装配式涵洞监控方案(调整以后).doc

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六武高速公路安徽段装配式涵洞

施

工

监

控

方

案

合肥工业大学土木建筑工程学院

二〇〇六年十月

15

目录

一、工程概况 1

二、施工控制的目的和意义 1

三、施工监控主要内容和目标 2

4.1施工监控的主要工作内容 2

4.2施工控制的目标 3

五、施工控制误差分析 3

六、涵洞结构分析 4

七、施工监测 5

7.1断面应力测试 5

7.1.1测点布置 5

7.1.2测试手段 6

7.1.3测试工况 7

7.2基底压力测试 7

7.2.1测点布置 7

7.2.2测试手段 8

7.2.3测试工况 8

7.3涵洞整体位移 8

7.3.1测点布置 8

7.3.2测试手段 9

7.3.3测试工况 9

7.4涵洞变形监测 9

7.4.1测点布置：

9

7.4.2测试手段：

9

7.4.3测试工况 10

八、施工控制组织机构 10

8.1施工监控协调小组 10

8.2施工监控项目组 10

8.3联系单传递方式 11

九、施工控制实施日程安排 11

9.1现场监测监控前的准备工作 11

9.2涵洞结构内力与变形监测 11

9.3施工控制总结和报告撰写 11

十、对施工单位的协作事项要求 11

10.1提供实际的施工步骤安排计划 11

10.2协助完成工作 12

10.4对施工现场的要求 12

十一、控制具体流程 12

11.1预制构件吊装阶段 12

11.2现浇底板阶段 12

11.3回填覆土与压实阶段 13

十二、误差控制 13

十三、拟投入设备及人员安排 14

十四、工程量清单及报价 15

装配式涵洞施工监控方案

一、工程概况

预制装配式钢筋混凝土盖板涵洞通道位于六安至武汉高速公路安徽段，分别为3.5m×2.5m，净高2m和6.3m×4.5m，净高3.8m两种类型预制钢筋混凝土涵洞。

涵洞每节长3m，由两块预制边板、一块预制顶板和现浇底板组成，边板、顶板和底板均采用C30混凝土，施工时必须保证边板和顶板精确吊装就位后才进行底板的浇筑和养护，底板达到设计强度后方可进行涵洞两侧对称填土及顶部填土。

采用预制装配式涵洞可以缩短高速公路的建设周期、提高高速公路的路基质量，延长高速公路的使用寿命，保护环境。

节省建设资金。

符合工业化生产要求。

同时可以应用于城市道路的过人通道，地下的排水系统、管网系统。

也可以用于高速铁路的立交系统。

二、施工控制的目的和意义

随着国民经济的快速发展和人口的高度城市集中化，地下空间已经作为一种重要的自然资源加以开发和利用。

地下结构在能源、交通、通讯、城市建设和国防工程等方面获得了广泛应用。

当前，为缓解或从根本上解决人口增长对城市环境的压力，世界各国都在大量修建或即将修建各种城市隧道和地下建筑物。

预制装配式钢筋混凝土涵洞是涵洞施工所采用的新型施工方式，从实践情况看，其优越性很多，经济效益显著。

一、地面预制，强度易于保证，可制作高强度混凝土管片；二、自重轻，结构精巧；三、与同类现浇混凝图建筑物相比，节省材料、造价低廉，能够降低工程造价；四、现场拼装简单、施工速度快。

在基础开挖到设计深度后，两侧挡土墙只需三角架“金不拉”吊装即可，挡土墙用完拉筋固定，回填土后便可交付使用；五、适合于工厂化生产、工程质量便于控制，克服了在野外施工的种种弊端。

装配式涵洞结构是由若干块弧形的管片拼装而成的，管片与管片之间通过螺栓或其它方式连接。

由于接头的存在，管片内力分布比整体式涵洞要复杂得多，接头位置实质上反映了管片的分块分布形式，管片的分布形式由涵洞直径、结构受力特性、防水效果、拼装工艺等诸多因素决定。

而从地层与结构相互作用来看，接头位置改变带来结构刚度的变化将会影响土层与结构的相互作用，从而调整作用在结构上的载荷，最终导致结构内力及变形的改变。

弄清楚钢筋混凝土管片结构的力学机理，建立一个合理的结构力学模型一直是摆在从事装配式涵洞研究工作者们面前的一个重要问题。

管片的合理结构设计直接影响到工程造价和运营阶段的维修费用，其设计的关键就是模型的选择、参数的取值和结构形式的优化。

施工控制的目的就是确保施工中结构的安全和确保结构形成后的线形和内力状态符合设计要求。

装配式涵洞的理想几何形态与合理的内力状态不仅与设计有关，还依赖于科学合理的施工方法。

对于拼装预制管片施工的装配式涵洞来说，施工控制就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段分析，确定出每个施工阶段的力学特性，监测不同分级荷载作用下涵洞各控制截面的应变、径向变形以及整体位移，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一阶段的施工进行调整，以此来保证涵洞线型、以及结构内力状态符合设计要求。

影响装配式涵洞施工过程中结构内力和变形的因素主要有以下几方面：

（1）地基承载力

（2）基础的不均匀沉降对涵洞的影响

（3）施工过程中，预制涵洞管片吊装的精确度

（4）拼装时，管片连接方式

（5）吊装过程中，构件的变形和内力

（6）现浇地板对吊装构件的影响

（7）回填覆土过程中，每次回填土的高度

（8）回填土荷载对涵洞的位移、变形和内力影响

（9）回填覆土过程中，压实方式对涵洞的影响

（10）路面结构的施工以及荷载对涵洞的影响

当上述因素与计算估计不符或者有所超标，而又不能及时识别引起监控目标偏离的真正原因时，必然将导致损失，所以施工监控是装配式涵洞施工过程中不可缺少的工序。

三、施工监控主要内容和目标

4.1施工监控的主要工作内容

1、根据施工监控大纲、设计图纸、施工组织设计等资料，撰写装配式涵洞施工监控规划和实施细则；

2、施工过程中，基础沉降观测；

3、施工过程中，整体结构安全性验算；

4、吊装过程中，吊装精确度的监控；

5、吊装过程中，管片应力与变形监测；

6、回填覆土过程中，每级回填土荷载下，涵洞应力、变形和位移监测；

7、填土压实过程中，涵洞应力和变形监测以及整体位移监测；

8、施工过程中参与重大技术讨论会；

9、撰写施工监控报告。

4.2施工控制的目标

1、各预制件控制截面内力和弯矩在允许范围内；

2、结构内力达到设计要求或满足规范；

3、结构线形和顺；

4、保证施工过程结构安全。

五、施工控制误差分析

实际施工中结构状态总是由于设计参数、施工误差、测量误差、结构分析模型误差等因素偏离目标。

为了能及时有效地将实测数据（体系本身的变化、变形、应力、现场气温等）、调整参数信息、误差信息反馈到实际施工控制中，指导现场施工作业，可编制基于现代控制论中的随机最优控制理论和有限元法的的计算程序，建立现场计算机工作站（EWS），将实测结构控制参数输入，得出有效调整量，获得最优调整方案，同时预告下阶段结构状态。

误差分析是施工监控的难点，也是施工监控三大系统中相对最不成熟的部分，主要原因是测试数据较少而影响因素较多的矛盾引起的。

下面将装配式涵洞可能碰到的误差、误差的严重程度以及解决方法分析如下：

（1）结构刚度误差

引起结构刚度误差的因素，一方面是混凝土弹性模量的改变，另一方面截面尺寸的变化，都对刚度有所影响。

对于装配式涵洞来说，结构刚度误差对施工控制质量的危害不大。

（2）地基土与回填覆土参数

涵洞是一种地下结构物，土对其既有支撑作用，也起着外荷载的作用，因此，地基土和回填覆土的参数直接影响到涵洞的受力情况、线形及其稳定性。

在进行涵洞的设计和验算时，首先要准确掌握涵洞周边土的一些力学参数，但是这些参数因为现场水、温度等环境的不同，也就不同，要准确掌握非常困难。

因而，在结构验算时通过对现场数据的采集，与理论计算值的比较，不断地修正这些参数，使得计算模型和现场实际情况接近，才能减小误差，使得计算值和实际情况相符合。

（3）拼装误差

预制构件通常情况下比较大，由于本身刚度的影响，实际拼装时很难做到与设计一致，使得精度很高。

预制构件的装配包括边板的吊装和顶板的吊装，而边板的定位直接影响到顶板的定位，所以吊装过程中每一个环节都非常重要。

预制构件的拼装是保证装配式涵洞完工后满足设计要求最重要的，也是最直接的手段，定位时只要态度认真，并且构件在设计上是合理的，构件定位误差能够控制在允许范围以内。

（4）温度影响

温度影响是施工控制中较难掌握的因素，这主要是因为温度始终变化无常，而且在同一时刻，结构各部分也存在温差。

所以，在结构计算中一般不把温度影响作为单独工况，而是将温度影响单独列出，作为修正。

温度测量也比较困难，一般情况下，只能测气温，而气温和结构温度是有很大差别的。

温度变化虽然随时存在，但其对施工控制的危害主要表现构件拼装时，选择夜间或者早晨进行预制构件拼装比较合适。

温度影响变化无常，每个结构物都有各自特点，所以施工控制前必须加强观测，及时掌握规律，尽可能排除温度影响。

如果能掌握温度引起挠度的变化规律，可以将拼装工作安排在任意的时间进行，对于加快施工进度是有好处的。

六、涵洞结构分析

在施工控制开始前，根据设计图及施工单位提供的施工方案，对结构进行全施工过程模拟计算，采用ANSYS和ADINA通用有限元程序计算，根据计算结果对桥梁结构在施工过程中的应力按规范要求验算，并与设计单位核对计算结果。

ANSYS为功能齐全的高级非线性有限元软件，可以处理各种线性和非线性结构分析。

ANSYS主要包括三个部分:

前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的祸合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力:

后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

软件提供了100多种的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。

主要计算内容是：

1吊装和现浇结束时，对涵洞整体进行结构验算；

2每一级回填覆土荷载下，涵洞结构的变形和内力以及基底压力计算；

3在每一级回填覆土的基础上，压实过程中，涵洞结构的变形、内力、整体位移以及基底压力计算；

4施工完成时，涵洞最终状态下结构的受力和变形情况；

七、施工监测

施工监测是装配式涵洞施工控制系统的一个重要部分，各种结构施工控制中都必须根据实际施工情况与控制目标建立完善的施工监测系统。

装配式涵洞施工监测系统包括结构设计参数监测、几何状态监测、应力监测、动力监测、温度监测等几个部分。

通过建立施工监测系统，跟踪施工过程并获取结构的真实状态，不仅可以修正理论设计参数，保证施工控制预测的可靠性，同时又是一个安全警报系统，通过警报系统可及时发现和避免桥梁结构在施工过程中出现的超出设计范围的参数以及结构的破坏。

施工监测是为施工控制服务的，所进行测试内容也是围绕施工控制进行的。

为了保证整个施工控制的顺利进行，综合现场实际情况，选择每种类型涵洞的一座进行监控研究，现初步选择第11标段，桩号K59+252处，截面3.5m×2.5m，净高2m和第12标段，桩号ZK65+887处，截面6.3m×4.5m，净高3.8m两座涵洞的2—3个管节进行监控，进行的测试内容如下：

7.1断面应力测试

在涵洞的控制截面布置应力量测点，以观察在涵洞施工过程中这些截面的应力变化及应力分布情况。

7.1.1测点布置

装配式涵洞每个节段长度3m，本次监测任务中，在选择的每个节段两端处各设置一个监测断面，沿轴线线方向中点处设置一个监测断面。

每个预制构件的拼接处内外表面各布置一个测点，顶板的中间即顶点处内外表面各布置一个测点，边板在构件水平方向以及距水平方向25°和45°夹角处内外表面各布置一个测点，每个测点布置环向和轴向两个方向的应变片。

则每节段涵洞布置54个测点，由于在拼装后要进行回填覆土，会损坏表面应变片，涵洞的外表面测点将采用预埋混凝土应变计的方式进行监测。

在选择的管节中必须保证至少一个管节的断面应力测点按照上述布置方法进行测点布置，其余管节可以充分利用其对称性进行布置测点，共计138个混凝土应变计和138个应变片（详细布置见下图）。

7.1.2测试手段

由于电阻式应变片具有较好的长期稳定性，操作简单，比较适合施工监控的要求，本项目将主要采用电阻式应变片。

BX应变片指标：

灵敏系数：

1%；

应变极限：

2.5%；

工作温度：

-30℃～+70℃

疲劳寿命：

107

适用粘结剂：

XF－14,502

EBJ-57应变计指标：

测量范围：

拉800με、压1200με；

测量分辨率：

≤0.02%F.S；

综合误差：

≤1.5%F.S。

工作温度：

-25℃~+60℃

ZXY-2型频率读数仪:

测量范围：

频率（f）500~5000HZ显示值10-3；

测量精度：

±0.008Hz；

分辨力：

±0.1Hz；

工作温度：

-10~+50℃；

灵敏度：

接收信号≥300uv,

持续时间≥500ms。

7.1.3测试工况

a、涵洞预制构件吊装前；

b、涵洞预制构件吊装完成后；

c、现浇底板前后；

d、每一级回填覆土荷载以及压实过程都必须采集数据。

e、回填和压实完成后。

7.2基底压力测试

为了很好的了解上部回填覆土荷载以及压实能量对装配式涵洞的影响，涵洞底部的压力是很重要的参数，可以直观的反应上部荷载的传递，因此,施工过程中基底压力的监测是施工监测工作的必要内容,亦是理论研究的主要依据。

7.2.1测点布置

在选择进行断面应力监控的管节进行基底压力监测，每个涵洞节段设置三个监测断面，分别为沿轴线方向两端和中点处。

两个边板的底端两个角点处各设置一个测点，与现浇底板相接处各设置一个测点，现浇底板的两端和中点处各设置一个测点（详细布置见下图）。

7.2.2测试手段

基底压力采用压力埋设压力盒进行测试。

为了使压力盒能够比较真实而准确的反映测点压力，埋设压力盒时采取如下措施：

由于管径较大，而压力盒接触面的直接与管径相比较非常小，因此，只要用砂纸打磨混凝土表面即可保证完全接触，采用结构用A、B胶粘合。

为了确保压力盒受力面接触良好，受力均匀，在管底埋设点40×40cm范围内铺1.5cm厚细砂。

安装压力盒时其工作面必须朝向土体与拟侧压力方向垂直。

7.2.3测试工况

采用人工测量，测量下述三个工况：

a、现浇底板后；

b、每一级回填覆土荷载以及压实过程都必须采集数据。

c、回填和压实完成后。

7.3涵洞整体位移

涵洞在施工过程中，上部荷载和压实作用对涵洞整体位移影响，测量其竖直向和水平向位移，减少在计算中的误差。

7.3.1测点布置

考虑到涵洞在施工过程中既有自身的变形也有整体的位移，在涵洞底板中点的内表面、顶板中点处的外表面的和左右内表面各设置一个位移观测点。

观测断面的布置同压力盒的布置断面，位移观测点视现场实际情况可适当增加。

（见下图）

7.3.2测试手段

采用自动安平水准仪和全站仪进行观测。

7.3.3测试工况

a、现浇底板后；

b、每一级回填覆土荷载以及压实过程都必须采集数据。

c、回填和压实完成后。

7.4涵洞变形监测

涵洞自身在施工过程中的变形直接关系到涵洞结构的受力情况，可以清楚地了解结构在哪个部位受压和受拉。

7.4.1测点布置：

在所选择的管节上进行变形监控，每个涵洞节段设置三个断面，断面的布置与应力监测断面的布置相同。

每个监测断面的顶板中点和底板中点各布置一个监测点，顶板和边板的拼接处各布置一个变形观测点，横断面水平方向两端内表面各布置一个观测点。

详细布置见下图。

7.4.2测试手段：

位移计与百分表通常应用于结构变形的观测，而且且安装简单，测试数据精确，本项目中拟采用位移计和千分表进行装配式涵洞在施工过程中变形的监测。

百分表指标：

测量范围：

0-50mm；

测量分辨率：

0.01mm；

综合误差：

0.1%；

工作温度：

-25℃～+60℃

位移计:

测量范围：

0～50mm；

测量精度：

±0.01mm；

分辨力：

0.01mm；

工作温度：

-10～+50℃；

7.4.3测试工况

a、吊装完成后；

b、现浇底板后；

c、每一级回填覆土荷载以及压实过程都必须进行观测。

d、回填和压实完成后。

八、施工控制组织机构

8.1施工监控协调小组

为了更好地协调各方工作，成立装配式涵洞施工监控协调小组，由建设、监理、设计、施工、监控单位组成，负责协调工作及决策，由监理单位任组长，其他单位为成员。

每施工若干节段（视具体情况）后有一次例会，由监理组织，业主、监理、设计、施工、施工监控和有关专家参加，会议听取施工监控项目组的工作汇报，对施工中出现的问题给予纠正或协调解决。

在施工中出现问题时应由监控协调小组召集紧急会议，及时提出处理办法。

8.2施工监控项目组

常规的监控工作由监控项目组完成，项目组由监控单位人员组成。

施工监控项目组根据设计图，提出施工监控的具体细则与各阶段监控目标，并负责对施工单位的技术人员交底和培训，在每一节段主梁的施工前以监控联系单方式给出其标高和应力的控制值。

如果发现异常情况，施工监控项目组根据现场监测数据，采用误差分析方法，与设计单位协商之后，提出各施工阶段变形和应力的调整实施方案。

8.3联系单传递方式

现场数据交换采用固定格式，统一编号，并由各方认可，监理单位为监控与施工方的总接口单位。

施工单位测的标高数据，须监理单位、监控单位认可后发送到监控单位。

监控单位的监控指令发送到监理单位，由监理单位监督执行。

每2～3节段（视具体情况），监控单位提交阶段报告。

九、施工控制实施日程安排

9.1现场监测监控前的准备工作

①撰写施工监控初步方案，方案中包括监控的方法、设备、过程、人员、报价等等，此过程大约需要10天左右；

②合同签订后，和有关协作部门联系，取得施工图设计、施工组织设计等资料，与业主、设计、监理和施工单位确定施工临时荷载，支架构造、施工工艺，其中包括全过程的工艺，并形成文件，在施工过程中任何一方不得随意改变，然后着手开始准备数据文件，撰写施工监控实施方案，此过程大约需要20天左右；

③召开施工监控现场会议，成立施工监控协调小组和施工监控项目组，确定人员和各方协作关系，此过程大约需要5天左右。

④和设计院核对计算数据，并根据实际施工情况进行优化，调整工序或修改数据，向业主、设计或施工单位提出合理化建议，此过程大约需要10天左右。

9.2涵洞结构内力与变形监测

①预制构件吊装前施工监测和控制人员进入现场，根据情况决定预埋测点，此过程大约需要10天左右。

②底板浇筑前，监控人员埋设压力盒等仪器，此过程大约需要10天左右。

③悬臂浇筑后，施工监测和控制人员必须常驻现场，埋设位移计，百分表等仪器，进行现场测试和计算分析工作，直到施工结束。

9.3施工控制总结和报告撰写

施工完成后2个月内，提交施工控制总结报告，并请有关专家验收。

十、对施工单位的协作事项要求

10.1提供实际的施工步骤安排计划

请施工单位提供具体的施工步骤安排计划，主要包括：

预制构件的吊装步骤、每个节段施工的具体步骤、每个步骤的主要位置、每个步骤的大致时间安排、拼接顺序等，这些计划在施工开始后不应有人的变化，尤其是拼装顺序不得变化。

10.2协助完成工作

①整体位移控制测点标高测量

②监测仪器的埋设

预制构件的测试仪器，尽可能是内部埋设，要求施工单位预制构件前通知监控小组，并协助监控小组准确、安全地埋设仪器。

基地压力盒的埋设必须在吊装前和现浇底板之前。

③协助监控小组现场测试工作，保证监控人员顺利、安全地完成现场测量工作。

10.4对施工现场的要求

①主要施工机具的数量及位置应尽量与施工步骤安排所确定的相同；

②对应力、变形及位移现场测试传感器的引出线及测量仪器制作钢箱予以保护、供电，以保证整个施工过程中均可观测。

十一、控制具体流程

11.1预制构件吊装阶段

1）建立施工监测网；

2）吊装前埋设应变测试传感器；

3）吊装前，对边板的基底压力盒进行埋设和初始测试；

4）布设顶板水平位移和竖直位移测点并进行初始值的测量；

5）对吊装精度的控制测量

6）吊装就位后，监控小组对测试仪器进行量测；

11.2现浇底板阶段

1）底板浇筑前，对现已埋设的应变片和压力计进行测试，记录数据；

2）底板浇筑前，埋设现浇底板下的压力盒，并校核和记录初始数据；

3）施工控制小组分析测量结果，如有异常，及时上报；

4）浇筑完混凝土后第二天测量所有测点标高，经监理签认后提供施工控制小组；

5）浇筑完混凝土后第二天测量本节段上的所有应变测点，监控小组对测量数据进行整理分析，经监理签认后提供施丁控制小组；

6）浇筑完底板混凝土后，埋设涵洞内部位移计和百分表，进行调整和初始数据的测量记录；

7）施工控制小组分析测量结果，根据上一施工周期测量值和应变、位移等测量结果计算、预报异常值；

8）监理将上述预报标高最后核定后，下指令交施工单位执行。

11.3回填覆土与压实阶段

1）回填覆土之前，对所有埋设应变计（包括应变片）进行测试，并记录数据；

2）测量所有整体位移控制测点标高；

3）确定每级回填覆土高度，涵洞两侧对称回填；

4）第一级回填覆土回填完成后，对涵洞内埋设的应变计、位移计、百分表以及压力盒进行数据采集，并记录数据；

5）第一级回填覆土回填完成后，对整体位移控制点进行观测并记录数据；

6）对所测数据进行整理计算、分析有无异常值；

7）如无异常，对第一级回填覆土进行压实处理；

8）覆土压实处理过程中，对位移计、百分表进行数据采集，注意涵洞结构变形情况有无异常；

9）压实完成后，对所有应变、变形和位移进行测量，并记录数据；

10）对以上数据进行整理、计算分析；

11）数据分析如有异常及时上报，分析原因，提出处理方案；

12）数据分析如无异常，进行下一级覆土的回填，重复3-11步；

13）回填覆土全部完成后，对所有应变、位移、变形测点进行测量，并记录数据；

14）施工监控小组对所有数据进行整理、分析；

15）施工监控小组提供施工控制报告。

十二、误差控制

1．施工控制总目标是涵洞施工完成后轴线与设计轴线线形相差在3cm范围以内；

2．涵洞预制构件的变形和内力值在结构安全允许范围之内，与设计值基本上相吻合；

3．装配式涵洞的承载能力能够达到预想值；

4．如有其它异常情况发生影响到变形和应力控制，其调整方案也应经控制小组分析研究，提出控制意见。

十三、拟投入设备及人员安排

表1拟投入本项工程的仪器设备及软件

拟投入使用的仪器设备

名称

型号

功能及效能

使用年限

设备状态

备注

混凝土应变计

EBJ

测试混凝土应变

新购置

良好

应变计导线

YSPT

测试应变

新购置

电阻应变片

新购置

应变片导线

测试钢筋应力

新购置