凤凰沱江大桥施工监控方案new

一  工程概况

凤凰堤溪沱江大桥为单幅桥，主桥采用预应力混凝土连续刚构-连续梁组合体系，起点桩号为K0+977.92，终点桩号为K1+332.08.。桥梁沿道路中心线跨径布置为47.34m+3×83m+47.34m，桥梁总长354.16m。沱江大桥平面位于直线段，起点及终点局部位于缓和曲线上。在2、3号主墩处梁和墩固结，其余墩、台处设置盆式橡胶支座，仅约束横向、竖向线位移，释放其它方向位移。

主梁采用变高度预应力混凝土连续箱梁，直腹板单箱单室截面。箱梁顶板宽16.00m，底板宽8.5m，翼缘版长3.75m。箱梁0#块截面梁高，合拢段截面梁高2.5m，其间梁高按二次抛物线变化；箱梁0#块底板厚度70cm，合拢段截面底板厚度30cm，其间底板厚度按二次抛物线变化；箱梁顶板厚度28cm。箱梁腹板厚度9~11#快采用50cm，1~7#块采用60cm，8#块内线形渐变。

主桥箱梁、主墩墩身采用C50混凝土，桥面铺装采用6cmC40防水混凝土+9cm沥青混凝土。桥梁台帽、背墙、牛腿、耳墙、搭板、承台、钻孔灌注桩采用C30混凝土，3号墩扩大基础，重力式桥台采用C25混凝土。箱梁节段施工分0号现浇段、1~10号悬浇段、12号边跨现浇段及11号合拢段。其中0号节段长3.0m，1~6号节段长3.5m，7~10号节段长为4.5m，边、中跨合拢段长2.0m，边跨现浇段长为4.84m。1#、4#主墩0号节段重量为3433.3kN，2#、43#主墩0号节段重量为2285.9kN，最重悬臂浇注节段为1号节段，其重量为15.3kN。

主墩采用单柱式箱型截面空心薄壁墩，横桥向宽度为8.5m；顺桥向厚度为3m；顺桥向壁厚为60cm，横桥向壁厚为80cm；承台以上3m高度范围内采用实心断面。1、2、4主墩基础采用群桩基础，每一个主墩下设6根直径1.8m钻孔灌注桩。1号、2号桥墩桩基按嵌岩桩设计；3号桥墩基础采用明挖扩大基础；4号桥墩基础按照摩擦桩设计。0#桥台采用桩柱式桥台；5#桥台采用重力式桥台。

主梁采用纵、横、竖三向预应力束体系。桥面板横向预应力钢束采用4-фs15.2钢绞线，由塑料波纹管成孔，单端张拉，锚具采用BM15扁形锚具；纵向预应力束分为腹板束、悬浇束，底板束和合拢束，均采用19-фs15.2钢绞线，塑料波纹管成孔，锚具参考采用OVM15群锚体系；竖向预应力采用JL25精轧螺纹钢筋，塑料波纹管成孔，采用单端二次张拉工艺。普通钢筋采用R235光圆钢筋和HRB335带肋钢筋。

主要技术标准如下：

(1) 设计荷载：公路-II级，人群2.875KN/；

(2) 桥面宽度：2.0m(人行道)+12.0m(车行道)+2.0m(人行道)=16.0m；

(3) 设计行车速度：80km/h；

(4) 地震设防烈度：地震动峰值加速度A<0.05g，反应谱特征周期T=0.35s；

   桥梁抗震设防类别：B类，桥梁抗震设防措施等级：7级；

(5) 设计洪水位：100年一遇水位高程312.88m。

每段梁段浇筑程序：

（1）安装挂篮就位；

（2）测标高，立模；

（3）绑扎钢筋；

（4）浇筑箱梁砼；

（5）测标高；

（6）待砼强度达到85%后，先张拉竖向预应力，后张拉纵向预应力束；

（7）测标高；

（8）移动挂篮，进行下一段的施工；

（9）对已张拉的预应力孔道及时压浆。

图1　凤凰沱江大桥桥型布置示意图

二  施工监控的目的与意义

凤凰堤溪沱江大桥为单幅桥，主桥采用预应力混凝土连续刚构-连续梁组合体系，桥梁沿道路中心线跨径布置为47.34m+3×83m+47.34m。上部结构箱梁采用悬臂施工工艺，其施工节段较多，周期长，工艺复杂，施工难度大。大跨度连续刚构（连续梁）桥的主梁应力和线形受梁重、预应力、温度、混凝土收缩和徐变等的影响显著，施工过程复杂。施工过程中各种影响结构变形和受力的参数（如梁重、结构刚度、温度场、有效预应力等）与理论计算值存在误差，这些误差会不同程度地对桥梁设计目标的实现产生干扰，如果不加以控制调整，可能导致合龙困难，成桥后主梁的线型和结构中内力都将难以满足设计要求，并且施工过程中很易导致超应力情况，造成严重后果。因此，为了确保主桥在施工过程中结构内力和变形始终处于安全的范围内，且成桥后的线形符合设计要求，结构恒载受力状态接近设计期望，在桥梁施工过程中必须进行严格的施工控制。

通过施工过程的数据采集和优化控制，在施工中逐步做到把握现在，预估未来，避免施工差错，缩短工期，节省投资。

施工过程中记录的数据将作为该桥健康档案的原始资料，为把握桥梁建造质量和桥梁运营期间的健康诊断提供科学依据。

三  施工监控依据

（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）《公路桥涵施工技术规范》 JTJ041-2000；

（5）《公路桥涵地基与基础设计规范》 JTJ024-85；

（6）《公路工程抗风设计规范》 JTG/TD60-01-2004；

（7）《公路工程抗震设计规范》 JTJ 004-；

（8）《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》 JTJ 074-94；

（9）《公路工程质量检验评定标准（土建工程）》 JTG F80/1-2004；

（10）有关设计图纸、设计变更文件和相关的施工、监理资料。

以上所列标准以设计文件执行的版本为准。

四  施工监控主要工作内容

1．理论控制数据计算

    复核设计提供的成桥恒载状态和各施工状态的变形和内力以及应力计算结果，以确定各施工状态的控制数据，如主梁立模标高；并且得到施工过程相应的状态变量，如主梁标高、控制截面应力。

2．施工监测

    收集和监测各施工状态下主梁标高；监测主梁控制截面的应力应变。

3．控制分析与调整

根据各施工状态下的实测结果与相应理论计算结果进行比较，识别出主要影响参数（如梁重、结构刚度等），并对这些参数的误差进行预测，进而对本段梁以及未来施工梁段的控制数据进行调整，以满足在存在参数误差的情况下，最大限度地接近设计成桥状态，并且保证施工过程中受力安全。

五  施工监控目标

通过施工现场的结构测试，跟踪计算分析及成桥状态预测得出合理的反馈控制措施，给施工过程提供决策技术依据，也为结构行为控制提供理论数据，从而正确地指导施工。

施工监控的目的是对成桥目标进行有效控制，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差对成桥目标的影响，确保成桥后结构内力和线形满足设计要求。

（1）受力要求：

反应连续刚构桥受力的因素应包括主梁、桥墩二大部分的截面内力（或应力）。通常起控制作用的是主梁的上下缘正应力，通过应力测试，掌握桥梁的安全状况。在恒载已定的情况下，预应力索是影响主梁正应力的主要因素。

（2）线形要求：

线形主要是主梁的标高。成桥后（通常是长期变形稳定后）主梁的标高要满足设计标高的要求。

六  施工监控实施组织及具体实施方案

6.1  理论控制数据计算

按照设计单位、施工单位预先设定的施工工序，模拟桥梁施工过程进行仿真分析，以确定桥梁各施工状态的控制数据，并且得到施工过程相应的状态变量。

（1）提供悬浇施工时主梁立模标高、验算施工过程中各控制断面的应力

采用我校开发的大跨度桥梁设计计算与控制分析软件BRanalysis及购买的商业软件MIDAS、ANSYS等复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态。

按照施工和设计所确定的施工工序，以及设计所提供的基本参数，对施工过程进行一次正装计算，得到各施工状态以及成桥状态下的结构内力和变形等控制数据。与相关设计数据相互校对确认无误后作为桥梁施工监控的理论轨迹。

各施工状态以及成桥状态下的状态变量的理论数据：主梁挠度、控制截面应力。

施工监控数据理论值：立模标高。

      各施工梁段的状态变量值：混凝土浇筑完成以及预应力张拉后主梁悬臂前端的挠度值；

      典型状态下全桥的标高以及控制截面应力值，其中典型状态包括合龙前后状态、二期恒载前、后状态。

合龙方案：根据设计所提供的基本参数和施工工序，采用我校开发的大跨度桥梁设计计算与控制分析软件BRanalysis及购买的商业软件MIDAS、ANSYS等对施工过程进行计算分析，对合龙方案提出建议。

6.2  施工过程中箱梁的线型监控

测定主梁挠度，主要观测混凝土浇筑前、浇筑后及预应力张拉后各控制点的线型等。箱梁的线型监控如下：

测点布置

当前施工梁段砼达到强度前测点临时布置在挂篮底模的最前端处，上游、中轴线、下游各布一个，共三个，这三个点是立模标高的观测点，断面中心测点同时也作为主梁轴线偏位的测点。同时在每个悬臂浇筑梁段的顶板处设置二个主梁标高控制测点，分别布置在梁段前端顶面的两侧，具体见图2。待砼达到一强度后，测定顶板测点标志与挂蓝上立模测点间的高差，已施工完梁段的后续测量就全部转移至梁顶测点上。测点须用短钢筋预埋设置并用红漆标明编号，测点钢筋露出混凝土表面3~5cm。施工方一定要注意埋设钢筋头测点的保护工作，所有梁段的钢筋头测点在桥面铺装之前不能被损坏。

测试方法

用精密水准仪测量测点标高。

主梁立模定位应尽量回避温度影响，一般在日出前应完成测试工作。

图2 箱梁截面横向挠度测点布置图(单位：mm)

6.3  施工过程中箱梁的应力监控

本桥的应力监控如下：

（1）测试方法

目前，砼的应变测试有多种方法，其中电阻式应变计长期观测效果差；光纤光栅应变计由于仪器太贵仍未普及；而振弦式应变计由于使用频率作为输出信号，特别适用于恶劣环境下的应变长期观测，其稳定性好，测试方便，精度高。

施工过程中控制截面的关键点位采用振弦式应变计，采用振弦检测仪JMZX-300及VU-403（精度：1με）测试。

（2）测点布置

为做好大桥施工监控及方便以后的成桥荷载试验工作，确保大桥安全、正常施工和运营，必须测定主梁控制截面的混凝土应变在施工过程中的变化情况。应力应变测试断面布置的具体情况如图3、图4所示，具体截面为每个桥墩2#块与1#块的相交截面：

图3 沱江大桥应变观测点纵向布置图(单位：cm)

图4 主梁控制截面应变测点布置图

6.4  提供中间过程及完工后的全过程监控报告

主梁预应力张拉完毕是连续梁桥一个阶段施工结束的标志。一个梁段完成后，由控制方对所有的监测数据和理论分析结果进行整理。

报告中将对结构现处状态进行讲述，对施工监控工作进行阶段总结，每月提交一次月报。同时提出下一施工阶段的立模标高的建议值。主桥完工后，由监控方对所有的监测和理论分析资料进行整理，提交施工监控与监测成果报告。

6.5 施工监控精度和原则建议

根据交通部颁《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000以及《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2004，悬臂浇筑预应力混凝土梁的质量标准如下：

1．轴线偏位：10mm；

2．高程：±20mm；

3．相邻节段高差：10mm；

4．同跨对称点高程差：20mm。

七  施工监控工作程序流程

施工监控是个高难度的但不是孤立的施工技术问题，它涉及设计、施工、监理等单位的工作。施工监控领导小组组长由业主担任，施工、监理、监控单位派员参加，负责组织、协调处理和确定在施工过程可能出现的重大技术问题。

施工监控工作程序流程框图见图7。

图5  施工监控工作程序流程框图

八  采用先进的、有效可靠的控制手段和方法

（1）控制手段

施工监控的目的是要对成桥目标进行有效控制，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差对成桥目标的影响，确保成桥后结构内力和线形满足设计要求。

对于主梁线形的调整，调整立模标高是最直接的手段。将参数误差引起的主梁标高变化通过立模标高的调整予以修正。

主梁内力（或应力）控制截面可选为施工过程中和成桥后的受力控制截面，主梁标高控制点可选为各施工梁段前端。

（2）控制方法

大跨径梁桥施工过程复杂，影响参数多。如：结构刚度、梁段的重量、施工荷载、混凝土的收缩徐变、温度和预应力等。求解施工监控参数的理论设计值时，都假定这些参数值为理想值。为了消除因设计参数取值的不确切所引起的施工中设计与实际的不一致性，我们在施工过程中对这些参数进行识别和预测。对于重大的设计参数误差，提请设计方进行理论设计值的修改，对于常规的参数误差，通过优化进行调整。

设计参数识别

通过在典型施工状态下对状态变量（位移和应力应变）实测值与理论值的比较，以及设计参数影响分析，识别出设计参数误差量。

设计参数预测

根据已施工梁段设计参数误差量，采用合适的预测方法（如灰色模型等）预测未来梁段的设计参数可能误差量。

优化调整

    施工监控主要以控制标高、控制截面内力或应力为主，优化调整也就以这两方面的因素建立控制目标函数（和约束条件）。通过设计参数误差对桥梁变形和内力的影响分析，应用优化方法（如采用带权最小二乘法）调整本梁段与未来梁段的预应力以及未来梁段的立模标高，使成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态，并且保证施工过程中受力安全。

长沙理工大学

                                                二〇一三年一月

附表1：          

凤凰沱江大桥线形监控立模标高数据记录表

墩    号：           施工梁段号：        施工工况： 

测试日期：           测试时间：          天    气：       温    度：

悬臂浇筑梁段立模底板标高记录表

悬臂浇筑梁段立模标高对比表

附表2：          

凤凰沱江大桥线形监控梁段标高及挠度数据记录表

墩    号：           施工梁段号：        施工工况： 

测试日期：           测试时间：          天    气：       温    度：

悬臂浇筑梁段底板标高记录表

悬臂浇筑梁段挠度对比表