五河口斜拉桥监控实施细则.doc

五 河 口 特 大 桥 主 桥施工监控实施细则长安大学(西安公路交通大学)二三年十月五 河 口 特 大 桥 主 桥施工监控实施细则 长安大学(西安公路交通大学)2003年10月 单位地址：西安市南二环中段 邮编：710064 电话：[phone]目 录一、工程概况1二、施工控制的目的、原则与方法1 （一）施工监控的目的1 （二）控制原则1 （三）控制方法2三、施工控制工作的主要内容3 （一）施工仿真计算3 （二）施工控制有关的基础资料试验数据的收集3 （三）施工过程的结构变形、应力、应变、索力和温度观测4 （四）设计参数误差分析和识别5 （五）对未来梁段设计参数误差进行预测6 （六）预告主梁下阶段立模标高和斜拉索各次张拉力6 （七）重大设计修改6四、施工控制实施程序6 （一）施工控制操作细则6 （二）阶段施工控制验收9五、施工控制的精度、原则与总体要求9 （一）控制精度和原则9 （二）实施中的总体要求10六、组织机构10 （一）机构组成10 （二）各单位分工11（三）施工控制工作程序12七、施工控制表格12 （一）表格类型12 （二）表格编号规则12附录1：施工控制表格样本13附录2：施工控制附图25五河口特大桥施工监控实施细则一、工程概况宿淮高速公路五河口特大桥主桥为三跨一联双塔双索面预应力混凝土斜拉桥。跨径152+370+152米，桥面宽度32米，结构型式采用全漂浮体系。主梁采双边箱截面，基本梁高2.824米，设双向2%的横坡；斜拉索采用OVM250系列钢绞线拉索及相应锚具，主桥各塔均布置30对斜拉索， 1对竖向索；索塔为H型塔。二、施工控制的目的、原则与方法（一）施工监控目的五河口特大桥为双塔双索面斜拉桥，采用全漂浮体系，结构较为复杂，为了确保主桥在施工过程中结构受力和变形始终处于安全的范围内，且成桥后的主梁线形符合设计要求，结构恒载内力状态接近设计期望，在主桥施工过程中必须进行严格的施工控制。斜拉桥作为大跨度高次超静定结构，所采用的施工方法、材料性能、浇筑程序、立模标高以及斜拉桥的安装索力等都直接影响成桥的线形与受力，且施工现状与设计的假定总会存在差异，为此必须在施工中采集需要的数据，及时掌握结构实际状态，并通过计算，对浇筑主梁立模标高和斜拉桥的安装索力给以调整与控制，以满足设计的要求。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，尽可能减少索力调整工作量，缩短工期，节省投资。（二）控制原则施工控制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，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。1、受力要求。反映斜拉桥受力的因素包括主梁、塔（墩）和索的三大部分的截面内力（或应力）状况。通常起控制作用的是主梁的上下缘正应力，在恒载已定的情况下，成桥索力是影响主梁正应力的主要因素，成桥索力小的变化都会对其产生较大影响。而主梁的应力与主梁截面轴力和弯矩有关，因为轴力的影响较小且变化不大，所以弯矩是主梁中起控制作用的因素。塔的情况与梁类似，只是索力对塔的影响没有梁那么敏感，塔中应力通常容易得到满足。索力要满足最大最小索力要求，最大索力要求即钢丝强度要求，最小索力要求即拉索垂度要求。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。3、调控手段。对于主梁和塔（墩）内力（或应力）的调整，最直接的手段是调整索力。由于索力较小的变化就会在主梁中引起较大的内力（或应力）变化，而索力本身又有一定的变化宽容度（即最大最小索力确定的索力允许变化范围），因此，索力调整为主要的调控手段。对于主梁线形的调整，调整立模标高是最直接的手段。将参数误差以及索力调整引起的主梁标高的变化通过立模标高的调整予以修正。索力调整和立模标高的调整分两步完成，即先进行索力调整，目标主要是梁、塔截面的弯矩；然后进行立模标高调整，还需加入已建梁段的主梁标高。主梁弯矩控制截面可选为各施工梁段的典型截面（一般为受拉索锚固点局部应力影响较小处），塔的控制截面可只选塔底以及截面变化处等少数控制位置。主梁标高控制点可选为每施工梁段前端点。（三）控制方法斜拉桥施工过程复杂，影响参数多。如：结构刚度、梁段的重量、斜拉索张拉力、施工荷载、砼的收缩徐变、温度和预应力等。求施工控制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。具体流程见附图1。1、设计参数识别通过在典型施工状态下对状态变量（索力、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。2、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。 3、优化调整施工控制主要以控制主梁标高、控制截面弯矩和斜拉索索力为主，优化调整也就以这些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受力的影响分析。应用优化方法（如采用加权最小二乘法、线性规划法等），调整本梁段与未来梁段的安装索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。必要时还可对已施工梁段的索力进行调整。三、施工控制工作的主要内容（一）施工仿真计算复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态，即对施工过程进行实时仿真。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，对施工过程进行正装计算，得到各施工状态以及成桥状态下的结构受力和变形等控制数据。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：主梁标高、主塔偏位、索力以及控制截面应力应变。2、施工控制数据理论值：安装索力和立模标高。这些数据与设计和设计监理相互校对确认无误后作为斜拉桥施工控制的理论轨迹。（二）施工控制有关的基础资料试验数据的收集 1、混凝土龄期为3、7、14、28、90天的弹性模量试验以及按规定要求的强度实验。 如施工现场改变水泥品种批号或砂石集料及配合比时须做一套试验。 2、气候资料：晴雨、气温、风向、风速。 3、实际工期与未来进度安排。 4、挂篮支点反力及其他施工荷载在桥上布置位置与数值。 以上数据由相关单位提供（三）施工过程结构变位、应力、应变、索力和温度观测施工一个梁段称为一个阶段，为了改善施工过程中的挂篮和混凝土主梁的受力，每阶段分成七个工况： 挂篮前移并定位立模； 第一次张拉前支点斜拉索； 主梁混凝土浇筑一半； 第二次张拉前支点斜拉索； 浇注全部混凝土； 待强后预应力张拉、降挂篮； 主梁斜拉索第三次张拉至安装索力。如果需要进一步改善受力，可将混凝土分三次浇筑，斜拉索分四次张拉，则一个阶段共分九个工况。 （1）每个阶段观测项目： 1）索力测定 测试方法：本桥采用平行钢绞线斜拉索，索力测试采用特制的带有压力传感器的千斤顶，利用高精度传感器的精确读数来测定斜拉索的索力值，同时，辅以弦振式测索仪。 2）主梁挠度观测 测点布置：每一梁段悬臂端截面梁顶设立三个标高观测点，同时也作为坐标观测点。测点须用短钢筋预埋设置并用红漆标明编号。当前现浇梁段悬臂端截面同时设立三个临时标高观测点，作为当前梁段控制截面梁底标高用，并给出对应的测点的高程关系，截面各测点位置见图2。 测试方法：用精密水准仪测量测点标高。临时水准点可设在梁塔固结处。 3）截面钢筋应力或混凝土应变观测 测试方法应变计采用国产的优质振弦式应变计（型号：丹东JTX系列），振弦式应变计采用相应的专用仪器测试。所有的测试元件都具有可靠的标定数据。 测点布置主梁纵向应力监测断面选为主塔两侧第一对索内侧梁段S1、S2截面，主跨1/4截面S3，边跨跨中截面S4，主跨跨中控制截面S5。主梁截面上重点测试上下缘处的应力值。主塔应力监测断面取下横梁，中塔柱和下塔柱的标准截面。由于实际施工中受结构自重，挂篮刚度，施工荷载等复杂因素的影响，需要根据结构的实际状况及仿真计算的结果，对某些截面进行适当的调整。各截面的具体位置和测点布置见图1、图3。 4）塔顶水平变位测量测点布置：主塔顶上下游各设一二个测点，测点位置选在塔顶便于观测的可靠位置处。测试方法：用全站仪测量 （2）温度及其影响观测 1）温度场观测 测试方法混凝土中温度和索温测试选用NTC型直径4mm的热敏电阻，使用读数精度达5位100点全自动温度数据采集系统采集。分别在主塔（中塔柱）和主梁的标准截面以及测温索段内预埋温度元件，以测量其内部的温度场分布， 测点布置斜拉索：制作2个2.5米的标准测温段（选用两种不同的索型），两端封闭，测试断面选在测温段中部，每个测温段布置13个测温点（中心1个，其余12个分两层沿周边均匀布置），具体布置见图7。主梁：选择一个标准断面，布置33个测点，具体布置图见图5。主塔：选择一个标准断面，布置20个测点，具体布置图见图4。 测试时间在主梁施工期间选择有代表性的天气进行24小时连续观测，例如：每个季节选择一个晴天、多云天和阴雨天。 2）温度对结构变形和受力影响的测量测试内容：主梁标高、索力、塔顶偏位以及相关截面应力应变。测试时间：与温度场观测同步进行。（四）设计参数误差分析和识别斜拉索张拉力误差对结构的影响；挂篮刚度对标高的影响；梁段自重误差对结构的影响； 梁、塔和索的刚度误差对结构的影响；混凝土收缩徐变对结构的影响；施工荷载变动对结构的影响；温度的影响；预应力误差的影响。（五）对未来梁段设计参数误差进行预测（六）预告主梁下阶段立模标高和斜拉索各次张拉力（七）重大设计修改如果出现较大的施工误差，可能需采取以下重大修改措施：设计参数作重大修改。斜拉桥可对已施工斜拉索实施索力调整。合拢施工方案作重大调整。四、施工控制实施程序（一）施工控制操作细则.主塔施工阶段本阶段主要内容是主塔的应力测试，即主塔每浇注35个阶段后对主要应变计埋设截面进行一次观测。根据施工工序，本阶段对主塔的应力测量，主要以观测为主，掌握应力状态及其变化，同时了解主墩在施工过程中的沉降及变位情况，为后续主梁施工监控做准备。. 主梁0#、1#、0#、1#块施工阶段 由于采用支架现浇的施工工艺，因此监控的主要监控内容为落架前后主梁的标高及控制截面应力应变变化。初拟以下三个工况：工况 在支架上浇注完毕后张拉预应力束；工况 在支架拆除后挂第一对索。工况 张拉第一对索。. 主梁悬臂施工阶段主梁悬臂施工阶段的测量工作较为繁杂，主梁施工过程中主要是对主梁的结构变形、斜拉索索力和控制截面的应力（应变）进行监控，其中主梁的结构变形主要测试内容包括：混凝土立模标高测量、混凝土浇筑过程中主梁位移测量、节段施工完成后几何状态测量。为了确保监控结果可以准确、快速的指导施工，建议监理单位和监控单位组成联合测量小组。几何状态测量同时，对索力、截面应力（应变）进行施工监控。观测时间一般定在凌晨12点至次日凌晨5点，由监理根据当天的天气状况确定测量时间。主梁采用悬臂浇注，每一个梁段作为一个阶段，每一个阶段又分为七个工况，操作流程见附图3，具体操作细则如下： 1、挂篮立模定位施工方按施工控制指令表中的立模标高进行挂篮定位，然后通知监理和监控方检测其标高值。本工况测试内容：主梁标高：前端5个梁段（包括挂篮上的测点）；索力：前端5对索。要求： a、必须确保空挂篮处于悬臂支承状态，并且不能挂索，也不能有钢筋或施工荷载在挂篮上。 b、检测时间应避开局部温差影响（在一天中结构内温度场最均匀的时间）。 c、立模标高误差要求小于5mm。 2、斜拉索第一次张拉索力张拉到位后，由施工方通知监理和监控单位进行测试，本工况测试内容为： （1）主梁标高：前3个梁段； （2）索力：前3对索。要求：a、空挂篮；b、以标高控制为主，索力误差按中间索力要求控制，挂篮上底模标高误差控制在3cm以内，注意温度影响的修正或者回避日照温差影响。 3、浇1/2混凝土 本工况测试内容： （1）主梁标高：前3个梁段； （2）索力：前3对索；要求：控制好1/2混凝土的数量；控制方法和精度与第一次张拉相同。 4、第二次张拉测试内容与上一工况相同。控制方法和精度与第一次张拉相同。 5、浇完混凝土 本工况测试内容： （1）主梁标高：前5个梁段； （2）索力：前5对索； （3）塔顶偏位。要求： 应尽量减小温度影响；以标高和索力双控，标高误差控制在3cm，索力误差按中间索力要求校核。 6、主梁预应力张拉和斜拉索锚点转换 通常无测试内容，仅选择特殊梁段对混凝土应力应变进行测试。 7、斜拉索第三次张拉 本工况测试内容： （1）主梁标高：前5个梁段； （2）索力：前5对索； （3）塔顶偏位； （4）控制截面应力应变。要求： a、回避温度影响； b、主梁标高和索力以及塔顶偏位在张拉前后各测一次； c、标高和索力双控，当前梁段标高误差小于3cm，索力误差按控制索力张拉要求控制。. 27#、30#合拢段施工阶段 合拢段施工是全桥的关键阶段，需对其进行严格的监控，主要内容为主梁的标高和控制截面应力应变的变化。故分为以下三个工况：工况 安装合拢段平衡重工况 浇注合拢段混凝土并张拉完毕合拢段预应力束工况 拆除平衡重（二）阶段施工控制验收斜拉索第三次张拉完毕，挂篮移动前，是斜拉桥的一个阶段施工结束的标志。一个梁段完成后，由控制方汇集所有的观测资料，由施工控制工作小组下达下一梁段施工控制指令表，并对上一梁段的控制情况作简要评述。指令表经有关方签认后进入下一梁段施工。斜拉桥施工5个梁段左右后进行一次施工控制小结，对有关设计参数作一次系统调整。五、施工控制的精度、原则与总体要求（一）控制精度和原则 1、控制指令执行原则与允许误差 立模与最后一次张拉必须在一天中相对稳定均匀温度场（一般为日出前）中完成； 立模标高允许误差：（+/-）5毫米； 控制索力张拉最大允许误差：（+/-）2%； 中间索力（第一、二次张拉索力）允许最大允许误差（+/-）5%。 2、局部线形控制要求 相邻节段相对标高误差不超过 0.3%（附加纵坡） 。 3、已浇梁段以及成桥后主梁系统控制误差 标高误差：（+/-）L/5000，其中L为跨径； 索力误差：（+/-）5%。 4、主梁重量控制要求 按施工规程要求对主梁横截面尺寸的误差严格控制。5、主塔控制精度施工允许误差：轴线偏位（+/-）10mm，断面尺寸（+/-）20mm，倾斜度H/3000，塔顶高程允许偏差（+/-）10mm，斜拉索锚固点高程（+/-）10mm。6、其他主梁轴线：主梁中线水平方向允许偏差（+/-）10mm，高程允许偏差（+/-）10mm；桥面平整度：允许偏差（+/-）8mm(两米直尺检测)。（二）实施中的总体要求 1、严格控制施工临时荷载。测试时桥面吊车必须开至0#梁段位置，材料堆放要求定点、定量。 2、测量工作由施工方和监控方平行进行，以便于在现场及时校对，同时由监理方进行监测。 3、所有观测记录须注明工况（施工状态）、日期、时间、天气、气温、桥面特殊施工荷载和其他突变因素。 4、每一施工工况完成后，由有关方进行测试，确认测量结果无误后方可进行下一工况的施工。 5、主梁挂篮立模和斜拉索第三次张拉前后的测试工作必须回避日照温差的影响。 6、斜拉桥每一梁段的第三次张拉完成后，有关方把数据汇总至监控方，由监控方进行数据分析后，下达下一梁段的控制指令表。 7、控制指令表经有关方签认后方可执行，才能进行下一梁段的施工。六、施工控制组织机构（一）机构组成施工控制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。为做好本桥的监控工作，建议在组织形式上分两个层次开展施工控制工作，即设立施工控制领导小组与施工控制办公室。重大技术问题由领导小组讨论决定，具体工作由施工控制办公室实施，指令通过监理发出。由领导小组讨论决定，具体工作由施工控制办公室实施，指令通过监理发出。其组织机构人员建议安排如下： 1、施工控制领导小组：组长：业主负责人副组长：监控、设计、监理和施工等方面负责人成员：业主、监控、设计、监理和施工等方面技术负责人 2、施工控制工作办公室主任：监控方负责人 副主任：业主、监控、设计、监理和施工等方面现场负责人成员：全体监控人员、现场监理和施工相关人员（二）各单位分工 1、业主协调各成员单位的工作，及时召集主梁施工控制会议。 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、索力和线形。a、 成桥状态下的索力、主梁和主塔控制截面内力和应力；b、 成桥线形要求；c、 考虑施工过程的主梁累计挠度、主塔累计偏位。（2） 会签控制小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，如有变更原定施工方案应及早提出。 （2）挂篮挠度计算与试验。 （3）混凝土弹性模量试验。 （4）桥面施工荷载调查与控制。 （5）负责测试元件的现场保护，并为监控单位提供现场测试的便利条件。 （6）主梁和塔的位移测试，测试结果在每一梁段完成后及时汇交施工控制工作办公室。 （7）建议独立聘请有经验的施工控制人员作为辅控方，对主控方的控制数据起校核作用。 4、监理单位（1） 签发施工控制指令。（2） 监测主梁标高和塔顶偏位。（3） 提供主梁断面尺寸测量结果。（4） 每一梁段完成后将有关监测结果及时汇总给施工控制工作办公室。 5、监控单位（1） 拟定施工控制方案。（2） 施工过程结构变位、应力、应变、索力和温度观测。（3） 识别设计参数误差，并进行有效预测。（4） 优化调整分析。（5） 预告下阶段挂篮立模标高（和斜拉索各次张拉力）。（6） 发生重大修改及时向领导小组汇报并会同设计单位提出调整方案。（7） 主桥竣工后三个月内提交施工控制与监测成果报告。（三）施工控制工作程序 由施工控制领导小组从总体上指挥施工控制工作的进行，具体实施由施工工作办公室完成。首先由施工控制方发出施工控制指令表，由设计方对其中的索力、主梁标高的等数据进行复核，然后报监理方确认签发至施工单位具体实施。一个阶段施工完成后，监理将各方相关数据汇总至施工控制办公室进行简要小结，进而进入下一阶段的施工工作程序（详见附图2）。七、施工控制表格（一）表格类型（1) 五河口特大桥施工控制指令表；（2) 斜拉桥主梁标高实测数据记录表；（3) 斜拉桥梁底标高实测值与理论值比较表；（4) 斜拉桥索力实测数据记录表；（5) 斜拉桥索力实测值与理论值比较表；（6) 斜拉桥索力与主梁标高成果表；（7) 应力应变测试数据记录表；（8) 应力应变实测值与理论值比较表；（9) 塔（墩）偏位测试数据记录表；（10) 塔（墩）偏位实测值与理论值比较表；（11) 长安大学五河口特大桥项目部监控报告单（12) 长安大学五河口特大桥项目部工程联系单（二）表格编号规则 为了管理好施工控制中的大量数据和表格，对表格进行如下方式的编号： （1）表格编号格式：表格PTN（C） （2）编号中各部分的具体含义为：P：部位号(Position of the bridge)T：表格类型号(Type of form)01施工控制指令表；02主梁标高测试数据记录表；03应力应变测试数据记录表；04索力测试数据记录表；05主梁标高实测值与理论值比较表；06应力应变实测值与理论值比较表；07索力实测值与理论值比较表；08斜拉桥索力与标高成果表；09塔（墩）偏位测试数据记录表；10塔（墩）偏位实测值与理论值比较表；11长安大学五河口特大桥项目部监控报告单；12长安大学五河口特大桥项目部工程联系单； （3）N：梁段号(Number of beam) （4）C：工况号(Case of construction) 01挂篮定位； 02第一次张拉； 03浇1/2砼； 04第二次张拉； 05浇完全部砼； 06张拉预应力筋和锚点转换； 07第三次张拉；附录1：施工控制表格样本五河口特大桥斜拉桥施工控制指令表本梁段控制数据立模标高（m）截面号标高值张拉索力（kn）索号第一次张拉第二次张拉第三次张拉说明：（对施工工序要求以及上一段施工实施情况作简要说明）3.有关方签认施工控制组（盖章）： 计算： 复核：施工控制负责人： 年 月 日设计代表： 年 月 日监 理： 年 月 日塔号： 施工梁段号： 表格编号：斜拉桥主梁标高实测数据记录表塔号： 施工梁段号： 施工工况： 表格编号：水准点标高： 第一次后视读数： 第二次后视读数： 单位：m测试日期： 测试时间： 天气： 温度：梁段号江 侧梁段号岸 侧水准尺读数高 程水准尺读数高 程上游上游下游下游上游上游下游下游上游上游下游下游上游上游下游下游上游上游下游下游上游上游下游下游说明：视线高（水准点标高+后视读数）：测试： 记录：序号工况比较值岸侧梁位江侧梁位日期时间天气温度1立模实测上下平均值理论值差 值2第一次张拉实测上下平均值理论值差 值3浇一半混凝土实测上下平均值理论值差 值4第二次张拉实测上下平均值理论值差 值5浇完混凝土实测上下平均值理论值差 值6梁预应力张拉实测上下平均值理论值差 值7第三次张拉实测上下平均值理论值差 值斜拉桥梁底标高实测与理论值比较表塔号： 施工梁段号： 单位： m 表格编号： 填表： 复核： 审核：斜拉桥索力实测数据记录 塔 号： 施工梁段号： 工 况： 表格编号： 测试日期： ： 天 气： ： 度 梁段号北 侧梁段号南 侧频率读数（Hz）实测索力（吨）理论索力（吨）频率读数（Hz）实测索力（吨）理论索力（吨）上游上游you游游上游下游下游上游上游下游下游上游上游下游下游上游上游下游下游上游上游下游下游上游上游下游下游上游上游下游下游上游上游下游下游上游上游下游下游说明： 测试： 记录斜拉桥索力实测与理论值比较表 塔号： 施工梁段号： 单位：kN： 表格编号：序号工况比较值边跨索位边跨索位日期时间天气温度1立模实测上下平均值理论值差 值2第一次张拉实测上下平均值理论值差 值3浇一半混凝土实测上下平均值理论值差 值4第二次张拉实测上下平均值理论值差 值5浇完混凝土实测上下平均值理论值差 值6第三次张拉实测上下平均值理论值差 值说明： 填表： 复核： 审核：应力应变测试数据记录表 塔(墩)号： 施工梁段号： 工 况： 表格编号： 测试日期： ： 天 气： 外界温度： 度截面位置测点编号测点标记测试频率应力或应变截面位置测点编号测点标记测试频率应力或应变