拱桥施工监控方案.doc

沪杭自锚上承式拱桥施工监控方案

沪杭甬客运专线上海至杭州段（88+160+88）m自锚上承式拱桥
施工监控方案

中铁第五勘察设计院集团有限公司
二○○九年九月
目 录
1 工程概况 1
2 施工监控的目的、依据、原则和方法 2
2.1 施工监控目的 2
2.2 施工监控依据 3
2.3 施工监控原则 3
2.4 施工监控方法 3
3 施工监控工作的主要内容 5
3.1 施工过程仿真计算 5
3.2 与施工监控有关的基础资料试验数据的收集 6
3.3 施工过程结构变位、应力应变和温度观测 6
4 施工控制精度与监控要求 9
4.1 施工控制精度 9
4.2 施工监控要求 9
5 组织机构 9
5.1 机构组成 9
5.2 各单位分工 10
5.3 施工控制工作程序 11
6 施工监控注意事项 11

沪杭自锚上承式拱桥施工监控方案
1 工程概况
沪杭客运专线跨沪杭高速公路特大桥位于上海市金山区和浙江省嘉兴市境内，沿途穿越上海市金山区，浙江省嘉兴市嘉善县，桥位处地形平坦。沪杭客专于嘉善县内由沪杭高速公路南侧跨到北侧，交点处客专里程为DK59+247。
线路设计为双线，线间距5.0m，本桥位于直线上。设计速度350km/h。
桥梁方案：
本桥采用自锚上承式拱桥，孔跨组成为（88+160+88）m，立面布置如图1所示。拱肋采用抛物线线形，矢跨比为1/6，中跨拱肋拱顶截面高为4m，拱脚截面高为6m，拱肋横向宽度7.5m，采用单箱单室截面。
为简化结构构造及受力，拱肋上设置三个拱上立柱，支承（20+22+22+20）m连续梁，为配合拱肋曲线变化，连续梁边跨截面高度采用变截面，梁端截面高度4m，跨中截面高度采用3m，连续梁与拱肋结构分离。
施工方法：
主桥采用“支架现浇，转体就位”的施工方案，即主拱及拱上连续梁先顺公路方向支架现浇，然后拆除支架进行转体施工。具体施工步骤如下：
1、 主墩桩基础、下层承台、平转球铰、上层承台、拱座施工；边墩桩基础、承台、墩身施工。
2 顺公路方向搭设支架、并预压，在支架上现浇拱肋。
3、 浇拱上立柱、支架现浇拱上连续梁，本阶段连续梁支承在临时支座及支架上，与永久支座悬空5cm。
4、 张拉临时系杆。
5、 拆除拱上连续梁现浇支架、落梁，通过调整支座下板底无收缩水泥砂浆厚度，使连续梁各支点下落高度一致。
6、 用素混凝土填实连续梁端与拱圈之间的梁缝、张拉临时预应力索将拱圈与连续梁固接。
7、 拆除现浇拱肋支架，做好拱肋平转准备工作。
8、 拱肋平转到位，封铰。
9、 支架现浇边跨并合龙。
10、合龙中跨，解除拱肋与连续梁的临时固结索，拆除梁缝内的素混凝土塞缝。
11、交替张拉部分永久系杆、拆除临时系杆。

12、施工桥面相关工程：防护墙、栏杆；无砟轨道板等。
13、张拉剩余永久系杆。
14、开通运营。

图1 自锚上承式拱桥示意图
2 施工监控的目的、依据、原则和方法
2.1 施工监控目的
施工监控是对施工过程中的重要环节及过程进行监测和控制，保证施工过程及其结构处在绝对安全的控制之中，根据结构的实际状态，通过利用各种测试手段获取的反馈数据进行跟踪修正计算，给出各施工阶段的线形及内力控制数据，用以指导和控制施工，防止施工中的误差积累，保证成桥后的线形及内力符合设计要求。
施工监控是近年来发展起来的一种桥梁施工控制技术，是随着桥梁跨度增大和桥梁结构日益复杂而产生的。特大桥、特别复杂的桥梁及新结构型式的桥梁均需作施工监控。
跨沪杭高速公路特大桥是沪杭客运专线上的一个重点工程，主桥采用自锚上承式拱桥形式，是铁路客运专线桥梁采用的一种新型形式。自锚上承式拱桥的结构型式独特，构造复杂，施工环节多，工艺要求高，受外界影响的因素很多，为了确保主桥在施工过程中结构安全可靠，成桥后的线形符合设计要求，结构内力接近设计要求，在主桥施工过程中必须进行施工监控。
2.2 施工监控依据
主要依据下列文件和规范规程对跨沪杭高速公路特大桥实施施工监控。
1、 施工监控协议书；
2、《沪杭客专上海至杭州段自锚上承式拱桥深化初步设计图纸》；
3、《铁路桥涵设计规范》(TB10002.1～TB10002.5-2005)；
4、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3-2005)；
5、《新建铁路工程测量规范》(TB10101-99)；
6、《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》(铁建设【2005】157号)；
7、《铁路桥涵施工规范》(TB10203-2002)；
8、《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10415-2003）；
9、《铁路工程抗震设计规范》(GB50111-2005)；
10、《铁路桥梁检定规范》(铁运函[2004]120号)；
11、其它有关规范规定的要求。
2.3 施工监控原则
施工监控是要对施工过程进行有效控制，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。
1、受力要求。自锚上承式拱桥应力监测的主要内容是：拱肋、拱上连续梁各控制截面以及拱上立柱根部的应力监测。不论在施工状态还是在成桥状态，都要确保各截面应力的最大值在允许范围内。
2、线形要求。线形主要是拱肋轴线的线形误差和拱上连续梁的顶面标高。成桥后（主要指主拱肋变形稳定后）拱肋轴线各控制点以及拱上连续梁的标高和轴线要满足设计标高的要求。
3、调控手段。对于拱肋以及拱上连续梁线形的调整，主要是通过调整现浇支架的顶面标高以及张拉系杆来实现。
2.4 施工监控方法
1、施工控制方法
钢筋混凝土拱桥施工过程中结构的内力以及线形产生误差的原因，主要是钢筋混凝土弹性模量、材料的容重和徐变系数是一个变量，结构的几何尺寸、环境温度、临时荷载等也会产生影响。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测到的结构应力来修正计算模型中的这些参数值，以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后，自动适应结构的物理力学规律。当测量到结构的受力状态与模型计算结果不相符合，通过将误差输入到辨识算法中调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量到的结果一致。得到修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态，这样，经过几个工况的反复辨识后，计算模型就基本上与实际结构相一致了。在此基础上可对施工状态进行更好的控制。施工控制程序框图如图2所示。

图2 施工控制框图
桥梁的施工控制是一个预告→量测→识别→修正→预告的循环过程。施工控制的要求首先是确保施工中结构的安全，其次是保证结构的内力合理和线形美观。为达到上述目的，施工过程中必须对主拱结构内力和主拱线形标高进行双控。
2、施工监测方法
施工监测是在施工现场通过对主拱结构的线形及位移（或变形）监测、预应力监测来得到主拱结构实际变形和内力分布。除此之外，还要对支架主拱肋浇注过程中的变形和受力状态进行监测，以便获得支架变形对主拱结构行为的影响。通过上述监测，来保证在施工过程中主拱结构的安全以及成桥结构线形和内力分布符合设计要求。
3 施工监控工作的主要内容
本桥施工监控主要包括以下内容：
1、 施工过程仿真计算；
2、 与施工监控有关的基础资料的收集；
3、 施工过程结构线形、应力应变监测；
4、 基础沉降及拱座位移观测；
3.1 施工过程仿真计算
用成熟的结构计算软件（MIDAS、Sap2000）对每一个施工阶段进行分析计算，验算各截面应力，计算施工控制的理论线形，形成仿真计算控制文件。施工过程计算包括以下内容。
1、主拱拱肋的内力、应力、挠度计算；
2、拱上连续梁的内力、应力、挠度计算；
3、拱上立柱根部的应力计算；
4、根据施工过程随时进行的控制计算；
5、其它必要的计算。
3.2 与施工监控有关的基础资料的收集
1、混凝土的弹性模量试验以及强度试验，混凝土容重试验；
2、支架预压试验；
3、气候资料：晴雨、气温、风向、风速；
4、施工工期安排；
5、施工方案的调整等。
以上数据由相关单位提供。
3.3 施工过程结构线形、应力应变监测
1、拱上连续梁标高控制
① 测点布置：拱上连续梁每隔4米布置标高测点，顺桥向布置44个断面（如图5所示），横桥向布置2个测点（如图3所示）。拱上连续梁标高测点共计88个；同时要加强对拱上连续梁的中轴线观测。
② 测点结构形式：用钢筋焊接在钢筋网上，露出混凝土顶面2cm。
③ 测试方法：用精密水准仪测量测点标高。
④ 测试工况：拆除支架、张拉系杆等工况。
⑤ 测量精度：±2mm。

图3 拱上连续梁横断面标高测点布置图
2、 拱肋标高控制
① 测点布置：对拱肋拱脚、L/8、L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/4、7L/8、拱脚分别设置拱肋标高观测点（如图4所示）。
② 测点结构形式：用钢筋焊接在钢筋网上，露出混凝土顶面5cm。
③ 测试方法：用全站仪测量。
④ 测量精度：2mm。
⑤ 测量工况：拱肋浇注，支架拆除，张拉系杆等工况。

图4 拱肋横断面标高测点布置图
3、 拱肋轴线控制
① 测点布置：利用拱肋标高测点同时作为轴线测点。
② 测试方法：用全站仪测量。
③ 测试工况：拱肋浇注，支架拆除，张拉系杆等工况。
④ 测量精度：2mm。

图5 顺桥向标高测点布置图
4、 主拱肋和拱上连续梁、拱上立柱以及转盘应力测试
（1）测试方法
混凝土应变测试采用智能型混凝土应变计（JMZX-215AT）。应变计均带有温度测试功能，可以实时反映结构的温度，精确地对温度的影响进行修正。
所有的测试元件出厂时都必须有可靠的标定数据。
（2）测点布置
拱肋应力测试断面布置于单侧转体结构的拱脚、L/4、拱顶共6个断面（Ⅰ-Ⅰ～Ⅵ-Ⅵ断面）；拱上连续梁应力测试布置于连续梁边、中跨的跨中位置共2个断面（①-①～②-②断面）。拱上立柱应力测试布置于立柱根部断面位置，共计2个断面（③-③～④-④）断面。见图6。
拱上连续梁每个断面应力测点共布置6个（见图7）。拱上连续梁应力测点共计12个点。
拱肋每个断面应力测点共布置6个（见图8）。拱肋应力测点共计36个点。
图 6 应力测试断面布置图

图7 拱上连续梁断面应力测点布置图

图8 拱肋断面应力测点布置图
拱上立柱根部断面应力测点共布置4个（见图9），拱上立柱应力测点共计8个点。

图9 拱上立柱断面应力测点布置图
转盘应力监测测点共布置4个（见图10），两侧转盘共布置8个应力测点。

图10 转盘应力测点平面布置图
3.4. 基础沉降及拱座位移观测
桥梁基础在施工过程中以及竣工后一段时间内一般会发生一定量的沉降。所以要加强对基础的沉降观测，基础沉降观测的目的就是测量其均匀沉降和不均匀沉降状态，同时要加强对拱座位移观测，以监测其水平变位情况。
4 施工控制精度与监控要求
4.1 施工控制精度
1、连续梁梁段轴线允许最大偏差：15mm；
2、连续梁梁段顶面高程允许最大偏差：±10mm；
3、拱肋平面中心位置允许最大误差：±30mm；
4、拱肋底面高程允许最大误差：±20mm；
4.2 施工监控要求
1、标高测量时间要求：早晨6：00～8:00完成；
2、应力测试时间要求：日出前完成；
3、拱段重量按设计要求严格控制；
4、严格控制施工临时荷载。测试时材料堆放要求定点、定量；
5、每一个施工工况完成后，由有关各方进行测试，确认无误后方可进行下一工
况的施工；
6、每一施工阶段完成后的测试工作必须避免日照温差的影响；
7、控制指令表履行严格签字制度，有关各方会签后方可进行；
8、所有观测记录必须注明工况、日期、时间、天气、温度、桥面特殊施工荷载
和有关其它突变因素。
5 组织机构
5.1 机构组成
施工监控工作不但是一个高难度的施工技术问题，而且涉及到工程建设的各方（设计方、施工方、监理方、监控方等）相互协调和配合。要做好施工监控工作，必须协调好各方的关系。为此，我们建议成立施工控制领导组和施工控制工作组。重大技术问题以及各方关系协调由领导组负责；具体工作由工作组负责。各方指令通过监理工程师签发认可。
施工控制领导组：由业主、监理、设计、施工、监控单位现场负责人组成。业主担任组长。处理施工监控工作中的重大事项以及协调各方关系。
施工控制工作组：由业主、监理、设计、施工、监控单位技术人员组成。由监控单位负责人任组长。
5.2 各单位分工
1、 业主
协调各成员单位的工作，及时主持召开监控工作会议。
2、 设计单位
① 提供结构计算数据文件、图纸、结构最终内力状态和线形。
② 会签控制工作组发布的控制指令表。
③ 讨论决定重大设计修改，负责变更设计后各种验算。
3、 施工单位
① 施工组织设计与进度安排，如有变更原有设计方案请及早提出。
② 混凝土弹性模量试验。
③ 桥面施工荷载调查与控制。
④ 负责测试元件的现场保护，并为监控单位提供现场测试的必要条件。
⑤ 测量结果在每一阶段完成后及时汇交施工控制工作组。
4、 监理单位
① 签发施工控制指令。
② 监测拱肋轴线以及拱上连续梁标高和墩、柱等偏位情况。
③ 提供拱肋断面尺寸测量结果。
④ 每一阶段完成后将有关监测结果及时汇总给施工控制工作组。
5、 监控单位
① 拟定施工控制方案。
② 施工过程结构应力、应变和温度观测。
③ 识别设计参数误差，并进行有效预测。
④ 优化调整分析。
⑤ 提供拱肋以及拱上连续梁立模标高。
⑥ 发生重大修改及时向领导组汇报并会同设计单位和监理单位提出调整方案。
5.3 施工控制工作程序
由施工控制领导组从总体上指挥施工控制工作的进行，具体工作由施工控制工作组展开。首先由施工控制方发出施工指令表，由设计方对其中的拱轴标高等数据进行复核，然后报监理方确认签发至施工单位具体实施。一个施工阶段完成后，监理将各方相关数据汇总至施工控制工作组进行简要小结，然后进入下一阶段的施工工作程序，见图10。

图10 施工控制工作程序

6 施工监控注意事项
设置的变形观测基准点必须稳定可靠，并定期对其稳定性进行检查，加强对监测设施的保护。

所有变形观测应在施工前读取初始值。应力及内力量测应在元件埋设好后，立即测出初始值。应力检测与变形观测同步进行。
监控应有计划有步骤地进行，严格按照监控方案实施，使用的仪器在监控过程中保证其精度和可靠性。
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