通榆运河大桥主桥施工监控方案出版.docx
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1、S234盐城段改扩建工程通榆运河大桥主桥施工监控实施方案江苏省交通规划设计院股份有限公司工程质量检测中心 2011年5月S234盐城段改扩建工程通榆运河大桥主桥施工监控实施方案江苏省交通规划设计院股份有限公司工程质量检测中心 2011年5月目 录1.0 工程概况11.1 桥梁概况11.2 施工流程21.3 桥梁特点分析32.0 施工监控的依据和目的42.1 施工监控的依据42.2 施工监控的目的43.0 施工监控的总体思路53.1 施工监控原则53.2 本桥施工监控工作主要内容63.3 结构仿真计算63.4 施工监控方法84.0 施工监测的内容和方法114.1 支架预压监测114.2 挂篮预压
2、监测114.3 结构变位、应力和温度观测114.4 施工监测工况及内容155.0 施工控制的内容和方法185.1 预告主梁下阶段立模标高185.2 施工监控预警系统195.3 施工过程中的技术咨询195.4 施工监控特殊情况预案195.5 变截面连续梁施工过程中常见问题及应对策略206.0 施工监控精度、原则与总体要求226.1 控制精度和原则226.2 实施中的总体要求227.0 施工监控组织机构及工作程序237.1 机构组成237.2 各单位分工237.3 施工监控工作程序248.0 施工监控提交成果258.1 提交成果形式258.2 文件传递路线269.0 拟投入的人员及仪器设备269.
3、1 拟投入的监控人员269.2 拟投入的仪器设备2810.0 施工监控质量安全保证措施2810.1 人员、设备、软件保障2810.2 健全数据采集制度2810.3 健全数据分析制度2910.4 健全信息反馈制度2910.5 健全安全生产制度3011.0 部分报告及记录表格式301.0 工程概况1.1 桥梁概况S234盐城段通榆运河大桥跨越通榆运河,交角为86,桥位处河道顺直。通榆运河规划为级航道,规划通航净空为807m,最高通航水位为2.347m,桥位处河口宽为95m,路线方向与河道基本正交。234省道为一级公路,本处路段位于城镇段,路基宽28m。通榆运河大桥平面位于直线上,纵断面位于R=10
4、000m、T=280m、E=3.92m。i1=2.8%、i2=-2.8%的凸形竖曲线上,变坡点桩号为K12+953.00,变坡点高程18.70m。桥孔布置1030+(54+90+54)+1130m,桥梁全长833.7m。为(54+90+54)m变截面预应力混凝土连续箱梁,采用单箱单室截面,中支点梁高5.3m,跨中、边支点梁高2.5m,箱梁梁高和底板厚度均按1.8次抛物线变化。箱梁横断面悬臂长3.5m,悬臂端厚0.18m,箱梁底宽6.75m,腹板厚0.550.8m,顶板厚0.28m,底板厚0.30.75m。分别设置中支点、边支点和跨中横隔板,厚度为3.0m、1.5m和0.3m。桥面横坡由腹板变高
5、形成。箱梁0#块长10m,在支架现浇。两侧各有11个悬浇节段,节段长度为33m、43.5m和44m,采用挂篮悬臂浇筑施工,合拢段长2m,边跨现浇段分别长7.92m和7.84m,在支架上现浇。箱梁为三向预应力结构,分为纵向预应力束、横向预应力束河竖向预应力筋。腹板束、顶板合拢束、底板合拢束采用17s15.2钢绞线,单束张拉力332.0吨。顶板悬臂束采用12s15.2钢绞线,单束张拉力234.4吨。横向预应力束采用4s15.2钢绞线,单束张拉力75吨。竖向预应力筋采用JL32精轧螺纹粗钢筋,单根张拉力56.8吨。纵向预应力管道采用镀锌金属波纹圆管,顶板横向预应力管道采用高频钢管,顶板横向预应力管道
6、采用镀锌金属波纹扁管,预备束采用塑料波纹圆管。主桥下部结构采用矩形薄壁墩和双排6根1.8m钻孔灌注桩基础。过渡墩采用柱式墩,双排4根1.5m钻孔灌注桩基础。主桥立面、横断面图见图1.1-1。a) 主桥立面图 b)主桥箱梁横断面图图1.1-1 主桥立面、横断面图(单位:cm)1.2 施工流程主桥主要的施工流程如下:1)施工桩基础、承台、桥墩。2)安装支架现浇主墩墩顶0#块,墩梁临时固结,张拉0#块纵向预应力束,张拉横向预应力钢束和竖向预应力筋,并分批灌浆;3)在0#节段上安装挂篮,预压,立模,悬臂浇筑1#、1#块,砼达到90%设计强度后依次张拉纵向预应力钢束及横向、竖向预应力筋,并分批灌浆;4)
7、挂篮前移一个节段,立模,悬臂浇筑2#、2#块,砼达到90%设计强度后依次张拉纵向预应力钢束及横向、竖向预应力筋,并分批灌浆;5)重复以上步骤,对称平衡施工3#11#块和3#11#块,施工最后一个悬浇块时同时支架浇筑边跨现浇段;6)将边跨挂篮改为吊架,安装边跨合拢段支撑后浇筑边跨合拢段砼,砼达到90%设计强度后依次张拉边跨合拢段顶、底板束及横、竖向预应力筋,并分批灌浆;7)拆除边跨支架及主墩临时固结,将中跨挂篮改为吊架,安装中跨合拢段支撑后浇筑中跨合拢段砼,砼达到90%设计强度后依次张拉纵向预应力钢束及横、竖向预应力筋;8)拆除中跨合拢吊架,完成体系转换;9)施工桥面系,成桥。1.3 桥梁特点分
8、析通榆运河大桥主桥是预应力混凝土连续梁结构,其施工要经历“T”形悬臂浇筑节段形成主梁的过程,本桥主跨达90m,悬臂长,而且要经历体系转换的过程(由对称的单“T”静定结构转变为超静定结构),主梁的内力和线形都会随施工的进展而不断变化。2.0 施工监控的依据和目的2.1 施工监控的依据(1)公路工程技术标准(JTG B01-2003);(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)公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007);(5)公路桥梁抗震设计细则(JTG/T B02-01-2008);(6)
9、公路桥涵施工技术规范(JTJ 041-2000);(7)公路工程质量检验评定标准(JTG F80/1-2004);(8)大跨径混凝土桥梁的试验方法(交通部公路科学研究所 1980/10 北京); (9)混凝土结构试验方法标准(GB5015292);(10)S234盐城段改扩建工程通榆运河大桥两阶段施工图设计(江苏省交通科学研究院股份有限公司);(11)通榆运河大桥主桥2.2 施工监控的目的通过理论分析,可以得到各施工阶段的理想标高和内力值,但实际施工中受各种因素的干扰,可能导致成桥线形与内力状态偏离设计要求,甚至合拢困难,给桥梁施工安全、外形、可靠性、行车条件和经济性等方面带来不同程度的影响。
10、因此,有必要对施工全过程实施有效的施工监控,确保成桥线形、内力最大程度符合设计要求。从某种意义上讲,施工监控成了该桥修建必不可少的保证措施。因此,本桥施工监控的主要目的就是要确保施工过程安全,同时保证成桥后各构件的线形和内力状态符合设计要求。针对该桥的特点,我们认为施工监控首先必须对该桥进行详细的事前预测分析,即在施工前对施工方案进行研究和分析,准确模拟施工过程,确定施工过程中的关键点,从宏观上把握全过程的安全和稳定。桥梁施工监控是一个系统工程,主要包括两部分:一是数据采集系统,即监测;另一部分是数据分析处理系统,即控制。连续梁的施工监测是利用事先在主梁主要部位埋设数种性能各异的传感器和相关的
11、测试仪器,按施工方案的工序确定监测工况,不间断地测得大量数据,包括几何参量和力学参量。本次施工监测主要包括以下三方面内容:1) 主梁各控制点高程;2) 主梁各控制截面应力;3) 施工过程中环境温度、箱梁温度场及各应力测点位置温度值。连续梁的施工控制则是利用高效计算机程序,对数据进行分析处理;与原设计进行比较和误差分析,并确定和指导下一个阶段的施工参数;预报施工中可能出现的不利状况及避免措施,即施工预警。通过施工监测与控制的有机结合,调整控制桥梁的线形,尽可能使桥跨结构的内力和线形接近或达到设计预期值,确保桥梁施工安全和正常运营。3.0 施工监控的总体思路3.1 施工监控原则桥梁的施工监控是一个
12、预告量测识别修正预告的循环过程。施工监控最重要的目的是确保施工中结构的安全和成桥线形满足设计要求,概括表现为:结构的内力合理,变形控制在误差允许范围内,并保证结构有足够的稳定性。(1)稳定要求桥梁结构的稳定关系到桥梁的安全,它与桥梁的强度有着同等重要的意义。本桥在悬臂施工阶段,不仅要严格控制变形和应力,更要严格控制结构的整体稳定。(2)内力要求确保梁体混凝土控制截面的应力符合设计的要求。(3)线形要求线形要求包括两个方面:一是主梁的标高,二是主梁平面线形。本桥施工监控的原则是稳定性、变形、内力监控综合考虑。在施工中采取如下的监控策略:主梁中内力、主梁挠度应在施工过程中实时监测并反馈,全桥结构以
13、内力和主梁标高作为双指标监控,以标高控制为主。线形的控制主要通过混凝土浇筑前立模标高的调整来实现。在施工中,如发现主梁线形误差偏大,或应力达到报警指标,应暂停施工,查明原因,及时纠正,尽可能使两者均满足要求。3.2 本桥施工监控工作主要内容(1)结构仿真计算:按施工过程对结构进行仿真计算以及相应临时结构验算;(2)线形监测与控制:包括挠度与平面线形的监测与控制;(3)应力监测:对箱梁控制截面的应力在各施工阶段进行监测,防止超标;(4)温度测试:在梁体上布置必要的观测点以获得准确的温度变化规律;(5)沉降观测:在墩顶布置适当的观测点以获得墩柱沉降情况。3.3 结构仿真计算3.3.1 理论计算仿真
14、计算包括以下两方面的内容:首先对施工图设计文件进行全面复核计算,包括桥梁上部结构尺寸的拟定、配筋设计等,根据设计资料及有关规范的理想参数,对成桥阶段及各施工阶段的设计变位、内力及预拱度等进行计算,并与设计计算资料进行校核比较。其次,对施工各阶段进行跟踪计算。由于理论设计参数与实际参数存在差异,同时,施工荷载、实际混凝土容重及施加的预应力等不可能与理论计算完全一致,因此应按照施工和设计所确定的施工工艺,以及实际收集的参数,对施工过程进行反复计算,按最小二乘法拟合桥梁控制参数值,使计算值与实测值之间的差异最小,再根据本阶段所拟合的参数值及实测变形、应变等计算下一阶段的合理调整量。本桥所需的控制数据
15、主要有:(1)各施工状态下以及成桥状态下状态变量的理论数据,包括主梁高程以及控制截面应力情况。(2)控制数据理论值:主梁各节段立模高程。另外,结合本桥的施工特点,对支架的受力情况和挂篮受力进行复核计算,确保施工安全。3.3.2 设计计算参数的修正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。为了明确需要调整的设计参数,分别对以下参数进行敏感性分析。1)挂篮刚度对标高的影响在悬臂浇筑混凝土的过程中,挂篮体系的变形是不可忽视的,挂篮体系的变形一般是由挂
16、篮体系在混凝土重量作用下的弹性变形及挂篮各连接杆因松动而引起的非弹性变形组成。在计算程序中,挂篮是作为结构的一部分进行计算的,因此挂篮的刚度对挂篮的挠度产生直接影响。刚度可以通过挂篮预压加载试验予以修正,即在分级加载情况下,分别测得挂篮的挠度进行反算,从而对理论刚度值予以修正。对于挂篮体系的非弹性变形,则主要需要施工单位通过挂篮预加载试验和每一次前移后对各锚点进行紧固,以及日常的对连接螺栓及时检查并拧紧和对杆件异常变形及校正来减少其影响,在立模标高值上施工控制方同样将考虑其影响。2)梁段自重误差对结构的影响结构自重的修正包括两方面的内容,其一为混凝土容重值的大小,可以通过实测试件重量得到实际值
17、从而得到混凝土的实际容重值。另一方面是箱梁浇筑后端面与理论端面间存在偏差,这种导致节段重量增加也将导致截面几何特性与理论值间存在偏差,为减少这种误差,要求施工单位尽可能准确放样并保证模板的刚度,避免出现跑模等现象,一旦有跑模现象产生,应及时通知监控单位,以便对容重及截面几何特性进行修正。3)混凝土弹性模量对结构的影响混凝土弹性模量的取值大小对于结构的计算分析有非常重要的作用,但混凝土的弹性模量也非常不易把握,一是现场弹性模量的试验工作难度比较大,数据误差较大,二是龄期问题,由于本桥设计文件规定了预应力张拉时的混凝土强度和龄期,龄期的长短又与施工管理有关,再加上天气的影响,导致龄期并不固定,而弹
18、性模量在最初几天内也呈迅速增长状态,57天左右趋于稳定(与设计取用值接近),冬夏季的增长速度也不同。基于上述原因,对弹性模量进行修正时通常是先按规范值取用再收集现场试验资料最终在立模标高上对其影响进行修正。4)混凝土收缩徐变对结构的影响收缩、徐变对挠度的影响除与龄期有关外,还有一个徐变预拱度设置的问题,在不少大跨径桥梁的成桥状态均需设置徐变预拱度(至少考虑三年混凝土徐变)。本桥需经过我方与设计方的详细计算结果对比,并借鉴同类桥梁预拱度设置的经验,最终确定。5)施工荷载变动对结构的影响箱梁悬臂施工时,挂篮、吊架以及其他施工机具位置的变动都会对桥梁线形产生一定的影响,因此,施工单位施工时应严格按照
19、设计文件以及施工组织设计文件上的流程进行施工,如缺需调整,应及早告之监控单位,以便监控单位对立模标高等进行调整。6)温度的影响温度变化对结构的受力与变形影响很大,这种影响随温度的改变而改变,在不同时刻对结构状态(应力、变形)进行量测,其结果是不一样的,如果施工监控中忽略了该项因素,就必然难以得到结构的真实状态数据,从而也难以保证监控的有效性,所以,必须考虑温度变化的影响。通常都是将控制理想状态定位在某一特定温度下,从而将温度变化对结构的影响相对排除。7)预应力误差的影响预应力张拉的影响可以通过张拉千斤顶的及时标定以及按设计要求,同步进行并实施双控以使其尽量接近设计值,当然,施工单位首先应采取切
20、实措施保证预应力管道的准确定位。3.4 施工监控方法预应力混凝土连续梁施工中每个工况的受力状态与位移达不到设计所确定的理想目标的主要原因在于:设计的主梁标高、构件截面尺寸、预应力筋张拉力、材料弹性模量、容重、收缩系数和徐变系数与施工中实际情况有一定的差距,环境温度、临时荷载等也常常变化。根据本监控项目的实际情况选用自适应控制方法,其基本原理在于:通过施工过程的反馈测量数据不断更正用于施工控制的跟踪分析程序的相关参数,使计算分析程序适应实际施工过程,当计算分析程序能够较准确地反映实际施工过程后,以计算分析程序指导以后的施工过程。其基本步骤如下:1) 首先以设计的成桥状态为目标,按照规范规定的各项
21、设计参数确定每一施工步骤应达到的分目标,并建立施工过程跟踪分析程序;2) 根据上述分目标开始施工,并测量实际结构的变形和应力等数据;3) 根据实际测量的数据分析和调整各设计参数,以调整后的参数重新确定以后各施工步骤的分目标,建立新的跟踪分析程序。4) 反复上述过程即可使跟踪分析程序的计算与实际施工相吻合,各分目标也成为可实现的目标,进而利用跟踪分析程序来指导以后的施工过程和必要的调整与控制。本桥主跨为90m,施工监控难度较大,我们将通过施工中的主梁标高、应变、温度等数据采集,在对所得到的数据进行误差分析后,不断修正设计参数,使内力、标高的计算与实测值之差不断缩小,从而使计算程序把握住目前的施工
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