新广州站9座连续梁桥施工控制实施细则.docx
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新广州站9座连续梁桥施工控制实施细则
新广州站及相关工程ZQ-2标
跨环城高速特大桥
连续梁施工控制实施细则
中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司
二○○八年三月
目录
1工程概况1
2施工控制2
2.1监控监测依据2
2.2施工监控2
2.2.1监控目的2
2.2.2施工监控软件及方法3
2.2.3监控计算内容3
2.3施工监测4
2.3.1监测项目4
2.3.2线形监测5
2.3.3应力测试8
2.3.4温度场测试11
2.4施工线形控制目标12
3工作程序及组织体系13
4现场监控监测实施体系15
5质量目标及保证措施16
5.1质量目标16
5.2保证措施16
1工程概况
武广客运专线广州新客站跨环城连续梁桥具体为：
28+48+28桥一座、32+3×52+32桥一座、40+56+40桥三座、46.8+3×76+46.8桥一座、40+80+40桥一座、60+100+60桥一座、70+125+70桥一座。
箱粱横截面均为单箱单室直腹板，主梁均采用挂篮对称悬浇施工。
对于采用挂篮悬臂浇筑法施工的预应力混凝土连续梁桥来说，桥梁最终结构的形成要经历一个漫长而复杂的过程，而且施工期间桥梁结构体系也将随着施工阶段的不同而不断变化。
施工过程中，因设计参数误差（如材料特性、徐变系数等）、施工误差（如梁段重量、安装误差等）、测量误差及结构分析模型误差等种种原因，将导致施工过程中桥梁的实际状态（线形、内力）与理想目标存在一定的偏差，这种偏离如不及时加以识别和调整，累积到一定程度后将对施工过程中结构的可靠度和安全带来严重影响，并导致成桥后的结构状态偏离设计要求；而且对于预应力混凝土连续箱梁桥，已成结构（悬臂阶段）的状态是无法事后调整的，一旦出现线形误差时，该误差将永远存在，而通过重新调整后续梁段的立模标高能消除的已施工梁段的残余误差十分有限，有时甚至无法完全消除。
为此，就必须进行施工过程的控制，即根据设计文件和施工方案，进行施工架设过程计算，以确定每个悬浇阶段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和调整后续梁段的立模标高，以确保施工过程中结构的可靠度和安全，确保合龙精度和体系转换的顺利进行，最终使成桥后的桥面线形、内力符合设计要求。
针对连续梁桥结构体系的特点，施工监控的主要原则为：
（1）施工监控计算采用正装计算，注意计算中的参数识别，加强对各影响参数的测量和监测；
（2）在计算中考虑收缩徐变的影响，并在收缩徐变的上限和下限范围内对结构的影响进行评估，在监测中设置无应力计；
（3）坚持线形和应力双控，以确保施工控制的质量和结构安全；
（4）在立模标高放样过程中重点关注梁体温差变化，测量时间选择在温度较为稳定的时段进行；
（5）对于大跨度预应力混凝土连续梁桥，在整个施工过程中的关键是在主梁合龙后的体系转换，即解除临时固接换单向活动支座。
在体系转换过程中，梁体内力重新分布，对桥梁整体线形和应力会有一定影响，为此在施工监控中要对整体线形和近墩处梁段的应力加强监测，确保梁体安全。
2施工控制
施工控制的过程就是通过对施工过程的仿真计算，初步确定每个悬浇阶段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和调整后续梁段的立模标高，以确保施工过程中结构的可靠度和安全，确保合龙精度以及成桥后的桥面线形、内力符合设计要求。
本桥的施工控制内容包括施工监控和施工监测。
2.1监控监测依据
1）《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）
2）《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）
3）《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002）
4）相关设计图纸
5）《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》
6）《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ213-2005）
7）其他相关文件
2.2施工监控
2.2.1监控目的
由于在设计计算中采用的物理力学参数与实际工程中的相应参数值不可能完全一致，施工时的临时荷载也不可能考虑得很完全，导致结构的实际应力与设计时的预期效果不一致。
施工监控的目的就是通过在施工现场设立的实时测量体系，对施工过程中结构的位移（线形）、内力等参数实时跟踪测量，根据对监测结果应用先进的计算机手段进行有效的分析、计算，预测施工下一阶段设置的参数（如施工预拱度及各梁段立模标高等），保证整个结构在施工过程中的安全，并最终逼近设计成桥状态。
2.2.2施工监控软件及方法
本项目施工监控拟采用多套软件进行，主要利用国外桥梁专门分析软件MIDAS/Civil和国内桥梁专门分析软件桥梁博士（Dr.Bridge）做计算，分析结构的内力和变形状况。
考虑到本项目桥梁自身特点，采用MIDAS/Civil做空间计算作为监控计算主要软件。
本项目的施工监控使用正装迭代的分析方法。
即按实际的施工过程对桥梁结构进行正装计算，若计算的成桥状态与理想状态的差别在允许范围之内则停止，否则，再修正初始状态进行迭代计算。
2.2.3监控计算内容
（1）成桥状态的计算及复核
成桥状态是施工监控计算的目标状态。
本项内容就是形成成桥状态，按施工架设过程进行施工仿真计算并在该基础上进行成桥各种荷载组合计算，验算和复核该桥在活载作用下结构安全性和规范复合性。
（2）设计参数识别
在本桥施工控制中，设计参数的识别就是通过量测施工过程中实际结构的行为，分析结构的实际状态与理想状态的偏差，用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数，经过修正设计参数，来达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态的较大偏差的目的。
（3）施工各阶段的架设计算
施工架设过程计算与施工同步进行，包括施工前的预测计算及施工后的校核计算。
施工前的预测计算是结合现场实测监控参数，计算下一阶段施工的结构内力状态和位移状态，并据此为施工单位提供下一阶段各项施工参数的目标值。
即包括理论计算和预测参数等内容。
施工后的校核计算是本阶段施工完毕后，将架设计算结果与施工监测结果进行比较，若两者差别满足要求，则继续下阶段的预测计算及施工；若不满足要求，则根据最新的实测监控参数进行结构分析并对原施工参数的目标值进行必要的修正，提供修正计算后的施工参数。
2.3施工监测
施工监测就是通过在施工现场设立的实时测量体系，对施工过程中结构的内力、位移（线形）和温度进行现场实时跟踪测量，为施工监控工作提供实测数据，以保证主梁施工过程结构的安全及为监控计算提供实测结构参数和校核。
也就是说，通过对这些测量数据进行计算、分析和比较以判断结构是否符合设计的要求，结构的状态是否和监控的目标相一致，结构是否处于安全状态，并根据需要对结构的下一阶段状态及阶段监控目标做出必要的调整。
本桥的施工监测内容主要包括：
线形测量，结构应力测试，温度场测量等几个方面。
其中线形测量主要以施工单位的测量为主，监控组进行复核，特别是对关键阶段的复核。
结构应力测试和温度场测量由监控监测小组负责测量。
2.3.1监测项目
施工监控的项目见表2-1。
表2-1施工监测项目一览表
序
号
监测项目
监测阶段
备注
主梁施工
1
基础沉降
◇
2
各节段截面尺寸、节段梁重
◇
3
主梁线形
◇
4
主梁轴线的平面位置
◇
5
主梁关键截面的应力
◇
6
主梁温度场
◇
其中主跨跨度56m以下桥梁不进行主梁应力及温度场测试。
2.3.2线形监测
按《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》的要求，对主梁悬臂浇筑过程中的立模标高、局部线形、轴线偏位、同跨对称点高程差、合龙段相对高差、断面尺寸偏差、已浇筑段及成桥后主桥系统控制等指标进行控制监测。
线形测量主要内容包括：
●线形控制网及高程控制基准点复核
●主梁立模标高及截面尺寸的放样监测
●中线偏位测量
●主梁标高测量
●基础沉降定期测量
●合龙前后线形24小时联测
●成桥线形测量
2.3.2.1线形控制网及高程控制基准点复核
建立主桥线形控制网，在控制网中按规范要求测设主桥高程控制基准点，其为理论不动点，由水准基点引测其高程。
为防止测点位置移动或破坏，线形测试前需对高程控制基准点进行复核，要求每两个月复测一次。
测量采用水准仪进行。
2.3.2.2主梁立模标高与截面尺寸的放样监测
在施工挂篮移动到位，固定底模后，用极坐标法测出每节段的桥轴线及底板两边点。
因箱梁采用变截面形式，所以底板上每点的里程不同高程也不同。
根据设计及施工监控计算所提供的资料在立模前计算出挂篮每块前端的底板和顶板主要控制点（见图2-1中a,b,c,d,e,f,g,h,i各点）的坐标，利用全站仪直接控制各主要点的平面位置，再根据水准控制点用水准仪来控制各主要点的高程。
控制好各主要点后用钢尺来控制细部尺寸，在保证每块箱梁的平面和高程的基础上还要保证局部尺寸和位置。
图2-1箱梁截面立模控制点
以上是箱梁立模时的模板控制，它是现浇悬臂箱梁控制的一个部分。
其控制关键在于通过挂篮试验数据，准确预测浇注过程中的弹性和非弹性变形，在放样过程中对这些变形给予适当的考虑，保证箱梁截面在浇注成形后最优化，减小截面特性施工误差。
此项工作在每一节段立模前均需进行。
2.3.2.3主梁高程控制点的监测
主梁高程控制点位以施工单位的布点为准，采用水准仪测量，从高程控制基准点引测。
主梁高程控制点设在墩顶中线处，要求每月复测一次。
2.3.2.4中线偏差及主梁标高监测
根据架设主梁的中线标志，采用测小角法直接以经纬仪或全站仪测量其偏角。
具体做法是：
仪器架设在一边墩中心，瞄准另一边墩的中心，视线为基准线，然后观测各已架设主梁的中线标志相对于基准线的偏角
，则偏移值
为:
式中:
—单位弧度换算到秒，其值为206265。
—测点到测端的距离。
每节段施工完成后，测量该节段的标高及相邻2个节段的标高变化，测点布置见图2-2（当前节段施工测量N1-1、N1-2、N1-3、N1-4、N1-5五点，后续节段施工只测N1-1、N1-2、N1-3三点）。
主梁标高测量按以下三个工况进行：
●混凝土浇筑前
●混凝土浇筑后
●张拉预应力后
图2-2主梁标高测点布置图
2.3.2.5基础沉降定期测量
在各墩承台顶面分别设置2个沉降观测点。
基础沉降采用全站仪按坐标法进行测量。
测试工作每完成5个节段后进行一次。
2.3.2.6合龙前后线形24小时联测
边跨合龙前后各进行一次24小时联测，以观测主梁线形随温度变化情况。
另外在具体施工时，视监控计算与监测结果的对比需要，进行温度对线形的影响观测。
2.3.2.7成桥线形测量
成桥线形（合龙后，二期恒载铺装前）测量全桥线形，每5m布置两个测点，测量主梁成桥线形。
线形测量注意事项：
①线形测量过程中，各墩之间及各墩与施工控制网之间应进行联测，以确保测量数据的可靠、准确。
②为尽量消除温度对线形测量的影响，线形测量时间定在温度相对恒定时进行，一般在夜间20：
00以后或清晨日出7：
00之前，并随季节调整。
③线形测量时须同时记录桥面临时荷载位置及荷载大小。
④施工监控过程中应注意因暂时不平衡力而引起的主梁和墩身线形的变化。
⑤施工监控过程中，应注意各种临时荷载、挂篮等力是否平衡。
尤其要注意在悬臂施工时两侧荷载的平衡。
⑥在悬臂施工结束及合龙前两端挂篮拆除必须同步卸载，严禁因不平衡荷载而导致梁体跷跷板现象，影响合龙和线形。
2.3.3应力测试
结构的应力测试结果一方面用来评价施工质量，另一方面还可用于桥梁施工过程中结构安全和竣工后的跟踪监测，进一步完善桥梁设计理论。
对大跨度预应力混凝土桥梁而言，由于混凝土材料的非均匀性和不稳定性，受设计参数（如材料特性、密度、截面特性等参数）、施工状况（施工荷载、混凝土收缩徐变、预应力损失、温度、湿度、时间等参数）和结构分析模型等诸多因素的影响，结构的实际应力与设计应力很难完全吻合，即计算应力不可能准确反映结构的实际应力状态。
因此，在预应力混凝土结构的应变实际测试中，通过系统识别、误差分析与处理，使测试应力尽可能地接近于实际，从而较准确地掌握结构的真实应力状态。
为了排除非受力应变，在埋入工作应力计的同时，也埋设无应力计，测试混凝土的非应力应变，再根据混凝土的应力应变关系，可以推算混凝土在不同应力状态下的单轴应变计算公式，从而计算混凝土的应力。
（1）传感器选择
基于大桥施工工期长、工作量大（测量频繁且须多点同时读数）、现场测试环境差（边施工，边测量），密封、绝缘要求高，温度变化难于预测，因撞击、振捣损坏传感器器件的情况不可避免。
同时，还必须设法排除混凝土收缩徐变对测试结果的影响。
在整个监测监控期间，为了不影响桥梁现场施工进度，鉴于同类桥梁施工监控的经验，拟选用埋入式钢弦应变传感器。
目前，工程界普遍认为，埋入式钢弦应变传感器量程大、精度高、零漂和温漂小，且自身防护破损的能力好，便于长期观测，是混凝土应变测量较理想的传感元件。
根据混凝土箱梁结构可受到的荷载和温度变化情况，拟选用ZX-212A型钢弦式记忆智能数码应变计。
其主要指标如下：
量程±1500με、灵敏度1με、长期稳定性2～3με。
配合使用无应力计，检测仪器为ZX-300型钢弦频率巡检仪。
（2）测试断面及测点布置方案
实践表明：
箱型截面整体性好，结构刚度大，承受正、负弯矩及抗扭能力强，是一种经济合理的截面形式。
单箱单室薄壁截面，可提高单位面积的惯性矩。
对于大跨度三向预应力混凝土连续梁桥，箱梁结构在混凝土悬浇中各截面的应力分布有很大的差别，起控制作用的因素是主梁的自重、挂篮和预应力，因此监测主梁的上下缘正应力就显得尤为重要。
应力测试断面的选择主要考虑以下因素：
①结构受力的关键截面；②施工流程；③桥梁自身特点；④结构的对称性；⑤结构或构件的受力特点。
基于此，在箱梁上布置应力测试断面，具体布置见图2-3。
其中1-1、5-5截面设在跨中附近，4-4截面设在1/4跨附近，2-2、3-3、6-6截面设在1#节段前端。
具体可根据各T构施工情况调整。
（3）钢弦应变计埋设
为保证埋设的钢弦应变计有较高的成活率，需对埋设的应变计适当处理和进行多项检查。
在操作中尽可能准确地使钢弦应变计与纵向应力方向保持一致。
为防止混凝土浇筑过程中传感器的窜位和角度改变，埋设时用扎丝将传感器较牢捆扎在钢筋上。
为保护组件不受损坏，施工过程中应注意保护，杜绝电焊和混凝土振捣棒与其接触。
（4）主桥箱梁结构应力测量
混凝土箱梁的悬浇过程大致可分为三个工序：
①挂篮前移、立模；②混凝土浇筑；③预应力张拉。
应力测量考虑到施工中特殊工况和温度大幅变化等情况，因此，主梁应力测量应在以下工况进行。
测量时间选定在每一工况结束后3－12小时为宜，同时，在每一施工阶段，各工况测量时的温度变化不能太大。
●每节段混凝土浇筑完成
●每节段预应力张拉完成
●合龙段浇筑前后
●合龙段预应力张拉前后
●全桥合龙后
图2-3应力测试截面及测点布置
（5）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
式中
——载荷作用下混凝土结构的弹性应力；E——混凝土弹性模量；
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。
根据CEB—FIP（1990）标准规范，在时刻t承受单轴向应力
的混凝土构件,在时刻t测量总应变
可分解为：
式中
——加载时初应变；
——时刻t>τ时的徐变应变；
——收缩应变；
——温度应变；
——系统应变误差。
桥梁结构的实际状况与理论状况总是存在着一定的误差，究其原因，主要由设计参数误差、施工误差、测量误差、结构分析模型误差等综合因素干扰所致。
只有通过理论分析、误差分析等手段，使测试应力结果尽可能地接近于结构实际，才能较准确地掌握结构的真实应力状态。
由于混凝土材料的特殊性，测量应力的误差主要来源于混凝土的实际弹性模量的测量和混凝土的收缩徐变的计算。
为了排除非受力应变，在埋入工作应力计的同时，也埋设无应力计，测试混凝土的非应力应变（主要是指徐变和收缩），徐变应变需要通过相关计算、经验及分析加以扣除。
从实测的总应变中减去无应力计测试的无应力应变和徐变应变计算值，即可得到由应力引起的混凝土应变，再根据混凝土的应力应变关系，可以推算混凝土在不同应力状态下的单轴应变计算公式，从而计算出混凝土的应力。
2.3.4温度场测试
结构受力状态及线形的变化除与结构外荷载状态等因素有关外，还与结构体系的温度场相关。
桥梁结构在桥位处各种环境因素影响下，其温度场的变化主要体现在长期季节温差和短期体系温差两种形式上。
长期季节温差主要是由于季节变换（环境气温）而引起结构整体升降温，对结构的影响主要体现在：
结构整体升降温及合龙温度控制；短期体系温差主要指桥梁结构在日照等因素影响下，在结构内部产生不均匀温度场，形成温度梯度。
施工过程中，这两种形式的温差将对结构的内力及线形产生重要影响。
因此，必须在施工过程中对温度场进行监测。
温度的测试主要有以下两种情况：
①悬臂施工过程中的温度测试，与应力测试同步进行；②在桥梁结构施工至大悬臂状态时，进行一次温度—挠度的24小时连续观测，以准确了解它们之间的关系。
（1）测试工作内容
温度场的测试工作内容主要包括：
①环境温度测试；②箱梁温度场测试
（2）测试仪器及元件
温度场测试元件采用JMT-36半导体智能型温度传感器进行。
JMT-36智能型温度传感器主要性能：
精度±0.5℃，稳定性±0.5℃，测量范围-40℃～150℃，线性误差±0.3℃；其测量结果可不受接长导线长度影响，测量仪器采用ZX-300型巡检仪。
（3）测试断面与测点布置
温度场测试断面的选择及测点布置主要考虑以下因素：
①一般认为，桥梁沿长度方向的温度变化比较小；②结构的对称性；③结构或构件温度场的分布特征；④合龙精度控制需要。
温度场的测试值作为参数供施工控制计算之用。
温度场的测试断面及测点布置见图2-4,具体可根据施工流程变化布置断面。
图2-4温度测试截面及测点布置
2.4施工线形控制目标
根据《《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》铁建设［2005］160号规定连续梁悬臂浇筑梁段的允许偏差见表2-2。
表2-2悬臂浇筑梁体实测项目及偏差允许值
项次
检查项目
允许偏差（mm）
1
悬臂梁段高程
+15，-5
2
合龙前两悬臂端相对高差
合龙段长的1/100，且不大于15
3
梁段轴线偏差
15
4
梁段顶面高程差
±10
5
成桥后主梁线形
±30
3工作程序及组织体系
施工控制工作是一个复杂的系统工程，涉及建设、设计、施工、监理和监控等多个部门和单位，尤其是施工控制更需要各个部门和单位密切合作、团结协调、共同努力来实现的。
因此，为确保各项工作的有序、协调、有效开展，必须事先建立完善的组织体系和信息传递机制。
为保障施工控制工作的高效运作，必须明确施工控制实施过程中的各项工作制度和组织制度。
为此，在施工控制阶段，建议成立由大桥的建设单位、设计单位、施工单位、监理单位和监控单位有关人员组成的“施工控制领导小组”，负责施工控制工作过程中的总体协调工作。
为确保监控工作及时进行和监控的有效性，我公司将组织精干人员组成“施工监控工作组”，常驻现场，密切配合现场施工，监控工作组下设监控计算和监控测量小组。
另外，我公司还将为大桥的施工监控工作设立专家组，专家组由有着丰富桥梁设计、施工、科研、试验检测经验的专家组成，为施工控制工作提供技术咨询，把好质量关。
专家组由下列人员组成：
田启贤：
教授级高工，副总经理
王戒躁：
教授级高工，副总经理
汪双炎：
教授级高工，副总经理
汪正兴：
教授级高工，总工程师
为了使得本桥的施工控制做到渠道畅通、令行禁止、高效运作、责权清晰，做好客运专线桥梁质量工作，驻地监控组负责做好以下工作：
①负责提供施工控制实施细则；
②负责提供施工监测、监控计算分析报告；
③监测各施工阶段控制断面的应力、梁体的变形；
④在实际施工过程中，根据误差分析，提供预测的下一施工过程立模标高值；
⑤负责施工监控所有测试元件的预埋、安装等；
⑥负责收集施工监控过程中由施工单位提供的混凝土弹模、容重、测量、荷载等数据；
⑦对由施工单位提供的测量数据进行必要的复核；
⑧向业主提交阶段性工作报告；
⑨在关键施工阶段及时向业主提交监测、监控结果和建议。
现场施工单位在施工过程中要做好以下方面工作：
①施工组织设计与进度安排，变更原定施工方案应及早提出；
②提供挂篮重量及支点反力，挂篮在承重状态的支点反力及挂篮的静压及加载试验数据；
③混凝土强度试验：
每一次浇筑混凝土均应制作试块，并分别在标准养护及自然养生的条件下养生，进行混凝土的强度评定；
④提供桥面施工临时荷载；
⑤提供混凝土的实测容重值和实测弹性模量值；
⑥负责施工放样﹑高程及线形测量，并将高程及线形资料提供给施工控制单位；
⑦尽可能为施工控制预埋传感器提供方便，确保施工期间传感器导线完好无损。
为了便于系统各单位各部门联络和传递信息，各相关单位负责整理各自资料，以专用表格形式汇集结果，以便随时讨论、分析明确下一步指令。
图3-1为各方工作流程。
图3-1各单位工作流程图
4现场监控监测实施体系
现场监控监测实施体系如图4-1所示。
图4-1监控监测实施体系
5质量目标及保证措施
5.1质量目标
我公司对此工程的质量目标是：
（1）让业主满意；
（2）测试成果真实可靠，监控质量满足设计要求，研究报告具体翔实。
5.2保证措施
贯彻GB/T19001-2000标准，根据我公司《质量手册》《程序文件》开展各项工作。
（1）桥科院组织体系为：
院管理层—院所总体管理层—现场试验工作人员；
（2）选派业务素质高的人员组成现场试验组，并使成员各具所长，配合密切，以利于各项工作的开展；
（3）选择性能可靠的试验元件，并严把元件质量关。
对本工程使用的元件，
在埋设前均进行检测。
在埋设时要求技术人员耐心细致，认真负责；
（4）对本试验使用的仪器设备均经标定，确保仪器设备准确可靠；
（5）对测试工作加强自检、互检，严格执行复核制度；
（6）加强各项记录的管理。
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