春晓中八路桥梁施工监控方案与组织管理.doc

春晓中八路桥梁施工监控方案与组织管理秦玉霞(宁波经济技术开发区春晓开发建设指挥部 浙江宁波 315830)摘要：大跨径桥梁的施工监控每座桥都有其不同特点，如何保证不同桥型、不同施工特点的桥梁能满足设计的要求，是施工监控工作的重点，其中监控方案与组织管理工作尤为重要。关键词：大跨径桥梁 施工监控 组织管理中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2009)08(c)-0000-001 工程概况春晓中八路2号桥上部结构形式为24.6+90+24.6m下承式连续梁拱组合体系。纵梁采用预应力混凝土箱梁结构，单箱单室截面，桥台、跨中梁高180cm，桥墩处梁高360cm，箱梁顶宽900cm，底宽600cm，全桥共设2道纵梁，25道预应力混凝土横梁，其中2道桥台横梁，2道桥墩横梁，21道中横梁。桥墩横梁采用单箱单室截面，高360cm，宽300cm，桥台横梁采用矩形实心截面，高180cm，宽230cm；中横梁采用T形截面，宽55cm，高180cm。预应力束采用15.24mm的高强度低松弛钢绞线，配套锚具采用OVM锚具，塑料波纹管成孔。主拱理论跨径为90m，计算矢高20m，矢跨比1/4.5，理论拱轴线方程为：y=0.88889x-0.00988x2。副拱肋拱轴线为圆弧线，圆弧半径为292.025m。全桥共设两榀钢管混凝土拱，拱肋截面为矩形，主拱肋高160cm，宽190cm，钢管壁厚20mm，副拱肋高120cm，宽190cm，钢管壁厚12mm，主拱内灌C50微膨胀砼，其余为空钢管。在主拱肋钢管顶设一组排气孔，在拱脚处各设一组进料口，待泵送砼完毕后，封死排气孔及进料口。拱肋与纵梁固结，两榀拱肋横向间距为24.5m。每榀拱肋设15根厂制吊杆，吊杆间距5.4m，吊杆采用PES(FD)7-85半平行钢丝成品索，外包双层高密度聚乙烯（PE）护套，配套锚具采用带有纠偏装置的OVMLZM(K)7-85锚具，吊杆标准强度为1670MPa，破断力为5463kN，吊杆采用单端张拉，张拉端设于拱肋顶部，固定端设于箱梁底部。下部结构桥台采用一字型桥台，台身厚200cm，桥台基础采用125cm钻孔灌注桩基础；桥墩为立柱式，桥墩承台厚度250cm，桥墩基础采用125cm钻孔灌注桩基础；桩基按摩擦桩设计。2 施工监控的具体内容2.1 计算模型的建立及对施工阶段的跟踪计算2.1.1 基本资料收集（1）钢管的弹性模量、泊松比及容重；混凝土龄期为3、7、14、28、90天的强度与弹性模量，混凝土的容重，混凝土的徐变收缩参数。（2）气象资料：收集晴雨、气温、风向、风速等气象资料。（3）实际工期与未来进度安排，此项内容施工单位必须提前通知施工监控方。（4）满堂支架结构形式及材料特性，施工荷载在拱肋上布置的位置与数值，临时铰的位置及性质。（5）本桥的设计图纸及相关的设计变更资料。2.1.2 结构参数的初步选择结构参数是施工控制中模拟分析的基本资料，其准确性直接影响分析结构的准确性。结构参数主要包括：结构构件截面尺寸、结构材料弹性模量、材料容重、材料热膨胀系数、施工荷载、预加的应力和索力。以上这些参数需施工单位在每个工序施工前准确给出，有的参数需取规范中的建议值。2.1.3 应力监测的理论计算在桥梁的应力监测中，对结构在每个施工阶段的变形和受力分析是其最基本的内容，因此，必须通过合理的计算方法和理论分析来确定桥梁结构在每个施工阶段的理想的受力和变形状态，以便控制施工过程中每个阶段的结构行为，使其最终的成桥线形和受力状态满足设计要求。本桥监控中桥梁结构的计算方法采用正装分析和倒装分析相结合的方法。正装分析法，又称前进分析法，是大跨度钢管砼拱桥施工控制的主要工作内容之一。正装分析法根据确定的施工顺序完成各施工状态及成桥后的内力、位移与稳定性计算，进而确定出结构各施工阶段的内力、位移与稳定性理论值，作为施工控制的理论轨迹计算可考虑施工的进程、时间、相应状态、临时荷载、环境温度、截面刚度变化、结构变化、砼的收缩与徐变等因素，以此确定出桥梁的预拱度，构件的无应力下料长度，预测下一施工状态及施工成桥状态的内力、位移与稳定性。倒装分析法以成桥理想状态为初始条件，按实际施工相逆的步骤，逐步拆去每一个施工项对结构的影响，从而确定结构在施工各阶段的状态参数。将上述两种方法交替使用、调整分析，以期真实地模拟各施工阶段结构的受力和变形，更好地指导施工。2.2 应力监测施工监测过程中应力观测是整个控制工作的主要内容之一，必须认真执行，并保证数据的可靠性。为此，应力测量工作应作为施工的一个工序来完成，测量所得的数据应经有关人员分析认可后方可进行下一工序的施工。同时还要做到：所有观测记录都注明日期、时间、工况、气温、桥面特殊施工荷载和其他突变因素等。应力监控将包括主梁和拱肋的各主要控制断面。2.2.1 应力测点布置本桥应力测试截面分别布置在主梁和主拱的关键截面，共16个应力监控截面，其中主梁9个，主拱5个，副拱2个，如图1所示。主梁为预应力混凝土箱形梁，每个截面布置7个内埋式混凝土应力传感器，应力测点布置如图2所示。主拱为钢管混凝土结构，施工过程中主要监控钢管外表面的应力，每个监测截面布置4个外贴式应力传感器，分别设置在钢管的上、下缘和侧向外表面，如图3所示。图1 应力监控截面布置图图2 主梁应力测点布置 图3 主拱应力测点布置图2.2.2 测量方法与仪器由于应力监测是一个长时间的连续的量测过程，因此应力测量采用钢弦式应力传感器，因为这种传感器具有良好的稳定性，具有应变累积功能，抗干扰能力强，数据采集方便。钢弦式传感器将包括以下类型：JXG-1型钢筋应力计和JMZX-212AT型表面式应变计。这二种类型的传感器的技术参数见表4.1。钢弦式应力计的采集系统采用振弦检测仪，它的测量范围、测量精度、存贮容量和使用环境温度如下。（1）测量范围：振弦频率：600Hz3000Hz；振弦温度：-40125。（2）测量精度：频率精度：0.1±0.1Hz；温度精度：±1。（3）存贮容量：2500个测试点。（4）使用环境温度-1040，相对湿度小于等于90。 钢弦式传感器的技术参数 表4.1传感器类型技术指标JXG-1钢筋应力计JMZX-212AT表面应变计分辨率（）0.20.2重复性（）0.50.5非线性度（）22温度漂移(Hz10)3434零点漂移(Hz3个月)3535温度范围（）-10+50-10+50规格（）-2000+1000-2000+1000精度（）112.3 桥梁线型监测桥梁线形监测是施工监控工作的主要内容之一，其目的是通过各施工阶段结构线形的控制，保证桥梁结构的成桥线形与设计线形相符。本桥线形控制主要包括主梁和主拱线形控制两部分。2.3.1 测点布置（1）主梁线形控制断面：主跨跨中断面、主跨L/4断面、主跨3L/4断面；边跨跨中断面、支点断面，共计9个断面。除支承处各断面布置2个高程测点外，其余均布置4个高程测点于断面上，分别位于箱梁腹板顶部。（2）主拱线形控制断面：拱脚断面、L/4断面、拱顶断面、3L/4断面，共计5个断面。标高测点布置在拱肋两侧侧面的钢箱表面，并在拱肋两侧布置拱肋侧倾传感器。2.3.2 监测手段主梁线形采用精密水准仪测量。主拱线形采用全站仪测量，每个控制点上安设反光棱镜或反光片，采用三角高程法测量各控制点的高程。拱肋的侧倾观测，应对A2、A3、A4三个测点进行拱肋侧向位移变化。2.4 吊杆张拉力的监测吊杆索力是设计的主要参数，也是施工监控中重要的控制参数，索力量测效果将直接对结构的施工质量和施工状态产生影响。间接法测张拉力，利用吊索的索力和吊索的振动频率之间存在着一定的关系，因此如能测出吊索的振动频率，即能得到吊索的索力。本桥索力的监测采用频率法，测量时人工激振使吊索振动，然后通过索力仪测量吊索的振动频率，代入以下公式即可算出索力。 式中：fn吊索第n阶自振频率； L计算索长； n索的振动阶数。 考虑到吊索在张拉过程中存在各种非线性的影响，如吊索张拉对其他吊索力的影响、吊索张拉过程对主梁和支架间的相互作用的影响，这些非线性互相影响，使得吊索张拉过程结构受力相当复杂，也决定了吊索张拉力很难通过一次张拉就达到设计张拉值，因此本桥吊索采用4次张拉的方法，各次的张拉力分别为0.3P、0.6P、0.8P、1.0P。由于受千斤顶数量的限制，难以将所有的吊索同时张拉，因此每次张拉的顺序为从跨中的吊索向两端逐根进行，且位于同一里程的上、下游两根吊索由两台千斤顶同时张拉。吊索分四次张拉，每次张拉也分成若步进行，因此每完成一步张拉，均需要对所有吊索索力进行测量，以掌握被张拉吊索对相邻吊索索力的影响程度。在吊索全部张拉完毕后，后续的每一施工工况结束后均应对全桥吊索进行索力测量，确保成桥索力与设计值相符。2.5 监控工况及监控频率本桥为梁拱组合结构，施工步骤较多，工序复杂，为掌握施工过程中结构的受力和变形特点，保证施工的安全进行，需要对主要的施工工况进行线形和应力监控。根据本桥的施工步骤，主要包括以下施工工况：1） 主梁混凝土浇筑；2） 主梁预应力筋张拉；3） 主拱安装；4） 主拱混凝土灌注；5） 吊杆张拉；6） 满堂支架拆除；7） 桥面铺装。上述每一施工工况又是由许多小工序组成的，所以应力的观测次数和时间由施工的工序来决定的，具体为：每个工序完成前、后必须观测23次，而且两次读数宜在结构温度基本一致的时间进行观测，具体的时间一般为早晨日出前，每次观测要迅速（控制在1小时以内）、准确。2.6 施工监测有关误差分析由于结构实测值与分析值存在着一定的偏差，主要来源于以下几项：结构分析建模误差、弹性模量误差、截面特性误差、构件自重误差、混凝土龄期误差、测试误差等。通过对各项误差的分析，结构参数敏感性分析，结构参数识别，进一步找出偏差原因，确定出设计参数真实值，从而为施工成桥符合设计要求服务，也为同类桥的设计与施工积累经验。2.7监测结果的递交应力监测过程中按施工进度的要求及时提交监测结果，监测结果采用书面报告的形式，内容包括：应力实测结果、线形实测结果、经过参数修正后的理论值、并预告下一施工阶段应注意的地方及比较危险的截面。现场数据交换采用固定格式，统一编号，并由各方认可。所有实测数据首先应该及时汇总到监理处，然后分发每一单位。同时应做好文件、资料的管理和签收工作。3 施工监控的现场实施3.1施工控制的组织机构施工控制工作是一项涉及到建设、设计、施工、监理等单位的系统工作。为做好该项工作，建议设立施工控制领导小组与施工控制工作小组两个组织来开展工作。重大技术问题由领导小组讨论决定，具体工作由施工控制小组实施。（1）施工控制领导小组由建设单位、设计单位、监理单位、施工单位和施工控制单位的领导和技术负责人参加，其中建设单位任组长。施工控制领导小组不定期开会，由组长召集，讨论施工控制中出现的重大问题，并提出决策方案。（2）施工控制工作小组由施工控制单位、施工单位、监理单位、设计单位和建设单位参加，包括施工控制单位的现场负责人、施工单位的现场负责人、监理单位的现场代表、设计单位的设计代表和建设单位的配合，其中施工控制单位的现场负责人任组长。施工控制小组定期开会，由组长召集，讨论施工控制中存在的问题，并提出修正方案。如碰到重大施工问题或需要修改设计的，提交施工控制领导小组讨论。3.2 各单位间的分工协作施工控制需要建设、施工、监理、设计等多家单位的配合。各家单位在应力监测中都起到不同的作用，下面将各单位负责的内容罗列如下：（1）建设单位协调各成员单位的工作，及时召集施工控制会议（2）设计单位1）提供设计图纸、变更图纸及设计计算书；2）提供拱肋各主要控制截面在各施工阶段的内力状况；3）提供该桥全过程中相应的设计参数；4）提供该桥在各施工阶段的稳定安全系数。（3） 施工单位1）提供施工组织设计与进度安排，并且变更原定施工方案应及早提出；2）提供拱肋各施工阶段的初始标高、成桥标高及相应挠度的理论计算值；3）提供该桥的材料试验数据；4）提供拱肋实际断面尺寸； 5）提供拱肋和桥面的施工荷载；6）提拱各阶段扣索的索力和吊索的索力。（4）监理单位1）认真执行监理工作，保证施工质量；2）复核施工单位提供的拱肋标高的观测结果；3）复核施工单位提供的各构件的截面尺寸测量结果；4）复核施工单位提供的所有的结构参数。（5）施工监控单位1）拟定施工监控实施方案；2）各施工阶段结构的正装理论计算分析；3）各控制截面的应力观测和温度观测；4）汇总所有的测试数据；5）分析误差原因并修改计算参数；6）提拱实测结果及阶段分析报告；7）发生重大修改时及时向领导小组汇报并提出调整方案；8）全部测试完成后提交测试成果与分析报告。4 工作进度安排1) 在合同签定并得到施工设计图及主梁施工组织设计文件的30天内，完成前期理论控制计算分析，完成设计文件的复核，并制定具体的控制实施方案。2) 桥墩施工临近0#块时，项目组人员进入工地现场，埋设标高观测的控制点,并对主梁混凝土参数进行检测。3) 桥墩基础施工完成后，参与主梁支架预压试验，获取支架的变形资料。4) 桥梁施工过程中，按计划进行监控。5) 在主梁每一阶段施工开始前，提供立模标高给施工单位。6) 在主拱安装施工开始前，提供主拱标高给施工单位。7) 在吊杆张拉阶段，提供吊杆张拉顺序及张拉力给施工单位。8) 桥面铺装结束，提供全桥索力调整、优化方案给施工单位。9) 现场工作完成后，整理资料，向甲方提交控制工作总结报告。5 结论(1) 施工监控的组织措施是施工监控顺利实施的重要保证；(2)施工监控方案的开展是由施工控制领导小组与施工控制工作小组共同协调，其中组长作用尤为关键；(3)施工监控对确保大跨径桥梁结构在施工过程与运营状态的安全尤为重要。10