大西线60-100-60米连续梁施工监控方案.doc

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新建铁路大同至西安铁路工程原平西至运城北段
鸣李特大桥（60+100+60）m预应力混凝土连续箱梁桥

主梁施工线形与应力控制方案

项目负责人：

兰州铁成工程检测有限公司
2010年10月

1．工程概况
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新建铁路大同至西安铁路工程原平西至运城北段
鸣李特大桥（60+100+60）m预应力混凝土连续箱梁桥

主梁施工线形与应力控制方案

项目负责人：

兰州铁成工程检测有限公司
2010年10月

1．工程概况
新建大同至西安铁路工程原平西至运城北段鸣李特大桥起点桩号DK11+684.9，终点桩号DK12+712.42，桥梁全长1.027km。其中80~83#墩所在的一联(60+100+60)m 双线（线间距5.00m）预应力混凝土连续箱梁桥起止桩号DK11+948.24—DK12+169.94，全长为221.7m，跨越既有货联左线。梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。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。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，按直线线性变化，腹板厚60至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，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。桥面防护墙内侧净宽8.8m，桥上人行道钢栏杆内侧净宽11.9m，桥梁宽12.0m，桥梁建筑总宽度12.28m。本桥位于R=1600m的曲线上，连续梁以左线为准，曲梁曲做，桥墩径向布置，连续梁横向无偏移。
主墩81#墩墩高14.5m，82#墩墩高16.5m，圆端型实体桥墩，基础采用桩基础。
施工方法：
下部工程施工完成后，对连续梁的0#块进行支架现浇施工，以便在其上拼装挂篮；然后采用挂篮施工1（1')＃~13（13')＃块；同时用支架法浇注施工边跨现浇段15#块，然后依次进行边跨合龙段14#块和中跨合龙段14’#块的施工。
0#块、15#块施工时，采用碗扣式脚手杆搭设满堂支架施工。先进行地基处理，采用分层填筑、碾压夯实，经检测地基承载力及密实度符合要求后，在表层做20cm厚C20混凝土垫层.在垫层上搭设碗扣脚手架作为支架。支架搭设完毕后进行预压，消除非弹性变形，测试支架的弹性变形值，作为施工控制依据。模板采用竹胶板，梁体一次浇注成型。
连续梁悬臂浇注段采用挂篮悬灌浇筑，每副挂篮设计重量约为60t，采用三角挂篮设计形式。挂篮由承重系统、底模系统、侧模系统、走行系统，后锚固系统组成。挂篮在投入使用前，测试挂篮的弹性变形和非弹性变形值，验证实际参数和承载能力，确保挂篮的使用安全。
2 施工监控技术依据
1) 《铁路桥涵设计规范》（TB10002.1~TB10002.5-2005）
2) 《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB 10002.3－2005)；
3) 《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》铁建设（2005）157号及“局部修订条文”铁建设（2007）140号
4) 《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）
5) 《新建时速300~350公里客运专线铁路设计暂行规定》（上、下）（铁建设《2007》47号）
6) 《客运专线无砟轨道设计指南》铁建设函（2005）754号
7) 《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；
8) 《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设[2005]160号）；
9) 鸣李特大桥连续梁施工图纸。
3.施工控制的必要性
连续梁桥在分段悬臂施工过程中，由于桥梁的结构形式、所受荷载、边界支撑条件以及环境温度等的不断变化，结构内力和变形状态也在发生不断的变化。要使成桥后的桥梁线形和内力状态均达到设计要求，就需要对桥梁的整个施工过程进行有效的控制。尽管在桥梁的设计阶段就可以确定桥梁施工过程中的结构状态参数，但在实际施工过程中，这种设计的理想状态却难以准确实现，这是因为设计时所采用设计参数（包括对环境条件的考虑等）与实际施工过程中所表现出来的并不完全一致，从而使结构的实际状态不能完全达到设计理想状态。这就是设计与实际施工的不一致性，这种不一致性是客观存在的，也就是存在着影响施工状态偏离设计理想状态的各种因素，这些因素在悬臂施工的连续梁桥中具体表现为：（1）梁段自重误差对结构的影响；（2）预应力张拉实际效果的影响；（3）梁、墩的刚度误差对结构的影响，截面剪力滞效应对结构的影响；（4）混凝土收缩徐变对结构的影响；（5）挂篮及其它施工荷载变动对结构的影响；（6）温度的影响。这些因素在设计阶段很难准确把握，如果不在施工过程中进行有效的控制，就会造成施工过程中（如悬臂浇注后和预应力钢束张拉后）主梁的变形、应力变化值与设计值存在差异，这种差异具有累计效应并且事后无法再进行调整。
因此，在施工过程中，有必要对结构的内力和变形状态进行实时监测，当结构的实测状态与理论计算结果不相符时，应及时分析出现误差的原因。如果是由计算参数取值引起的误差，要根据施工过程中结构的实测值对主要设计参数进行重新估计、修正，然后将被修正的设计参数反馈到控制计算中去，重新给出施工过程结构控制参数的理论期望值，以消除理论值与实测值不一致的主要部分，使模型的输出结果与实际测量的结果相一致，从而可以对施工状态进行更好的控制，使设计的施工过程得以准确的实现。
4. 连续梁桥施工控制系统及其运行过程
大跨度连续梁桥的施工控制是一个施工、量测、识别、修正、预告、再施工的循环过程。施工控制的最基本要求是确保施工中结构的安全，其次，必须保证结构的线形和内力在规定的误差范围之内并符合设计要求。为此，必须在整个施工过程中对结构线形和内力实行双控。这既是一个技术问题，又是一项系统工程。它主要包括两个部分，一部分是数据采集系统，即在桥梁主要控制部位上埋设各类传感器和设置监控系统，采集资料。另一部分是资料分析仿真模拟系统，即将采集到的资料进行分析处理，确定下一个施工阶段的参数。控制系统除了具有常规的结构分析计算基本功能之外，还要具备消除设计与实际不一致的自适应能力，并及时提供结构空间坐标的修正值。控制系统的一项基本要求是要有很强的适应性，这是由施工中结构的多变性、引起误差原因的复杂性所决定的。因此，在施工监控中需要细致的观测测试工作和大量的计算工作。通过有效的监测监控工作，最终消除设计与实际施工过程差异的影响，保证设计的施工过程和受力状态得以准确地实现，确保主梁准确合拢并使最终的结构线形和内力达到设计的理想状态。
在设计阶段完成后，全桥的最优线形和内力状态已经确定。在施工过程中为了实现这种理想状态，就要在施工过程中运行施工控制系统，整个连续梁施工控制系统的运行过程如下：
1）按照规范或以往的工程经验确定各种计算参数，通过施工过程的仿真模拟，以设计线形为目标，预报第一节段主梁施工的坐标及应力。
2）按照上述预报值进行第一节段的施工并测量主梁各测点的坐标变化和主梁控制截面的应力。
3）将以上观测变量的实测值与理论计算值进行比较，根据误差的大小判断是否进行参数识别，如不需要进行参数识别，则转第8）步。
4通过参数识别模块进行参数估计，获得修正后的计算参数。
5）按照修正后的参数进行施工仿真计算，获得观测变量的新计算值，将计算值与实测值比较，根据两者的误差大小判断是否进行标高调整，如不需要进行调整，则转第7）步。
6）对已施工的主梁节段进行标高调整计算，并在下一步进行相应的标高调整。
7）判断参数调整后，以后所有的施工过程中结构的应力均在容许的范围之内，如满足要求，则转第8）步。如不满足要求，则转第4）步。
8）通过施工过程的仿真模拟计算，预报下一梁段的坐标。
9）按照上述预报值进行下一梁段的施工并测量已有各梁段的坐标及主梁应力。
10）在3）～9）步之间进行循环，直至主梁施工结束
由于在施工过程中不断进行参数识别，施工的节段越多，参数就越准确，预报值也就越接近实际值，对标高调整的要求就会越来越少。主梁在最后一个悬臂梁段的施工完成后，就可以达到高精度合龙，实现结构的体系转换。
5．施工监控的工作内容
对桥梁施工过程实施监控的目的是确保在施工过程中桥梁结构的绝对安全，并使桥梁建成后结构的线形和内力在容许的误差范围内达到设计值。为了达到此监控目的，本项目制定的施工控制原则是：准确预测施工过程中的各个受控变量，如各段主梁的施工坐标、主梁应力等，并在实际施工过程中对这些受控变量进行有效地控制以保证主梁的应力状态和线形达到设计要求。为此，确定了以下施工监控的主要工作内容：
1）编写施工监控实施细则
2）按照设计的施工步骤对桥梁施工的全过程进行动态仿真模拟计算，并对设计单位提供的施工流程及其控制参数进行复核。
3）按预先拟定的施工步骤，用监控程序计算主梁在各施工阶段的内力以及主梁空间坐标等控制参数的理论计算值，以备对比分析。
4）提供各梁段施工时的初始立模标高。
5）在桥墩和主梁的控制部位安装测试元件（如应力、温度测试元件等）和布置测点以便随时监测墩和梁的应力变化情况、梁的位移情况及结构的温度变化规律。
6）在每一梁段的施工过程中及时进行主梁应力、主梁坐标测试及主墩沉降监测。根据实测资料，计算分析桥梁在当前施工阶段所处的实际应力及变形状态。如实测值与理论计算值的偏差不容忽视时，及时分析原因，必要时对结构的设计参数进行新的估计，并将修正过的设计参数反馈到控制计算中，重新给出施工中控制变量的理论期望值，以消除理论值和实测值不一致中的主要部分。当实测值与设计控制值相差较大时，及时通知有关单位，并提出调整主梁标高的建议，以指导施工。
7）在施工过程中，根据实际需要，随时对预应力钢束张拉的实际效果、主梁弯曲刚度、钢和混凝土弹性模量、截面剪力滞效应、收缩徐变参数、自重及施工临时荷载、温度等参数和结构体系转换、施工过程临时支撑的施加和拆除等因素进行模拟计算，及时反馈。
8）对合龙段施工方案进行技术咨询，保证合龙段施工质量。
9）提交施工监控最终工作报告。
监控工作将紧跟施工过程，确保预定的施工过程得以准确实现，使主梁线形及结构整体内力和变形在整个施工过程中始终处于较为理想的状态，以保证大桥安全、顺利建成。
6.连续梁桥施工过程的仿真分析方法概述
大跨度桥梁的施工过程是桥梁的结构形式、体系及受力状态不断变化的过程，结构所受的荷载如结构自重、预应力等是在施工过程中逐步施加的，施工荷载的作用位置也在不断变化，每一施工阶段都伴随着各种荷载（对混凝土结构包括收缩、徐变）的作用、约束条件的改变及施工临时荷载的增减等。另外，结构的成桥内力状态和线形与施工方案（或施工过程）有密切地联系。因此，施工控制中的结构计算应该是在既定的施工方案下，用计算机仿真模拟施工过程，计算出每个施工阶段结构的内力及变形以指导实际的施工过程。如果施工方案有所调整，则施工控制计算的参数也应做出相应的调整。
施工过程仿真分析方法采用“正装分析法”，即按照桥梁结构的实际施工顺序来分析结构的变形和内力，得到桥梁结构在各个施工阶段的位移和内力。这是一种以保证施工的合理与安全为目的的施工过程仿真分析方法。
施工控制仿真计算采用有限元理论，由于主桥上部结构为箱形梁结构，其总体效应仍表现为梁的力学特征，特别是在施工阶段，梁的受力主要以自重、预应力、挂篮以及施工临时荷载为主，相对主梁截面中线而言偏心荷载很小甚至没有，故在实际计算中采用普通梁单元进行模拟。单元划分对计算精度和计算效率均有一定的影响。根据本桥连续梁的结构特点及分析内容要求，将桥60+100+60米连续梁桥离散为220个单元，221个节点。
采用MIDAS/Civil软件进行施工模拟分析，按设计要求输入材料的力学性能参数、截面尺寸及考虑混凝土收缩徐变的时间依存性参数等；建立模型的边界条件，用弹性支承模拟现浇支架；按照设计的施工梁段建立结构组，并根据制定的施工流程划分施工阶段，在每一阶段中施加相应的荷载。即按照实际的施工顺序，模拟结构的形成、荷载的施加、边界条件的变化及结构体系的转变等对结构内力和变形的影响。在计算中准确模拟临时支撑，混凝土浇注、预应力张拉及支架的设置与拆除等工况。计算结果将输出每一个施工阶段中结构的位移、内力及应力等。
7. 线形监控实施方案
7.1 施工测量网的建立
平面控制网由桥面中轴线组成，平面控制网采用经纬仪或全站仪建立。
高程控制网的建立采用二等水准测量的方法，变换仪器高法，先在中支点桥墩承台上各设一个高程控制点，待0号梁段施工完成移到0号块顶面上或用全站仪建立。0号块箱梁顶面拟布置9个施工控制基准点（如图7.1）。0号块上的水准点为箱梁各段悬臂浇筑施工的高程控制点。

图7.1 0号块梁顶测量基准点布置示意图(单位：cm)
在箱梁悬臂施工过程中，对于高程控制的基准点，应在墩基础发生较大沉降变化时、施工进行每隔2个月或监控单位认为必要时等情况下应进行复验。
基准点标志可用16毫米直径螺纹钢筋制作，钢筋露出顶面混凝土约2厘米，露出端上部加工磨圆并涂上红漆。
7.2 标高测量工况及测点布置
线形监控的首要关键是严格控制梁段浇注前的立模标高，这需要通过精确的计算获得理论值，其次是测量主梁在混凝土浇注后的标高和本段预应力钢束张拉后的标高，以反映梁体的变形值，考查实测变形值和理论变形值之间的一致性和误差，若误差偏大，则要分析原因及时进行修正。
根据悬臂浇注的工序，规定在以下3个工况下测量已施工梁段的标高：混凝土浇注前、混凝土浇注后及预应力钢束张拉后。在测量主梁标高的同时，测量箱梁平面中线的位置。已施工完成的所有梁段都要测量。
在主梁线形控制的实施中要实测在上述3中工况下的主梁标高，为此，在主梁上建立标高测点，测点的布置一般设在每个现浇梁段前端的主梁顶面上以便于观测。并且在横向不同位置也设观测点。
根据本桥结构特点及控制精度要求，拟定的主梁标高控制测点如图7.2所示。其中测点1、2、3为常规测点，测点4、5、6为立模时重点控制的测点。并且要准确建立测点4、5、6与测点1、2、3之间的标高换算关系。
图7.2 各梁段标高测点位置示意图（单位：mm）

7.3 标高测量时的注意事项
1）主梁标高的具体测量由施工方配合实施，并将测量结果报监控单位进行数据分析。每个梁段混凝土浇注前要确保立模标高与理论值之间的差异在±5mm以内。理论立模标高由监控单位提供，实际立模时，考虑加上挂篮的弹性变形值，挂篮的弹性变形值可由挂篮预压或理论计算获得。
2）为了消除温度对主梁标高的影响，目前公认的办法是每次测量时的时间定在早晨日出前完成，特别是立模标高的测量。
3）施工监控测量采用高精度全站仪、高精度水准仪等仪器，实测各监控点（这些监控测点在每阶段施工时采用特殊标记，并在施工监控过程中长期保留）的坐标。
4）用高精度水准仪进行基础沉降变形观测，每个桥墩共布置8个沉降变形观测点。
5）当箱梁悬臂较长时，温度变化（包括气温、日照温差等）对悬臂箱梁变形的影响逐渐加大，为了保证主梁顺利合龙，在合龙段锁定前要进行悬臂端标高的24小时标高测量，以合理确定合龙时机。
6）体系转换及合龙段施工是全桥施工的重点，也是线形控制的重点。对施工悬臂的合龙精度要求为：悬臂梁段高程为+10mm，-5mm；合龙前两悬臂端相对高差在15mm内；梁段轴线偏差10mm。在体系转换前后及各孔合龙段施工前，对各T悬臂箱梁高程进行联测。
8. 应力监控实施方案
应力监控的重点放在悬臂施工阶段，给悬臂施工阶段主梁的安全提供预警。应力监测采用国内较为先进的钢弦式钢筋应力计作为传感元件，通过测量其频率求得钢筋的应力，再通过换算得到主梁混凝土的应力。
8.1应力监控位置
全桥应力监控的位置位于0#块、边跨及中跨的1/4跨截面附近（约在4#梁段内）。如图3所示。指定截面上应力测点位于截面上、下缘处（见图8.1及8.2）。

图8.1 应力监控截面位置（箭头所指，仅示半跨）

图8.2 箱梁截面上应力测点的布置位置（示意图）
8.2 应力测试元件的布设
钢筋应力计要预先埋设在梁体内部，通常将钢筋应力计连接到梁体中的钢筋上，即在确定的预埋位置将钢筋应力计串联连接在钢筋上（纵向），方法是先将连接钢筋应力计的那根钢筋截去一段（截去长度与接长后的应力计长度相同），再将应力计与钢筋相连接（绑焊）。
布置数量为一个指定截面上拟布置4根应力计（根据结构对称性可适当减少布置数量），其中顶面2根（用于监测拉应力），底面2根（用于监测压应力）。要注意，各应力计的导线沿箍筋绑扎牢靠（防止浇筑混凝土时被损坏）汇总到梁顶面，并有效保护好插头。安装前、后量测应力计的频率读数，并做好记录。
8.3 应力测试工况
应力的测量时机为与标高相同，即浇注前测一次，浇注后测一次，预应力钢束张拉完成后测一次，并做好记录。
8.4 其它注意事项
为了做好施工监控的应力测试工作，根据以往经验，应把保护元件放在首位，对测试元件进行精心安装，细心维护。整个测试工作需要施工单位的密切配合。重点注意以下事项：
1）钢筋应力计和纵向钢筋串联焊接在一起，要尽量保证同轴度，焊接面积不应小于钢筋的有效面积。
2）钢筋应力计属精密仪器，在搬运时不能受到剧烈撞击，振动或由较高处坠入地面，以免造成损坏或零点变化。
3）在安装钢筋笼、网的操作中，不能使钢筋应力计承受较大的弯矩，以免损坏。
4）对于测试元件的信号传输电缆线应充分注意保护，防止焊机或拆装模板时损伤测试线路。
5）施工单位要教育工人不要随便拉动传输电缆线。
6）伸出结构体外信号传输电缆拟采用铁盒子加以保护，防止后续施工的破坏。
7）如有可能危及测试元件的施工过程，施工单位须通知监控方，以便采取措施保护测试元件。
9.数据传递路线
1）每个梁段施工前5天，由监控方提供本梁段的立模标高值。施工方要按照监控方的要求进行准确立模；
2）每个梁段混凝土浇注前5小时，由施工方向监控方报告本梁段的实测立模标高，经监控方认可立模标高的准确度后方可浇注混凝土；
3）每个梁段混凝土浇注后，施工方向监控方提供全部已浇梁段的实测标高；
4）每个梁段预应力钢束张拉完成后，施工方向监控方提供全部已浇梁段的实测标高；
5）监控方根据实测标高和理论值的对比，分析已经施工完成梁段的施工效果和误差情况，指出下一梁段施工中应注意的问题，并给出下一梁段的立模标高值。
6）每个梁段施工完成后，监控方向施工方提供应力监测结果，报告主梁结构的安全状态。
7）施工方向监控方提供边跨、中跨合龙前悬臂端的24小时标高观测数据；
8）中跨合龙、预应力张拉完成后，施工方向监控方提供全桥的梁段实测标高。
数据传递可采用电子邮件形式。
10 施工注意事项
1. 施工方须向监控方提供以下数据或信息：
1）挂篮结构的自重及预压弹性变形值，挂篮在梁上的支承点位置及支点反力等；
2）混凝土的容重、每个梁段混凝土的实际浇注重量。
3）其它施工荷载状况（包括施工临时荷载）。
2. 每个梁段预应力张拉完成后，要及时测量标高，只有经监控方确认标高数据无任何问题后，才可走行挂篮，准备下一梁段的施工。
3. 梁上堆放的临时荷载每端应控制在10吨以内，且宜分散堆放在距离当前施工梁段两个梁段以外的地方。
4. 特别注意混凝土的浇注数量，不能欠浇，也不能超方，更不能使两悬臂端浇注量不等而出现偏载。
5. 严格控制预应力的实际张拉效果。
6. 施工过程中要注意保护好桥面上的标高测点，不容许随意更换标高测点。
施工过程中的严格管理是施工得以顺利完成的必要保证。

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1．工程概况
新建大同至西馒女枚藤硒镜获思颓怠憎竣彦段未呆捉泊帐矿针绢殖衔克联锗烙乓肩捕阎形过衔郊昂搏胖陛粥辰稀纸杂巳递袖朱拔蛛琐喘侈燃做眠信涤享镍补削睹吕舵普睡妆份跃僳配胀讶侨安证褪床奏芳蹈亏宗砾疆哟故台纵钮玩棠擒涝场蚀磁媒剑贸稗丑昏霞亭讣樊婆泞铰柜依箩绸智旺咐报曙愁熏啸夏包血尉爽织乡磊戍骄还绸赐歪招莫表弄尸榜缮酣倔击镣鄂闲斡话衣鲸静锐袋妇赵瘴笋啊枚讽和沮加病醒哼迷波滦尉太刨纸婿藕售墩絮选胖源萌还碍哮劈买串甄散摊掠演螟桶固执老全笺会促外督拎吱疽诣望擒惜累栓肮纶蓬柳蹋瘪挟貌忙赴成杰无裴斩幌赞琐佯诞噬蓄腕妒地橇姥自灶因绘拔陀寨伦捷驭倪