跨320监控方案.doc

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1、沪昆高速铁路跨320国道特大桥（60+100+60）m连续梁施工监控方案中南大学土木建筑学院2011年1月8日沪昆高速铁路跨320国道特大桥（60+100+60）m连续梁施工监测、监控方案一、概述跨320国道60+100+60m连续梁桥是新建铁路沪昆高速铁路上的连续梁桥，该桥跨径组合为60+100+60m。图1 桥梁概图1. 结构形式：梁体为单箱单室，变高度，变截面结构，箱梁顶宽12.0m，箱梁底宽6.7m。顶板厚度除梁端附近外均为40cm，底板厚度40至120cm，按直线线形变化，腹板后60至80,80至100cm，按折线变化。全联在端支点，中跨跨中及中支点处共设5个横隔板。防护墙内侧净宽8

2、.8m，桥上人行道钢栏杆内侧净宽11.9m，桥梁宽12m，桥梁建筑总宽12.28m。梁全长221.5m，计算跨度为60+100+60m，中支点处梁高7.85m，跨中10m直线段及边跨15.75m直线段梁高为4.85m，梁底下缘按二次抛物线变化，边支座中心线至梁端0.75m。2. 主要技术标准1) 设计速度：设计350km/h。2) 线路情况：双线，直线，正线线间距为5.0m，3) 设计使用年限：正常使用条件下梁体结构设计使用寿命为100年。4) 施工方法：桥位悬臂灌筑施工。5) 地震烈度：本结构使用与设防烈度八度及以下地区。3. 主要设计荷载1） 结构构件自重：按铁路桥涵设计基本规范（TB10

3、002.1-2005）采用。2） 附属设施重（二期横载）：包括钢轨、扣件，道砟板、砂浆垫层、混凝土基座等线路设备重，以及防水层、保护层、人行道栏杆或声屏障、遮板，防护墙、接触网支柱、电缆槽盖板及竖墙等附属设施重量。二期恒载布置按照150KN/m计。3） 基础不均匀沉降：相邻两支点不均匀沉降不大于0.02m。4） 活载：列车竖向活载纵向计算采用ZK标准活载，列车竖向活载桥面横向计算采用ZK特种活载。5） 附加力：风力按照铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-2005)计算，温度荷载按照铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范计算，设计合龙温度取桥位处最低和最高月平均温度平均值，均匀温差按

4、照升降温20度，日照温差按顶板升温5度计算6） 列车脱轨荷载：根据新建时速300-350公里客运专线铁路设计暂行规定7） 施工荷载：施工挂蓝、机具、人群等按800kN计；当采用的施工荷载大于设计荷载或本设计验算荷载时，施工方应结合具体运架梁方式对运输假设荷载重新进行检算。8） 地震力：按铁路工程抗震设计规范规定计算。4. 主要材料1） 混凝土：梁体混凝土强度等级为C50，封锚采用强度等级为C50的干硬性补偿收缩混凝土。2） 纵向预应力体系：预应力筋采用1X7-15.2-1860-GB/T5224-2003预应力钢绞线，锚固体系采用自锚式拉丝体系，锚具应符合铁路工程预应力筋夹片式锚具、夹具和连接

5、器技术条件，张拉采用与之配套的机具设备，管道采用镀金金属波纹管成孔，金属波纹管应符合预应力混凝土用金属波纹管要求。合拢段处预应力筋金属波纹管采用增强型，其他可采用标准型。3） 普通钢筋： Q235钢筋应符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋，HRB335钢筋应符合钢筋混凝土用钢第二部分：热轧带肋钢筋。二、桥梁的施工监控在整个跨320国道60+100+60m连续梁桥的施工中，上部结构的监控是控制工程的关键部分。为确保桥梁施工质量和安全，中南大学土木建筑学院拟对跨320国道60+100+60m变高度箱型截面预应力砼主跨上部结构进行施工监控，以保证施工阶段的安全、可靠，使施工过程中结构线型、变位以及合拢时符合

6、规范要求。同时结合测试分析和模拟计算，对施工过程结构状态的变化进行有效的预测和控制，优化施工工序，提高施工工艺水平。在桥梁施工过程中，结构的形状不断发生变化，有些变化量受构件制造、安装精度、材料参数变异性（弹模、收缩和徐变等）以及环境（温度、湿度、风荷载）的影响，还需通过现场对施工过程中各物理量实时的监测，将监测的数据或参数反馈到仿真计算中，对建立的模型中的物理量进行修正，以保证仿真计算的结果更接近桥梁的实际工作状况。监测、监控是桥梁施工安全的有利保障，它对指导施工和保证施工安全真正起到信息化施工的作用，以配合建设、设计、监理和施工单位顺利完成本桥建设。另外，施工监测可以为桥梁设计、施工提供第

7、一手资料和科学数据，积累经验，以便今后改进类似桥梁的设计和施工工艺；其结果还可以作为桥梁运营前初始状态的永久技术档案，是若干年后评估桥梁状态的重要依据。目前桥梁工程的施工状态的监控已逐步引起工程界的重视。实践证明施工阶段的位移状态是十分复杂多变的，理论计算很难，而且也不可能完全反映实际工程的施工状态，因此施工监控是十分必要的，它已成为施工过程中科学管理，保证施工质量的重要环节。本桥采用悬臂施工法，在边跨和中跨合拢时存在体系转换和合拢偏差等问题。由于采用多段施工，必须控制每个施工阶段的竖向变形及应力，以保证桥梁顺利合拢，因此有必要进行施工监控。施工监控的总目标是确保结构在施工中的变形与应力控制在

8、允许范围内。控制手段是在施工过程中以结构的受力、变形和稳定分析为基础，通过理论计算与实测值的比较和误差分析来对结构状态甚至施工工艺和方案进行必要的调整，使结构状态处于预想的控制之中。三、监测、监控阶段的划分根据大桥的施工工序，施工监测、监控阶段准备完成以下工作：1、挂篮安装完成后，施工单位进行挂篮试验，并分析得出挂篮的弹性变形量；2、根据施工方提出的挂篮弹性压缩变形量和我方对主梁模拟计算的预拱度结果提出待施工节段的立模标高初步结果；3、在节段底模立模完成后对底模进行复测；4、施工方在混凝土浇筑后、预应力钢束张拉前、后和挂篮移动前后各个阶段队每个节段的不同工况下各个测点的挠度进行检测。节段施工完

9、成后，监控方按照设计高程结合模型计算结果，通过对前节段施工监测结果分析，进行修正后提出下节段立模标高。5、重复24的监控步骤，直到13号节段施工完成；6、在边跨支架安装后施工单位对支架做预压试验进行沉降监测，并分析得出支架弹性压缩变形量。我方进行计算分析后提出15号节段立模标高。7、在14号节段浇筑前，进行合拢前测量。8、合拢后对成桥线形进行测量。说明：在施工过程中，监控检测阶段的划分要依据实际施工顺序进行调整。四、监测项目及主要测试内容1、应力监测（1）监测方法为了达到既能很好地描述梁体的受力状态又能满足经济实用的目的，采用在梁体内预埋钢筋计的方法进行应力测量，钢筋计读数稳定，测得数据可靠，

10、这一点在多座桥梁监测和试验中得到了充分的证明。另外，为消除温度的影响，制作温度补偿块进行数据修正。钢筋应变计测出的数据为应变值，通过理论计算将测得的应变转换成应力值。另一方面，通过将实际监测值和理论值比较，来判断施工的质量，并对施工过程进行控制。（2）测点布置本着既经济又能达到监测目的的原则，监测断面选在应力变化情况较为明显的支点截面、主跨1/4跨截面和边跨1/2跨截面，为避免墩梁固接处受力复杂的影响，支点截面布置在1号块上，纵桥向应力测试截面布置如下图所示。 应力测点纵桥向布置图 在支点截面处，各应力测试截面在顶板和底板上各布置两个应力测点；在主跨1/4跨截面和边跨1/2跨截面处，应力测试截

11、面在顶板和底板处各布置一个应力测点，且顶板和底板处应力测点处于截面同一侧。各截面测点布置如下图所示。支点截面应力测点布置图 主跨1/4跨截面和边跨1/2跨截面处截面应力测点布置图2、竖向变形监测（1） 成因分析悬臂箱梁在施工过程中，由于箱梁下部没有竖向支撑，悬臂在合拢前依靠预应力的作用维持悬臂梁段和施工挂篮的平衡，处于一种相对的稳定状态。随着箱梁的不断施工，悬臂长度不断增加，悬臂上的荷载愈来愈大，在重力的作用下，悬臂箱梁不可避免地存在下挠变形；而每施工一段箱梁，就要进行预应力的张拉，随着张拉力的增大，会使箱梁出现上挠变形；张拉后，把悬臂两端的施工挂篮各自前移而进入下一段箱梁施工的位置，由于挂篮

12、重量和悬臂长度的作用，使得悬臂箱梁又有了新的下挠变形；另外由于跨度大、悬臂长，白天在太阳的照射和温度的作用下，箱梁的顶底面形成温差，顶面温度高，混凝土膨胀，相对而言，底面温度低，混凝土收缩，从而使悬臂箱梁有了下挠的趋势，到晚上，箱梁顶底面散热很快，温度迅速下降，而箱梁内由于空气不流通，散热慢，温度相对较高，从而形成箱内和箱外气温差，箱内混凝土膨胀，而箱外混凝土收缩，从而使悬臂箱梁又有了上挠变形的趋势；即使是悬臂合拢后还要在箱梁顶面铺装桥面混凝土和铺装层，由于二次荷载的作用和悬臂箱梁混凝土的收缩徐变，整个悬臂箱梁仍有下挠的趋势，由此可见，大跨度预应力连续梁桥在上部构造施工过程中，在上述各种因素作

13、用下，悬臂箱梁处于不断的变形中。（2）监测的必要性悬臂箱梁施工过程中，挠度变形是主要的，及时高精度测量施工过程中各个工况下悬臂箱梁挠度变形的大小和规律，对指导施工和保证施工悬臂的高精度合拢是至关重要的。众所周知：悬臂箱梁的施工标高设计成桥标高预拱度挂篮变形。上式中的预拱度是设计者根据悬臂长度、钢筋混凝土的力学性质、张拉力的大小以及同类桥型实测挠度等因素，采用一些经验参数和各种假设条件下的数学模型计算出来的，由于参数的选择不准确和计算模型的误差，使得计算结果不可避免地存在误差，此外由于施工过程中出现的误差，如箱梁混凝土块重误差、配筋误差、预应力管道位置误差、张拉力误差、测量放样误差以及挂篮多次使

14、用后的非弹性变形和其他未顾及因素的影响，都有可能使实际施工悬臂的力学性质发生变化，从而出现与设计计算不相吻合的挠度变形，在这种情况下，若继续使用原设计数据进行施工，有可能使已施工的悬臂线形与设计线形偏差较大，造成合拢困难而影响成桥质量，因此高精度及时测量悬臂箱梁的挠度变形，在大跨度连续刚构桥施工中占有十分重要的地位，当实测挠度与计算挠度相差较大时，应以实测挠度计算施工标高，从而实时地指导施工，以确保施工的悬臂高精度自然合拢，并保证成桥线形最大限度地接近设计线形。（3）监测方法 主要是监测桥梁的竖向挠度变形。悬臂箱梁的挠度变形监测，主要是用高精水准仪和铟钢尺，采取高精密水准测量的方法，周期性地对

15、预埋在悬臂中每一块箱梁上的监测点进行监测，则不同工况下同一监测点标高的变化（差值），就代表了该块箱梁在这一施工过程中的挠度变化。上述这种挠度变形观测的相对基准点，设置在两个墩位零号块的位置上，必须确保基准点高程的准确性。 （4）测点布置为监测悬臂梁中的每一块箱梁在施工过程中的挠度变形情况，在每一块箱梁前端顶面设置三个挠度测点，挠度测点在设置时应用铜钉或伸出桥面的钢筋头，以保证测量精度。既可以通过两个点的挠度比较，观察该块箱梁有无出现横向扭转，又可以进行同一块箱梁上两个观测点的比较和相互验证，以确保各块箱梁挠度观测的结果的准确无误，测点布置如图2所示。在对每个测点进行测量时，要测量出铜钉或钢筋头

16、顶端的绝对高程H1，铜钉或钢筋头露出桥面高度H2以及箱梁的高度H3（如图3所示），则底板的绝对高程H = H1 H2 H3（对于每个测点，H1、H2、H3都不相同，所以对于每个测点的这三个值都要测量）。这样就可以达到通过控制底板高程达到控制桥梁线形的目的。图2 线形测点布置图图3 需测量数据示意图3、监测观测周期和时间在挂篮悬臂施工的过程中，采用六阶段观测法，即将每一块箱梁分为六个施工阶段：挂篮行走前后，浇筑混凝土前后和预应力张拉前后六个阶段。为配合施工，有效地反映箱梁在不同施工阶段中的应力和挠度变形情况，以施工阶段作为挠度观测的周期，即每施工一块混凝土箱梁，应在挂篮前移前后、浇筑混凝土前后和

17、预应力张拉前后，对已施工箱梁上布设的应力及挠度监测点观测一次。随着箱梁块数的增加，其上的监测点被观测的次数愈多，其标高的变化就代表了该点所在的箱梁在不同施工阶段中的挠度变形的全过程。在施工过程中，温度变化和太阳照射会对桥梁竖向挠度产程明显的影响，为消除温度和太阳照射对桥梁挠度的影响，对于各测点的测量工作必须在日出前完成。各阶段挠度测量内容如下1) 挂篮行走后和混凝土浇筑前：在该阶段的测量，主要是对底模立模标高的复核和对已浇筑节段的测点进行测量。在对底模立模标高进行复核时，要在已施工完成的底模前端布设三个测点，位置如图所示，对三个测点进行测量，以复核底模立模情况。为测量便利，应在底模立模完成后马

18、上进行测量，以免钢筋笼等遮挡视线，造成测量不便。对已浇筑节段进行测量时，要测量出所有既有测点的高程值。2）混凝土浇筑后和预应力张拉前：在该节段的测量，主要是对既有的各个测点高程的测量。在混凝土浇筑后，新浇筑节段最前端就会增加三个桥面测点，在该阶段测量时，要对这三个新增测点以及前节段的既有测点进行测量。3）预应力张拉后和挂篮行走前：在该阶段的测量，主要是对既有的各个测点高程的测量。在最后施工节段完成张拉及灌浆后，挂篮移动前，对已有的测点进行测量。在张拉过程中应特别注意对测点的保护。进行高程测量时注意事项如下：1） 在进行高程测量时，要在每天温度相对稳定的时间进行测量，一般要求在太阳出来前完成测量

19、工作。2） 在对桥面测点进行测量时，一定要设置铜钉或钢筋头，以保证测量的准确性。钢筋头或铜钉要与桥面固结，以保证钢筋头或铜钉顶端高程变化与梁体一致。在施工过程中要对设置的钢筋头或铜钉进行保护，避免破坏测点。3） 在零号节段上设置的高程基准点，要设置在理论竖向位移为零的支座位置，以保证在测量过程中基准点高程不会随施工的进行改变。2-3个节段施工完成后，要对设置在零号节段上的基准点高程进行复测。五、施工控制与分析实测和计算分析相结合。截面的应力分布以及收缩徐变规律等带普遍规律性的东西，可以通过局部多布置测点予以掌握，再通过各截面的监测和计算综合分析对结构施工中的状态进行有效的预测和控制。1、施工控

20、制目标值在施工监测过程中，现场监测采集的数据是结构受力变形的真实反映，该数据与监测监控的目标值（即设计值）的偏离，是设计和施工中最为关注的问题。因此首先应由设计单位提出在施工中几个阶段监测项目的目标值，以使施工过程得到安全的保障，施工质量得以控制。桥梁施工控制的任务就是对桥梁施工过程实施监控，确保在施工过程中桥梁结构的变形始终处于容许的安全范围内，确保成桥状态（包括成桥线形与结构内力）符合设计要求。2、监控计算分析在监控计算中，可以采用两种方法，一种是采用同济大学的桥梁博士分析软件对桥梁进行监控计算分析，对收缩、徐变的考虑既可采用规范法，又可按实测的收缩、徐变系数进行修正分析。另外，利用ANS

21、YS软件，进行校核计算分析，这种方法在开始或关键工序时进行。施工阶段的测试分析采用倒退分析法，其基本思路是假定t=t0时刻的结构内力分布满足设计计算值。对结构进行倒拆，分析每次拆除或减少一个施工节段对剩余结构的影响，在一个阶段内分析得到结构位移、内力状态便是该阶段结构的理想施工状态。我们根据跨320国道60+100+60m连续梁桥的设计图建立了该桥的计算模型，按照本工程的实际施工监测过程对结构进行了模型计算，得出了各个施工阶段不同截面的挠度，在实际的监测过程中我们就可以将实际观测值和理论计算值进行比较、分析，及时地发现问题，并提出处理意见供施工单位参考。由于该计算是按照设计书上的施工节段划分等

22、进行，在施工过程中，如果施工工序、方法或施工实际荷载与设计书上有所不同，则施工方需要与监控方及时进行沟通。监控方需按照实际施工情况对模型参数进行修正，以得到准确的立模标高。3、施工监控方法桥梁施工控制的主要任务是桥梁施工过程的安全控制和桥梁结构线形与内力状态控制。施工控制采用预测控制法，即全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标任务，对结构的每一个施工阶段形成前后状态进行预测，使施工沿着预定状态进行。由于预测状态与实际状态间总是有误差存在，某种误差对施工目标的影响则在后续施工状态中予以考虑，以此循环直到施工完成并获得与设计相符的结构状态。在实际监控中，首先将由设计单位计算确定若干

23、个施工阶段的主要测试部位的施工控制目标值输入监控管理系统，然后再对施工阶段完成后的现场监测数据进行判别，对两组数据进行分析，最后提出有关信息供施工控制的决策。在桥梁施工过程中，由于混凝土龄期短，其徐变、收缩影响大，必须加以分析和控制，混凝土徐变、收缩的计算理论就是要确定在结构的寿命中，某一时间考虑徐变、收缩后的应力、应变、拱度等状态，在每一个施工阶段前一周或更早监控实施单位设计提出的内力、变形等的控制值进行分析的预测制订本阶段的监测目标，并在施工实施后进行偏差分析。施工控制的核心任务是对各种误差进行分析、识别、调整，对结构未来状态进行预测。附件1：桥梁施工节段划分图附件2：施工监测应力测量报表测试位置： 当前梁段号 号状态描述工 况： 观测时间: 天 气： 温 度： 测点数据测点数据测点号实测应变()平均值()应力（MPa）测点号实测应变()平均值()应力（MPa）报表编号（ ） 测量： 记录： 复核 ： 附件3：施工监测挠度测量报表测试位置： 当前梁段号 号状态描述工 况： 观测时间: 天 气： 温 度： 测点数据（mm）测点数据（mm）测点号实测挠度平均值测点号实测挠度平均值报表编号（ ） 注：表示下挠；表示上挠测量： 记录： 复核 ：