主桥施工监控实施细则A45396.pdf
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1、 福建省永安至宁化(闽赣界)高速公路 A4 合同段大溪丰大桥施工监控大纲 福建省公路工程试验检测中心站 福建省交通科学技术研究所 2010 年 1 月 技术负责人:质量负责人:项目负责人:制:编 目 录 1 工程概况5 1.1 结构概况5 1.2 主要技术条件5 1.3 施工概况5 2 监控目的6 3 监控监测依据6 4 监控监测组织体系7 4.1 组织体系7 4.2 各单位职责8 4.3 信息传递机制9 5 施工监控计算9 5.1 监控计算的主要内容10 5.2 结构计算10 5.3 施工状态预测10 5.4 施工后的校核计算10 5.5 设计参数识别11 5.6 施工监控方法自校正调节法1
2、1 6 施工监测12 6.1 桥梁结构线型监测12 6.2 结构应力监测12 6.3 温度场监测12 6.4 垂直度监测 13 7 施工监测方法 13 7.1 结构变形监测13 7.2 结构应力监测16 7.3 结构温度监测 18 20 桥墩垂直度监测7.4 7.5 施工线型控制目标 20 7.6 箱梁悬浇高程控制示意图 21 8 投入该项目的仪器设备 21 9 施工监控人员组成及分工 22 10 驻点安排23 11 进度安排23 12 施工监控配合事项23 13 质量目标及保证措施22 13.1 质量目标24 13.2 保证措施24 14 安全措施25 14.1 安全目标25 14.2 高空
3、作业安全措施25 附录一 施工监控计算成果26 29施工监控用表 附录二 1 工程概况 1.1 结构概况 福建省永安至宁化(闽赣界)高速公路(国家高速公路泉州至南宁横线)A4 合同段大溪丰大桥位于永安市大湖镇虹桥林场,起点桩号:K26941.500,中心桩号:K27+295.000,终点桩号:K27+648.500,由永安至宁化方向升坡 1.9%,平面上位于半径为 1100m 圆曲线内。大溪丰大桥全桥共六联,桥型布置为 330430 米连续刚构+(509050变截面箱梁连续刚构)330+430+330 米 T 梁连续刚构,桥梁全长 707m。主桥下部主墩为6.754.6m 钢筋混凝土空心薄壁墩
4、,基础为42.5m 双排钢筋混凝土群桩;交界墩为 6.52.8m 钢筋混凝土空心薄壁墩,基础为 42.0m 双排钢筋混凝土群桩;引桥T 梁下部桥墩分别采用1.8m 钢筋混凝土双柱式墩及壁厚为 2m 的薄壁墩,对应钢筋混凝土桩基为2.0、1.5m,桥台均为柱式台,1.5桩基础。大溪丰大桥主桥采用 50+90+50m 预应力刚构混凝土箱梁,主要工艺为挂篮悬浇,混凝土标号 C55 属高标号混凝土,桩基为嵌岩桩,主墩承台厚4m,一次浇注方量达到 449 立方,属大体积混凝土,主墩高度分别为79m、66m、78m、70m,属于薄壁空心高墩,施工设备需采用塔吊,山区风力强大,高空作业施工安全风险高。1.2
5、 主要技术条件 (1)荷载等级:设计荷载:公路I 级;(2)设计洪水频率:1/100;(3)桥面宽度:双线桥,单线宽度为 0.5m 防撞拦+净 11.75m+0.5m 防撞拦;(4)地震设防:场地地震加速度峰值为 0.05g,地震基本烈度为 6 度,按 7 度抗震设防;(5)无通航要求。1.3 施工概况 项目部将大溪丰大桥作为本合同标段的关键线路和主要控制节点,本着“重点优先,齐头并进,注重安全,确保质量”的管理思路,选派有经验的劳务队伍 分别从 8#、9#主墩向两侧展开。其中桩基施工采用人工挖孔桩施工工艺,施工前分别完成施工便道修筑及乡道改造工作,利用挖机平整墩位处施工场地。承台施工采用平面
6、钢模,混凝土灌车直接入模,振捣棒人工振捣,埋设冷却水管系统以减少水化热。高墩身施工采用塔吊,现场配置不同型号的吊车以完成边墩及引桥墩施工。采用预埋支架工艺施工箱梁 0#块,塔吊配合安装挂篮,高墩及主桥悬浇混凝土均采用泵送混凝土工艺,按照设计要求张拉预应力筋,挂篮行走采用自行,在边墩上预埋钢架与行走到位的挂篮联成整体,设置临时锁定系统,浇注边跨合拢段,而后选择有利时机和气候条件完成中跨合拢。对于预应力混凝土连续桥来说,采用悬臂施工法有许多优点,但这类型桥梁的形成要经过一个复杂的过程。在施工过程中如何保证主梁竖向线型偏差及横向偏移不超过容许范围、如何保证合龙后的桥面线型良好、如何避免施工过程中主梁
7、出现过大的应力等问题,均需进行施工监控监测。此外,设计是在对结构初始状态等其它参数作出假定的情况下进行的,实际施工时,结构初始状态的失真、理论计算中边界条件的模拟、施工步骤的改变以及偶然施工荷载的作用都会影响结构在施工和成桥时的状态和结构的安全。而施工监控监测是根据施工现场实测结果所得的结构参数真实值进行施工阶段计算,确定每个节段的立模标高,并在施工过程中根据施工监测成果进行误差分析、预测和对下一立模标高进行调整,从而保证成桥后线型、合龙精度及结构内力符合规定值的要求。通过施工监控监测能够确保施工过程中结构的可靠度和安全性,保证桥梁成桥桥面线型及受力状态满足设计要求。2 监控目的 由于在设计计
8、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(线型)、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。3 监控监测依据 (1)大桥设计图纸;(2)公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004);(3)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004);(4
9、)公路桥涵施工技术规范(JTJ 041-2000);(5)公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004);(6)公路工程技术标准(JTG B01-2003)。4 监控监测组织体系 施工监控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,且各个部门和单位在施工控制过程中也发挥着不同的作用。而施工控制工作是靠建桥各方密切合作、团结协调、共同努力来实现的。因此,为确保监控过程中各项工作的有序、协调、有效开展,必须事先建立完善的施工控制组织体系。4.1 组织体系 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,
10、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“施工控制工作小组”,负责施工控制工作过程中的总体协调工作,监控组织体系见图 4-1。监控组织体系以监控工作小组为核心,小组成员由业主、设计、监理、监控等单位的代表组成。以监控工作小组所签发的监控指令为依据,监控测试方和施工方(包括施工测量组)均按照监控指令执行,在各自的工作中不得擅自更改指令内容。工作完成后,及时地把施工信息或测试结果反馈给监控小组,尤其是施工中或测试中的异常情况。确认意见 监控监测单位 设计单位 意控 控 协 见 制制 调 反 意见 指 通 协 令 馈 报 调 协调 业主监理单位 通报 控监控协制制督
11、 调反指执 馈行令 施工单位 图 4-1 施工监控监测组织体系4.2 各单位职责 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,拟定各相关单位的职责如下:(1)业主对施工控制的内容、方案与目标发表意见并认可;协调施工控制实施过程中的有关问题;检查并验收监控监测的成果。(2)设计单位提供理论成桥目标状态;对施工控制方案、目标发表意见并予认可。(3)施工单位应严格按设计与监控要求进行施工;及时提供砼强度、施工荷载、挂蓝计算书及预压参数、合拢方案等资料;配合监控单位现场测试元件的预埋工作,并负责测试元件及引线的保护工作;配合监控单位进行必要的混凝土弹性模量测试,负责试块制作和养护
12、;配合监控单位测量工作,负责点位埋设;反馈施工控制的实施情况与效果。(4)监理单位负责下达监控指令;检查督促监控单位工作,对于监控频率和测试元件不足的可以提出整改,严重的下通报;对监控大纲进行批复确认;对监控单位提供的测量资料(立模标高通知单、工况测量资料等)给予确认;监督 施工单位对监控指令的执行,调模时监控单位配合监督,立模达不到精度不予签字确认;协调施工单位和监控单位的关系;对监控提出改进意见;及时地收发监控相关的文件及资料。(5)监控单位是整个施工控制实施者及桥梁线形的负责单位;负责监控监测大纲的制定;进行理论分析并与设计相互校核;负责施工控制内容、方案、目标的制定与实施;对各监控状态
13、应力、变形、温度进行测量,模拟实际的施工顺序对结构的内力、应力、结构变位进行计算;分析测试结果与计算结果;据此预测后继施工状态并编发施工监控指令并配合监理监督立模。4.3 信息传递机制 施工控制的日常工作中,信息传递的准确、可靠和畅通是保证施工控制工作顺利进行的前提。结合本桥实际情况,建立如图 4-2 所示的施工控制过程中的信息传递机制。监测人员测量 施工单位测量 测监量测数数 据据 监理审批、转发 测监控量 指 监控人 施工控制信息传递机制图 4-2 5 施工监控计算 监控计算就是利用建立的监控计算体系对桥梁施工过程中各阶段结构的应力和位移状态及施工控制参数进行计算和预测,为施工提供施工阶段
14、控制目标值,保证施工顺利进行并使结构最终达到或接近设计要求的成桥状态。悬臂施工连续梁桥监控计算所采用的方法是正装法。根据施工架设过程对结构进行正装施,使施工时结构的内力和变位等同或工控制计算(包括对结构某些参数的调整)逼近设计目标状态。5.1 监控计算的主要内容 悬臂施工法大跨度连续刚构桥施工监控计算的主要内容包括线型控制计算及应力控制计算两个方面。线型控制计算的主要内容一是根据施工阶段及步骤,考虑临时荷载、温度荷载、预加应力荷载、混凝土收缩徐变等因素的影响,判断已完成施工线型是否满足设计要求,其次是根据现有桥梁状态对下一阶段施工线型进行预测,提供立模标高等施工参数。应力控制计算的主要内容一是
15、计算在各个施工阶段,在各施工荷载及临时荷载组合情况下主桥关键截面的应力值及安全程度,并与实测值进行比较,其次是对下一阶段施工进行模拟计算,分析并预测关键部位的应力水平,对施工方案是否需要调整进行判断。5.2 结构计算 计算初始状态一般可以取用设计部门确定的设计状态作为监控计算初始状态。监控计算应对设计成桥状态进行复核验算,并进行优化,以确定最优的设计成桥状态,并以此作为监控计算依据。根据桥梁的几何参数、结构参数和设计状态建立有限元模型。计算控制参数的选择原则是所选择的参数在施工现场是经常变化的,并且其变化应能较敏感地反应出在施工过程中其对桥梁结构行为的影响,而且,这些参数应易于表示,易于度量,
16、易于取得。通常情况下,选择混凝土箱梁的线型(即悬臂端的顶面标高)及梁体控制截面的应力等。另外,施工控制参数包括:结构各构件施工前后的标高变化和主墩偏位、各构件施工前后结构内力的变化、预应力束张拉顺序及张拉吨位的调整、结构体系转换时对结构参数的调整等。5.3 施工状态预测 监控计算的结果应与设计单位的计算结果进行核对,以保证施工安全。计算的主要内容为各施工阶段的结构内力、应力以及线型,同时提供悬臂浇筑梁段的立模标高。5.4 施工后的校核计算 本阶段施工完毕后,将计算结果与施工监测结果进行比较,若两者差别满足则根若不满足要求,则提出下阶段的施工控制参数以进行下阶段的施工;要求,据最新的实测监控参数
17、进行结构分析并对本施工阶段控制参数的目标值进行必要的修正。对每一阶段的施工都重复步骤 5.2 和 5.3 的内容。5.5 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偏差的目的,本桥采用自校正调节法为施工控制技术。该办法是将自适应控制和预测控制结合起来,实现最优控制。5.6 施工监控方法自校正调节法 施工过程中,桥梁的实际状态与理想状态存在一定偏差。施工中结构偏离目标的原因涉及的范围极其广泛,包括设计参数误差
18、(如材料特性、截面特性、徐变系数等)、施工误差(如梁段重量、悬浇误差、预应力张拉误差等)、测量误差、结构分析模型误差等。为了分析并调整这些误差,达到最优控制,需要运用一定的控制理论和方法,把桥梁施工看作为一个复杂的随机动态过程,根据结构理想状态、现场实测状态和误差信息进行误差分析,使结构施工的实际状态趋于理想状态。自适应控制概念明确,操作简便,是公认的合理有效的控制思路。但一般的自适应控制方法把结构的偏差归结为计算模型与实际结构状态的不一致,试图通过修正模型或调整参数来消除这种误差。事实上,施工过程中还存在测量误差与施工操作误差等,这些误差不属于结构参数误差引起,通过修正模型或调整参数来考虑是
19、不合理的。而且,以目前的分析水平,计算模型毕竟只是实桥的简化计算模式,通常采用平面结构计算,有许多问题在计算模型中不能精确分析,如结构的空间效应影响、支座处的纵向摩擦约束、环境温度影响、结构的非线性等。因此,目前的计算模型在有些情况下是无法全面自动适应实际结构的物理力学规律的,一味的调整计算参数可能会使计算模型更加偏离实际情况。另外,一般的自适应方法仅仅通过正装与倒拆计算来预测未来状态,而缺乏对未来测量及施工误差与未来状态的预测估计。与自适应控制相比,预测控制并不是单纯修正计算模型来消除误差,而是试图通过滤波等方法来估计误差及真实状态,并对后续阶预测控制对误差的考由于采用了现代控制论的思想,段
20、的误差与状态进行预测。虑更完善。但一般来说,预测控制必须建立在精确的计算模型上,且必须有大量的观测数据,否则无法保证滤波与预测的精度。本桥拟采用自校正调节法将自适应控制与预测控制结合起来,其控制思路是:首先,采用最小二乘法根据实测值对结构中的设计参数与计算模型进行自校正,重新建立施工目标状态,然后,运用卡尔曼滤波器进行状态滤波与预测,最后用最小二乘法进行最优化控制调节。该方法具备三大功能:根据实测值不断地对计算模型进行自校正;通过滤波得出结构的真实状态并预测未来;根据滤波值与预测值采用最优控制方法对偏差进行调节。鉴于它比一般的预测控制增加了自校正功能,又比一般的自适应方法增加了预测和调节功能,
21、称之为自校正调节法。6 施工监测 施工控制中的监测内容主要包括以下 4 方面:(1)线型监测(桥梁轴线偏位及主梁标高);(2)应力监测(墩、主梁各控制截面在各施工阶段的混凝土应力);(3)温度场监测;(4)墩垂直度监测。6.1 桥梁结构线型监测 线型控制是施工监控的重要内容,线型的好坏直接关系到梁体的安全,主跨、边跨的合拢,以及全桥建成通车后的行车舒适度。同时,监控指令的正确合理与否,很大程度上依赖于线型等实测数据的准确性与真实性。按公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)的要求,对主梁悬臂浇筑过程中的立模标高、局部线型、轴线偏位、同跨对称点高程差、合拢段相对高差、断面尺寸偏差、
22、已浇段及成桥后主桥系统控制误差等指标进行监测。6.2 结构应力监测 选取具有代表性的截面,埋设应力传感器,对其应力应变进行测试,并通过对相关测试应变数据进行理论分析、误差分析使其尽可能地接近实际,从而较准确的掌握结构的真实应力状态。6.3 温度场监测 还与结构体结构受力状态及线型的变化除与结构外荷载状态等因素有关外,系所处的温度场相关。桥梁结构在桥位处各种环境因素的影响下,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拢温度控制;短期体系温差主要指桥梁结构在日照等因素的影响
23、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,这两种形式的温差均将对结构的内力及线型产生重要影响。因此,必须在施工过程中对温度场进行监测。6.4 墩垂直度监测 本桥桥墩属于薄壁空心高墩,垂直度监测也是本次施工监控的主要内容。按公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)的要求,对主桥桥墩浇筑过程中的垂直度误差进行监测。7 施工监测方法 7.1 结构变形监测 借助施工建立的平面及高程控制网,应用三角及精密水准法对桥梁进行线型监测。(1)线型监测 线型监测是连续梁施工控制的核心之一,确定好线型测点非常重要。为确保测试结果的准确、可靠,每个施工块件两腹板外缘及中线前端顶部各布置 3 个
24、对称的高程观测点(见图 7-1),以利于在观测箱梁挠度,同时观察箱梁是否发生扭转变形。0#块的中心高程观测点(见图 7-2)不但是本块件箱梁顶板设计标高的控制点,同时也是后续各悬浇节段高程观测的基准点,因此每个主墩箱梁顶部中心点应加固处理。块件的挠度测点位置设在距块件前端 15cm 处,测点采用16 钢筋制作,钢筋长度约 25cm,在垂直方向上与箱梁顶板的上下层钢筋点焊牢,用红油漆标识。2cm 固,并保持垂直,顶端打磨平整,侧缘倒角并露出砼面 637.5 290290)单位(cm 图 7-1 箱梁挠度测点布置示意图(口表示挠度测位)箱梁中心线 0 号块中心线 555111290)单位(cm图
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