高速公路连续梁施工检测技术

1、连续梁施工监测技术,中铁二十局集团六丙公路第三合同段 项目经理部,史智强,目录,一、概况 二、施工控制的目的、原则与方法 三、施工控制的依据 四、施工监测的主要内容 五、施工监测实施内容及技术路线 六、施工控制实施内容及技术路线 七、施工控制实施程序 八、施工控制的精度、原则及总体要求 九、结束语,一、概况,这部分的内容仍然依据六丙公路K14+060特大桥，来详细介绍连续梁施工监测技术。 K14+060特大桥该桥最大墩高105m，本桥采用预应力混凝土单T型刚构方案，桥梁上部采用纵、竖向预应力混凝土变截面T型刚构；下部采用双薄壁空心墩、钻孔灌注桩基础。上部刚构采用（100+180+100）m连续刚构。,K14+060特大桥里面示意图,1. 上部构造 箱梁断面采用单箱单室直腹板断面，顶板宽度为12.0米，箱梁根部梁高11米，边跨合龙段及现浇段梁高为3.5米，箱梁底板下缘按1.6次抛物线变化。箱梁底板厚度0号块为150厘米，各梁段底板厚从悬臂根部至悬浇段结束处由13035厘米，其间按1.6次抛物线变化，合龙段及边跨现浇段为35厘米；箱梁顶板厚度0号块为60厘米，其余为28厘米；箱梁腹板厚度1

2、14号块为70厘米，15号块为7050厘米，其余梁段为50厘米。主梁悬臂长度为2.75米，翼缘外侧厚18厘米，根部为100厘米，采用二次直,线变化，翼缘外侧厚度在端横梁设置伸缩缝处加厚至70厘米。边跨现浇段处设置宽度为2米的端横梁。箱梁横桥向底板保持水平，顶板横坡由顶板形成。 2. 预应力体系 主梁采用纵、竖向预应力体系：纵向预应力分为顶板束、腹板束、边跨底板束、中跨底板束、边跨合龙束及中跨合龙钢束六种，采用预应力混凝土用钢绞线（GB/T5224-2003）标准的19s15.2mm、16s15.2mm、15s15.2mm高强度低松弛钢绞线, 其抗拉强度标准值fpk1860MPa，钢束张拉控制应力为1395Mpa，其张拉控制力分别为：371.1吨、312.5吨、293吨。竖向预应力及0号块横隔板预应力采用JL32的高强精轧螺纹粗钢筋，抗拉强度标准值（材料屈服点0.2）为785MPa，张拉控制应力为706.5Mpa，其张拉控制力为56.8吨。,3. 设计技术条件 （1）设计计算行车速度：60公里/小时 （2）设计荷载：公路-级 （3）地震动峰值加速度：0.15g （4）桥面总宽度及组成：

3、桥面总宽度：12.0米 桥面组成：0.5米（护栏）+11.0米（行车道）+0.5米（护栏） （5）本桥桥面最大纵坡：-2.2 （6）设计洪水频率：1/100年 （7）环境类别：类 （8）结构设计安全等级：一级,二、施工控制目的、原则与方法,1. 施工监控目的 连续刚构桥是一种多次超静定体系，施工过程中各种复杂的因素都有可能引起结构的几何形状及内力状况的改变。尽管在设计时已经考虑了施工中可能出现的情况，但是由于施工过程的复杂性，事先难以精确估计结构的实际状态。通过在施工过程中对桥梁结构进行实时监测，可以根据监测结果对施工过程中的控制参数进行相应的调整。并且在已建结构偏离控制目标时及时调整下一阶段的挂篮定位标高，以保证结构线形的平顺，并监控实际内力分布，使箱梁始终处于安全受力范围内。影响施工过程中桥梁结构线形及内力的因素主要,有以下几方面：混凝土弹性模量，浇注主梁混凝土超方量及单T两侧重量不平衡，混凝土收缩、徐变，桥梁施工临时荷载，挂篮定位时的温度影响，挂篮的变形特性等等。当上述因素与设计不符，而又不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时，必然导致在以后阶段的悬臂施工中采用错误的纠偏措施，

4、引起误差积累。 K14+060兑房河大桥主体工程，为变截面预应力混凝土连续刚构，是三孔连续超静定结构，主梁采用纵、竖向预应力体系（纵向预应力分为顶板束、腹板束、边跨底板束、中跨底板束、边跨合龙束及中跨合龙钢束六种），混凝土收缩、徐变产生较大次内力，理想的几何线型与合理的内力状态不仅与设计有关，而且还依赖于,科学合理的施工方法。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。 悬臂施工法是预应力混凝土连续刚构桥的主要施工方法。对于分节段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续刚构桥来说，施工控制就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段计算，确定出每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整，以此来保证成,桥后桥面线形、合拢段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值以及结构内力状态符合设计要求。通过施工过程的数据采集和严格控制，确保结构的安全和稳定，保证结构的受力合理和线形平顺，避免施工差错，尽可能减少调整工作量，为大桥安全顺利建

5、成提供技术保障。 2. 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，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。,2.1 受力要求。反映连续刚构桥受力的因素主要是主梁的截面内力（或应力）状况。通常起控制作用的是主梁的上、下缘正应力。不论是在成桥状态还是在施工状态，要确保各截面应力的最大值在允许范围之内。 2.2 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。,2.3 调控手段。由于悬臂施工属于典型的自架设施工方法，在施工过程中的已成结构（悬臂节段）状态是无法事后调整的，因此施工控制时要采用预测控制法。对于主梁内力（或应力）的调整，只能通过严格控制预应力束张拉力的大小来实现。对于主梁线形的调整，调整立模标高是最直接的手段。将参数误差以及其他因素引起的主梁标高的变化通过立模标高的调整予以修正。,3. 控制方法 连续刚构桥施工过程的影响参数较多。如：结构刚度、梁段的重量、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。为了减小设计理论值与施工实际值的差别，我

6、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。具体流程见流程图。 3.1 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。,3.2 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。 3.3 优化调整 施工控制主要以控制主梁标高、控制截面弯矩为主，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。,施工过程监控框图,三、施工控制的依据 1. 本项目合同文件中的技术规范 2. 公路桥涵设计规范合订本 3. 中华人民共和国交通部标准公路桥涵施工技术规范（JTJ0412000） 4. 中华人民共和国行业标准公路工程质量检验评定标准（JTJ07198） 5.公路工程施工

7、监理规范（JTJ07795） 6.大跨径混凝土桥梁的试验方法交通部公路科学研究所等编写，1982年10月。,四、施工监控的主要内容 1 . 混凝土受力变形 施工过程中，混凝土的受力情况很复杂。随着时间变化和结构施工进行，混凝土的受力变形将会影响到整个结构的受力情况，特别是锚固端混凝土的压应力，需要对其进行跟踪监测监控，从而为后续的施工提供可靠的技术保障和技术支持，保证整个施工过程的有序有效进展，并最终顺利完成。 2. 桥梁整体线形监控 在预应力钢绞线的张拉过程中，梁体的线形随着张拉力的增加发生变化，利用两种方案进行梁体线形监控。方案一：桥面防撞墙上设置线形观测点，在施工过程中对桥梁的线形进行长期的监控，测量、计算施工过程当中梁体线形的变化情况；方案二：静力水准测量，静力水准仪悬挂安装在箱梁的中部，可以实现计算机自动采集数据，采集数据的精度高，同时可以及时反应张拉过程中梁体线形的变化。,3. 挂蓝验算及挂蓝荷载试验 挂篮荷载试验由监测单位配合施工单位进行，其目的是通过加载试验，实测挂篮的变形值，验证设计参数和承载能力，以指导施工，保证安全，并为悬臂浇注施工高程控制提供参数。另外通过加载试

8、验还可消除挂篮的塑性变形，改善挂篮的工作状况。 4.主梁受力变形 在桥梁结构施工的过程中，因为结构受力，主梁受力变形将不可避免的发生。如何监控好主梁受力变形，是本桥施工监控的重要监控要素，对监控整个桥的施工都起着至关重要的作用。,五、施工监测实施内容及技术路线,1. 挂篮验算及挂篮荷载试验 挂篮验算和挂篮荷载试验是对施工挂篮进行结构验算复核，并参与施工方的挂篮试验，实测挂篮变形，为桥梁线形监控提供基础数据。 挂篮荷载试验由监测单位配合施工单位进行，其目的是通过加载试验，实测挂篮的变形值，验证设计参数和承载能力，以指导施工，保证安全，并为悬臂浇注施工高程控制提供参数。另外通过加载试验还可消除挂篮的塑性变形，改善挂篮的工作状况。,1.1测试内容 通过对挂篮的静力荷载试验，检验挂篮结构的强度和刚度是否满足强度要求。 测试挂篮后锚钢筋的应力，检验后锚钢筋是否满足强度要求。 通过对挂篮前吊点的挠度测量，为大桥施工中的标高控制提供参考数据。 1.2测试仪器 静态应变器 VOB系统YJ-25 静态应变器 VOB系统YJ-25可准确测量多点的静态应变值，主桁杆和后锚钢筋的应力由该系统直接测量得到。 精

9、密水准仪 受测试现场的限制一般无法使用相对式位移传感器，所以挠度及支点沉降采用精密水准仪进行测量。,1.3 荷载及加载程序 荷载 以挂篮在施工过程中所承受的最大荷载作为控制荷载，同时考虑了模板、混凝土、工作平台、施工机具等其它荷载，由挂篮设计方进行等效荷载设计，确定挂篮的每个前主吊控制荷载，主桁杆后锚钢筋的应力及挂篮吊点挠度的允许控制值也由挂篮设计方提供。 加载方式 利用零号块上的锚固钢筋及钢铰线形成简易加力架，用张拉千斤顶分别对前主吊进行同步加载。 荷载分级 根据结构试验规程，结合施工过程中节段混凝土的浇筑工序，一般可按5级加载程序进行加载。,1.4 测点布置 根据测试要求，可在挂篮的主桁杆上，挂篮的后锚钢筋上布置应力测点，在挂篮的前吊点布置挠度测点，另外为了测定吊点的相对挠度，还应对支点的沉降进行测量。,2. 主跨施工监测 施工监测为施工控制提供必要的反映施工实际情况的数据与信息，为桥梁施工安全顺利进行提供保证。在每一节段的主梁施工过程中，都需要观测桥梁顶面的挠度，为控制分析提供实测数据，同时，在立模、节段浇筑、预加力张拉控制前后也需要观测其挠度变化和相应的应力变化，以便与分析预测值比较，并为状态修正提供依据。 2.1 主跨应力、应变监测 通过主跨结构应力监测可迅速知道主跨受力状况，如剪力滞效应等，并及时监测主跨应力是否超限，从而可知主跨安全状况。因此，必须进行应力跟踪观测，该项观测在每一施工阶段都要进行，并贯穿整个施工过程。,监测截面 根据主桥特点，每座桥选择箱梁的根部，L/4、L/2，边跨现浇段附近等截面布置应力测点，主要观察在施工过程中这些截面的应力变化与应力分布情况。应力计按预定的测试方向固定在主筋上，测试导线引至混凝土表面。通过实时跟踪分析，在计入误差和变量调整分析之后，可以提供最优可调变量的调整方案，每阶段直至竣工后结构的实际状态。同时可根据当前施工阶段向前计算至竣工，预告今后施工可能出现的状态并预报下一阶段当前已安装构件或即安装的构件是否出现不满足强度要求的状态，以确定是否在本施工阶段对可调变量实施调整。主梁监测截面布置图如下：,截面选择示意图（单位：cm）,测试仪器： 根据对多种应力测试仪器性能的比较，考虑到要适合长期观察并能保证足够的精度，故选用质量高的

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