预应力混凝土连续梁桥的施工大多采用悬臂施工法，即首先由墩顶开始向两边采用平衡悬臂施工法逐节段施工结构的上部梁体，形成一个T字型的双悬臂结构，接着合拢边跨，最后合拢中跨，形成最终体系。
悬臂施工法又分为悬臂浇注法和悬臂拼装法两种。
由于悬臂拼装法对运输和吊装设备的要求较高，国内一般采用悬臂浇注法。
悬臂浇注法是在墩顶两侧对称、逐段悬臂现场浇注混凝土，待混凝土达到一定强度后张拉预应力索（筋），然后移动机具、模板（挂篮）至下一节段，重复操作，直至悬臂施工完成。
对于分段悬臂浇注施工的预应力混凝土连续梁桥，在施工过程中将会面临很多问题，如：
两主梁悬臂端竖向挠度偏差控制，施工中主梁截面应力是否超过容许应力等等。
为了采取有效的措施及时对施工中所暴露的问题进行处理和解决，保证成桥后结构的线形和应力符合设计要求，为施工单位按工期完成控制工程提供技术支持。
施工过程的监测与控制工作就显得尤为重要。
连续梁体系在施工过程中要经历几次体系转换，使结构从静定结构过渡到复杂的超静定结构。
在悬臂施工过程中，随着悬臂的加长，其主梁的竖向挠度和截面应力出现一个由小而大的大幅值变化。
此外，悬臂施工法还将使各节段之间相互影响，主梁的竖向挠度具有累积性，如果不及时对偏差加以调整，随着悬臂的增长，主梁标高会明显偏离设计值，造成合拢困难。
偏为了保证工程质量，就需要有一个科学合理的施工控制系统，来综合考虑各种影响因素（如混凝土收缩徐变、温度影响、施工临时荷载、材料的实际弹性模量），严格监控整个施工过程中结构的变形、应力情况，达到指导施工的目的，以确保桥梁的成桥线形及结构受力状态符合设计要求。
施工监测与监控也是保证主桥的施工安全的必要环节。
梁施工中两悬臂的几何尺寸、比重、施工过程的随机差异不可避免地出现T构两悬臂重量不平衡并给墩身带来较大的倾覆力矩，这种倾覆力矩在施工合拢前的几个施工段时尤其令人担心。
施工规范对此进行了严格控制。
倾覆力矩监测是保证施工体系安全的需要。
可通过在墩顶设置应力观测截面监测，在倾覆力矩值即将达到报警线时予以报警，并及时与设计单位、施工单位会商以采取调整措施，以控制和消除倾覆力矩，确保施工结构的安全和质量。
二、工程概况
**高速公路**特大桥位于内江境内，起于四合镇三堆铺村，止于史东镇太平坝，横跨国道G321，**。
其中主桥为118米+210米+118米预应力混凝土连续刚构桥。
箱梁断面采用单箱单室直腹板断面，箱梁顶宽13.75m，根部梁高13.0米，跨中及边跨合拢段梁高为4.8米。
箱梁翼板悬臂长度为2.875米，底板宽8米，箱梁底板下缘按1.6次抛物线变化。
主墩采用双薄壁墩。
横桥向长8米，壁厚1.8米，双壁外距9米。
设计技术标准
1、公路等级：
公路-I级
2、设计行车速度：
80公里/小时
3、地震动峰值加速度：
0.05g
4、桥面总宽度及组成：
桥面总宽度:
全幅28米，单幅13.75米
单幅桥面组成：
0.25m（人行道护栏）+1.5米（人行道）+0.5米（防撞栏）+11.0m（行车道）+0.5m（波形护栏）=13.75m
5、桥面最大纵坡：
2.405%
6、设计洪水频率：
1/300年
7、环境类别：
I类
8、结构设计安全等级:
I级
9、航道等级：
目前不通航，规划**渠化后的等级为V-2级。
三、施工监测与监控的依据
1、《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）；
2、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）；
3、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）；
4、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）；
5、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/12004）；
6、《**高速公路**大桥施工图设计》。
四、施工监测与监控的目标
**高速公路**特大桥施工监测与监控的目标：
通过对各项监测数据的分析与计算，找出实测值与设计预测值偏离的原因，提出修正及调整措施，保证**高速公路**特大桥主桥的顺利合拢和主桥在施工过程中的结构安全，成桥后桥梁线形及内力符合设计要求，整个施工控制工作符合现行规范要求。
施工控制的指标如下：
1、立模标高允许偏差：
±5mm；
2、合拢口两端相对差控制在20mm范围内；
3、主梁轴线偏位：
±10mm。
五、施工监测与监控的对象和内容
**高速公路**特大桥施工监测与监控的主要对象：
主桥上部结构，即连续梁施工期间主梁线形及预应力混凝土结构应力应变等内容进行现场监测与控制。
施工监测是施工控制的重要组成部分，施工监测的目的就是在施工过程中通过监测主要结构关键部位在各个施工阶段的应力、应变，及时了解结构在施工过程中的工作状态。
**高速公路**特大桥施工监测的主要内容包括：
1、主梁施工过程中的应力及变形监测；
2、主梁各节段施工标高的监测；
3、主梁整体线形的监测；
4、温度监测。
（一）应力监测
应力应变监测是预应力混凝土连续梁桥施工监测的一个重要内容。
不仅是要在施工过程中对结构各重要控制截面进行实时的监测，以起到危险预警作用，而且要提供结构在当前工况下实际的应力状态，为计算模型中结构参数识别提供依据。
对于**高速公路**特大桥，主要测试大桥的主墩和箱梁主要控制截面的应力。
1、应力监测的主要内容
（1）悬灌全过程施工悬臂根部应力、应变监测
在本桥的主控断面埋设监测的应力、应变元件。
埋设的元件要满足适合长期观测，并能保证足够的精度。
根据施工需要于每施工段悬灌后和预应力张拉后各进行一次观测。
（2）体系转换前后桥梁应力状态实际变化监测
合拢前后结构由施工双悬臂体系转换为刚架体系，其应力状态变化复杂。
且混凝土收缩、徐变及内应力的调整使全桥的应力、线形均有一定程度的变化。
通过施工监测掌握这种变化是了解成桥的应力、线形情况的需要。
通过在中跨跨中设置应变观测断面并适时观测来提供有关数据。
（3）梁施工倾覆力矩监测
悬臂施工中对称块件的几何尺寸、比重、施工过程的随机差异不可避免地出现T构两悬臂重量不平衡并给墩身带来较大的倾覆力矩，这种倾覆力矩在施工合拢前的几个施工段时尤其令人担心。
施工规范和设计说明中对此进行了严格控制。
倾覆力矩监测是保证施工体系安全的需要。
可通过在双板墩顶设置应力观测截面监测，于每施工段悬灌后进行测试，在倾覆力矩值即将达到报警线时予以报警，并及时与设计单位、施工单位会商以采取调整措施，以控制和消除倾覆力矩，确保施工结构的安全和质量。
2、应力测点的布置及所用的仪器设备
（1）测试元件及仪器设备
应力测试采用智能式振弦应变计和配套的振弦检测仪。
内埋式钢弦应变计的特点是观测精度高、抗干扰能力强、具有温度自补偿功能、存活能力较强并可以用于全桥运营后的长期观测等，是适宜于施工工期长应力、应变监测的测量系统。
在施工到相应的监控断面时，请施工单位在浇筑混凝土前通知监控单位，保证监控单位能够顺利的埋下预埋件；另外，请施工单位在施工过程中保护好预埋元件，协助监控单位完成监测监控工作。
监控单位按预定的工况做好原始数据的采集工作。
数据的传递必须及时，对其中一些明显有误或可疑数据经提出后要及时进行复测。
监控单位要及时、准确的测量，定期向监理和业主提供监控成果表。
（2）测试应力误差分析
混凝土结构的应力是通过应变测量获得的
（1）
式中σ弹——载荷作用下混凝土结构的弹性应力；E——混凝土弹性模量；ε弹——载荷作用下混凝土结构的弹性应变。
混凝土的应变可分为受力应变和非受力应变，在实测的应变中它们是混杂在一起的。
在时刻τ承受单轴向、不变应力σ（τ）的混凝土构件,在时刻t测量总应变ε（t）可分解为
（2）
式中εi（τ）—加载时初应变；εC（t）—时刻t>τ时的徐变应变；εS（t）—收缩应变；εT（t）—温度应变；εm—系统应变误差。
（3）主梁应力测试断面设置：
（以半幅桥为例）
主跨：
主要设置在跨中、L/4处和悬臂施工根部，共5个测试断面；
左边跨：
主要设置在悬臂施工根部，L/4处，共2个测试断面；
右边跨：
主要设置在悬臂施工根部，L/4处，共2个测试断面；
主墩应力测试断面设置在各墩的墩顶和墩底共8个监测断面。
全桥半幅共设置17个应力监测断面。
其中：
主梁根部和跨中每个断面布置6个应变计，L/4处每个断面布置4个应变计,共计46个应变计。
主墩：
每个断面布置4个元件，共32个应变计。
本桥半幅共布置78个应变计测点，全桥共156个应变计测点。
图1（a）施工监测断面布置示意图（单位：
cm）
图1-（b）根部截面应变测点布置示意图（单位：
cm）
图1-（c）1/4L截面纵向应力测点布置示意图（单位：
cm）
图1-（d）跨中截面应变测点布置示意图（单位：
cm）
图1-（d）主墩截面应变测点布置示意图（单位：
cm）
（二）变形监测
分段施工的预应力混凝土连续梁桥，由于各“T”的施工是相对独立的，因此当两个“T”合拢时，两合拢端头的高度差就应控制在容许的范围内。
同时，成桥后的桥面线形应是流畅的，而不能有明显的折线或波浪起伏。
标高观测是为了反映各节段施工完成前后或某一特定时段内主梁的实际线形情况，只有准确测量了当前结构变形，才能减少理论计算与实际变形的差异，是控制成桥线形最主要的依据。
1、测量基准点
标高观测的固定水准点设置在岸边永久不动的位置上，整个施工过程的所有标高测量的基准均由此引出。
2、测量基点
测量基点设置在0号块上的中心位置，每个0号块布置2个基点，并用红色油漆作出明显的标记，编号为0和0＇号，而后各节段的标高均由0号引出，0＇基点作为复核点。
基点每浇注3个节段应校验一次。
3、标高测量点
每个施工节段上布置3个标高观测点，这样不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观察箱梁是否发生扭转变形。
高程控制点布置在离块件前端20cm处，采用Ф16钢筋在垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢固，并要求竖直。
测点（钢筋）露出箱梁混凝土表面3cm，侧头磨平并用红油漆标记。
在施工过程中，对每一截面需进行立模、混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、张拉钢筋前、张拉钢筋后的标高观测，以便观察各点的挠度及箱梁曲线的变化历程，以保证箱梁悬臂端的合拢精度及桥面线形。
上游
下游
图2悬浇节段标高测点布置示意图
4、测量方法：
由监控、监理和施工三家单位进行独立测量。
监理单位按>30%频率抽测。
由于施工单位测量数据全面、完整，一般情况下以施工单位测量数据为准，如果三家单位测量数据相差小于0.5cm，不须复测；如果而家测量结果相近，一家相差较大，那么相差较大的一家复测；倘若三家测量结果均较大，三家都必须复测，并查明原因。
除每节段施工时进行各工况的高程测量外，施工单位应将轴线偏位测量结果提供给监控单位。
若有疑问，请施工方、监控和监理共同测量。
此外，每施工三个节段进行一次墩顶偏位测量。
5、测量时间：
测量时间在早7：
00左右和下午5：
00以后进行。
监控单位在测量过程中，除考虑工序进展必须对每一工况进行例行测量外，还要对温度变化引起的挠度进行测量。
为了找出温度变化引起主梁挠度变化的规律，对于一些重点工况，在工况不变的情况下，分别在早晨6：
00左右（即温度较低）和中午12：
30～14：
30（即温度较高）时对其挠度进行测量，找出温差变化较大时挠度变化的极值，从而为确定待施工各节段预拱提供较为可靠的依据。
（三）温度场观测
对于悬臂浇注施工的预应力混凝土连续梁桥，温度变化是影响主梁悬臂端挠度的主要因素之一。
温度变化包括整体温度变化（大气温度影响）和局部温度变化（日照影响）两个部分。
在连续梁桥的悬臂施工阶段，结构本身是静定的，因此整体温度变化不会改变结构的内力分布。
对于主梁而言，整体温度变化只会引起梁体沿纵向伸缩，而不会引起梁体沿竖向的挠曲变化或横向的偏移；对于主墩而言，整体温度变化只会引起墩身沿竖向伸缩，而不会引起墩身沿纵、横向的偏移。
对于主梁的纵向位移，我们一般是不关心的；而对于主墩的竖向伸缩，我们可以通过对整体温度变化的测量，以理论计算的方法进行估计。
而局部温度的变化则十分复杂，其不但会引起结构内力分布的改变（如日照单面墩壁），而且会引起结构应力分布的改变，同时还会引起结构的各个方向的挠曲、偏移。
因此，结构的温度观测是施工监测的一项十分重要的工作。
只有充分地了解结构因温度变化引起的位移、应力改变，才能确定在当前荷载作用下，结构的真实位移、应力状态。
通过对结构的不同部位进行温度观测，摸清箱梁日照温变和季节温差的情况，分析其对挠度产生的影响，指导箱梁的下一步施工。
施工监控时主要考虑的是双板墩日照横向温差对悬臂施工标高的影响，对于这种影响，应在全桥温度最均匀时实施桥梁线形测量基本上可消除。
实施桥梁线形测量的时间应在夜22：
00到早上日出的时段内，最好每次测量均在相对固定的时间段内。
采用此方法还可以消除箱梁日照温差应力的影响。
温度测量包括表面温度测量和体内温度测量两方面。
对结构表面温度采用表面温度点计测量，对体内温度测量用带温度测量的应变计同时进行。
1、测点布置：
主梁设置2个断面，分别设在每幅桥的根部和L/4断面，每个断
面布置同相应截面应变测点布置。
2、测量时间
①在主梁施工期间，选择有代表性的天气进行24小时连续观测，例如：
每个季节选择一个晴天、多云天和阴雨天。
②在主桥合拢前对温度场进行一次全天候测试，根据测试确定较好的合拢时间。
3、温度对结构变形和受力的影响测量
测量内容：
主梁标高、相关截面的应力应变。
测量时间：
与温度场观测同步进行。
（四）施工控制计算
建立施工控制计算力学模型。
施工控制计算时，将其简化为平面结构，各节点离散为梁单元，两个主墩为固定支座，两边跨为活动铰支座。
主桥合拢前后结构体系将发生转变，即由对称的单“T”对称静定结构转变为对称的超静定结构。
桥梁材料的特性、施工误差是随机变化的，施工条件不可能是理想状态。
为了解决上述问题，在大桥的施工中，我们从前进分析、倒退分析相结合，实现成桥线形和内力满足设计要求的目标。
前进分析的目的在于确定成桥结构的受力状态。
随着施工阶段的推进，结构形式、边界约束、荷载形式在不断改变，前期结构发生徐变和几何位置的改变，前一阶段的状态是本次施工状态分析的基础。
前进分析不仅桥结构的受力提供较为精确的结果，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形成一个描述结构状态的数据文件，作为完成桥梁结构施工控制的基础。
倒退分析的目的在于控制桥梁结构的线形。
假定t=t0时刻内力分布满足前进分析时刻t0的结果，线形满足设计轴线。
在初始状态下，按照前进分析的逆过程，对结构进行倒拆，分析每次拆除一个施工段对剩余结构的影响。
在一个施工段内分析得到的位移和内力便是理想的施工状态。
（1）倒退分析用到的输入数据文件由前进分析提供，初始状态由前进分析确定。
（2）拆除构件用相应单元退出工作的方式模拟，即在形成结构总刚度时，约束退出工作的节点，并除去退出工作单元的刚度。
拆除单元的等效荷载，用被拆除单元接缝处的内力方向作用在剩余主体结构接缝处来加以模拟。
（3）拆除杆件后的结构状态为拆除杆件前的结构状态与被拆除杆件等效荷载的叠加。
（4）拆除构件应满足零应力条件，剩余主体结构新出现接缝面应力等于此阶段对该面施加的预应力。
计算中的各相关参数需参照现场施工进度的各施工段的实际龄期考虑混凝土收缩、徐变，考虑实桥混凝土取样的实测弹性模量、成桥实际几何尺寸等现场信息反馈来确定相关参数，使计算状态尽可能与实际相符，达到‘自适应’状态。
应用现代控制理论中的自适应控制方法，即对施工过程中的标高和内力的实测值与预计值进行比较，对桥梁结构的主要基本参数进行识别，找出产生实测值与预计值产生偏差的原因，从而对参数进行修正，重点在于对影响结构变形和内力的主要设计参数的识别上，而一般只要及时对产生偏差的主要参数进行修正。
施工控制计算所需的实际参数如下：
1、现场材料的物理力学性能参数的测定
根据设计要求及监控需要，施工单位应对以下参数进行测定或核定提交给监控单位，以修正设计结构线形，为保证该桥成桥后满足设计要求奠定基础。
1）混凝土弹性模量及容重
2）挂篮静载试验的有关参数
3）设计或施工控制需要的参数
以上数据由施工单位进行测定并提交给监控单位。
2、实际荷载参数的测定
1）恒载
恒载包括结构自重和二期荷载，可结合设计资料和现场实际情况综合确定。
2）施工荷载
根据主梁在施工过程中所采用的施工机械的重量及安装的位置确定。
3）临时荷载
在施工控制计算中还应考虑主梁施工过程中堆放时间较长的各种材料，机具等的影响，作为临时荷载考虑。
需要施工单位提供的临时荷载有：
（1）须及时提供施工机具、人员的重量及其变化情况；
（2）一般应禁止在桥面堆放大量材料，如施工确实需要则须将堆放材料的重量、位置、时间等情况及时通告监控组；
（3）在某个施工段后因挂篮模板的减少导致自身重量的变化、挂篮拆除情况；
（4）合拢前悬臂端压重的设置及拆除情况等。
3、结构实际几何截面参数
对施工完成后的实际几何截面尺寸进行测量，把实际参数考虑到施工控制计算中，以提高计算结果的准确度。
4、合拢控制
合拢前根据设计合拢的措施和次序，进行桥梁变形状态控制计算。
根据控制计算结构，提供全桥合拢施工控制标高。
结合设计单位有关合拢要求，提供一些合拢的合理化建议。
详细的结构分析计算见后面监控单位提供的《**高速公路**特大桥施工监控仿真计算分析》报告。
（五）监测报告的提交
在内江**大桥主墩完成后、8号段块完成后，边跨合拢前和中跨合拢前分别提交阶段性成果报告，并在主桥竣工后三个月之内提交总的监测监控总结报告。
六、施工控制的技术体系和组织协调体系
（一）机构组成
桥梁的施工控制是与桥梁的设计、施工和监理密切联系的。
桥梁的施工控制过程是一个信息采集、信息分析处理和信息反馈的过程。
通过精确的理想状态参数系统及实时测量系统，可以采集到桥梁施工过程中的各类所关心的数据信息。
借助桥梁施工控制的计算分析体系，对采集到的数据信息进行分析。
尤其是对施工中各类结构响应参数（如变形、内力、应力、温度场等）的分析，通过误差分析与反馈控制系统，可以对施工误差作出评价，并根据需要研究制定出精度控制和误差调整的具体措施。
最后以施工指令的形式为桥梁施工提供反馈信息。
为保证施工控制工作的顺利完成，各参建单位应成立监控领导小组。
领导小组主要负责监控细则的审核认可、协调各单位关系、验收监测监控成果。
领导小组正副组长由业主、监理、设计、施工和监控单位相关领导组成。
成员由各单位实施监控的相关人员组成。
领导小组由监理负责组建，最终由业主相关领导确认。
监测监控单位成立“内江**高速公路**特大桥监测监控项目组”，成员由参加大桥监测监控任务的技术人员组成。
项目组负责施工监测监控具体工作的实施。
在施工控制工作中，信息传递的有效性、准确性、可靠性和通畅性是保证施工控制工作顺利进行的基本前提。
在项目的实施过程中建立可靠的信息传递机制，以控制报表的形式进行施工控制的信息传递。
施工控制工作需要得到设计、施工和监理部门的大力支持和配合，需要信息和意见的及时交流；其控制指令和结果需要借助监理的权威和程序予以发布、执行和反馈。
见图3-施工控制技术体系示意图。
（二）各单位职责及分工
1.业主
协调各参建单位的工作，有需要时召集主梁施工控制会议。
2.设计单位
提供结构计算数据文件、图纸、结构最终内力状态和线型。
主要包括以下资料：
（1）.成桥状态下的主梁和桥墩控制截面内力和应力；
（2）.成桥线型要求；
（3）.考虑施工过程中的主梁累计挠度；
（4）.其他有关设计参数及要求。
3．施工单位
（1）.施工组织设计与进度安排，如有变更原定施工细则应及早提出；
（2）.挂篮试验参数；
（3）.桥面施工荷载调查与控制；
（4）.注意测试元件的现场保护，并为监测单位停工现场测试的较便利条件；
（5）.主梁的位移测试，测试结果在每一梁段完成后及时汇总；
（6）.建议独立聘请有经验的施工控制人员作为辅助方，对主控方的控制数据起校核作用。
4.监理单位
（1）.协调好设计、施工与监控三方的现场配合；
（2）.督促和检查监测单位按本计划按期完成任务，监督施工单位对监测单位测试元件进行有效的保护；
（3）.发布由监控提出、监理复核的箱梁线型预拱度和立模标高指令；
（4）.督促施工单位及时提供监控所需相关资料。
5.监控单位
（1）.拟定施工监控实施细则；
（2）.施工过程中结构应力和标高的观测；
（3）.测试元件的安装及保护；
（4）.识别设计参数误差，并进行有效预测；
（5）.及时提供下节段的立模标高，并分阶段提供监控成果；
（6）.若发生重大修改，及时汇报并会同相关单位提出调整实施细则。
误差状态分析
容许误差指标体系
施工实测数据
现场测试参数
实际目标真值
理论目标真值
理论施工误差
参数识别、修正
实际施工误差
比较
监理体系
设计体系
施工现场
移动挂蓝
按立模标高立模
对称浇注混凝土
张拉预应力
施工体系
比较
施工控制体系
实时参数
设计参数
施工控制计算系统
下节段的控制指令数据
立模标高、轴线偏位
修正量计算
实时测量系统
线形测量物理测量力学测量
主梁标高施工时间主梁应力
主梁轴线温度主墩应力
线环境温度主墩应力
现场测试系统
砼容重、弹模
预应力钢绞线弹模
构件重量、尺寸
施工荷载
图3施工控制技术体系示意图
监理通知
控制指令
设计图纸
七、本项目人员组成
成立监测监控项目组，由有经验的技术人员进驻施工现场负责组织协调及现场测试工作。
**高速公路**特大桥施工监测监控项目组组织机构见组织体系框图。
人员基本情况见下表：
**高速公路**特大桥施工监测监控项目组主要人员情况表
姓名
职称
学历
毕业院校
专业
卫星
高工
博士
西南交通大学
桥梁工程
陈曦
工程师
本科
重庆大学
无机非金属材料
任育珍
工程师
本科
西南交通大学
土木工程
沈传贺
工程师
本科
西南交通大学
土木工程
李济
工程师
本科
兰州交通大学
土木工程
金星
助理工程师
硕士
重庆交通大学
工程力学
八、本监控项目所需表格
本监控项目所需表格见附表1-6，其他如轴线偏位和墩顶偏位等表格利用施工单
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