基于主梁支架法施工的钢管混凝土索塔斜拉桥施工监控技术研究.doc

基于主梁支架法施工的钢管混凝土索塔斜拉桥施工监控技术研究1 淮北市长山路斜拉桥施工监控的特点淮北市长山路桥是淮北城区向南拓建的交通干道上的重要都市立交工程长山路桥南北向跨越淮北火车站七股道铁路站场，与铁路站线斜交55度，南连恒潭路，北接古城路本桥的建成将大大改善淮北市的交通路网布局，并成为淮北市的标志性景观建筑物淮北长山路桥主桥构造型式为独塔不对称双索面预应力砼斜拉桥，跨径布置88+80m, 80m跨内设一种辅助墩受桥下预留电气化铁路净空以及引道场地限制 ，两端引桥设有4.5%-3.8%的纵坡，主桥设竖曲线桥面全宽为20m，其中行车道净宽15.10m，两侧设人行道 ，在塔柱范畴内桥面局部加宽主梁为C50预应力砼构造，截面形式为实心双主肋，边主梁高1.70m，宽1.60m斜拉索采用PES成品索，规格有91Φ7、127Φ7、139Φ7，各斜拉索按扇形布置 ，单侧13对索，主梁上索距为6m桥塔为C50钢管砼门式塔，哑铃形截面型式，塔高50m，并在塔柱中、上部设钢管桁架式横系梁，下部墩柱间横向设剪刀撑塔墩基本为26Φ1.5m桩基淮北市长山路是一座以主梁支架法施工、钢管砼索塔为特色的斜拉桥，其构造构造、施工措施在国内尚不多见。

科研组在国内没有有关参照工程和技术资料的状况下，通过对桥梁的内力变形控制和调节措施、主梁脱架控制、斜拉索索力控制等核心技术进行进一步研究，并在工程中实行，获得了较好的施工监控效果，使该桥的成桥内力和线形均达到了设计规定淮北市长山路斜拉桥施工监控的特点重要表目前如下几种方面：(1).本桥索塔采用哑铃形钢管砼构造形式，为国内新型索塔形式，其构造行为、施工工艺和施工监控等有一定的独特性和复杂性2).本桥主梁采用支架法分段现浇施工，构造受力特别主梁受力较不明确，其主梁现浇、脱架、斜拉索张拉等工序较复杂，施工监控难度较大3).受桥下铁路净空限制，本桥桥道纵坡较陡，主梁高度低，较为纤细，其对支架变形、基本沉降、斜拉索力及主梁预应力等的反映敏感施工实时控制工作十分重要4).钢管砼索塔为复合材料，受日照、气温影响较大，这给索塔控制测量带来较大难度索塔上、主梁上各索导管安装为先后一次性定位，其初始位置必须在考虑支架变形、气温变化等因素后精确预测，否则易导致安装偏位5).受索塔工作空间限制，本桥斜拉索采用主跨或边跨单侧不对称张拉方式，一般先边跨后主跨，索塔受力较不利为保证索塔受力安全度，施工控制必须合理调配斜拉索张拉力和张拉工序，同步加强对索塔应力变形的监控。

2 支架法施工斜拉桥施工监控的措施原则及技术体系2.1 施工监控的目的斜拉桥属高次超静定柔性构造，其构造内力分派比较复杂，对施工过程和使用过程中多种影响因素的的变化非常敏感特别主梁纤细且受斜拉索弹性支承，构造各部的内力变形状态对索力的变化相称敏感在斜拉桥的施工过程中，影响其内力变形的因素诸多，不也许使所有各项因素都与设计预设值完全吻合，不可避免地存在多种施工误差因素因此必须对斜拉桥的施工过程实行有效的施工监控，才干保证成桥后的构造内力变形状态符合设计盼望值淮北市长山路斜拉桥施工监控的目的，就是通过在施工过程中对构造内力变形状态施行实时监测，并根据监测成果对设计参数及施工过程进行适时修正，对施工期间的斜拉索索力及构造内力、主梁内力和线形等进行有力的控制和调节，采用应力预警体系对施工状态进行安全度评价和灾害预警从而达到：(1)．施工过程中和竣工后的斜拉索索力和构造内力状况满足构造安全规定；(2)．成桥后的主梁线形逼近设计的抱负状态2.2 施工监控的措施及原则基于控制理论的角度，斜拉桥施工控制的措施重要有：开环控制法、反馈控制法和自适应控制法开环控制法只适于构造构造和施工工序不太复杂的桥梁，其调控手段相对简朴化。

目前斜拉桥施工控制广泛采用反馈控制和自适应控制法，以适应现代斜拉桥构造高次超静定、施工工序多和影响因素复杂的特点通过反馈控制，斜拉桥施工过程中的多种设计参数误差和环境因素干扰等得到及时辨识修正，并实时指引后续的施工作业，从而保证施工控制目的的实现有关误差分析和预测的具体措施，国内外学者和技术人员业已提出了诸如Kalman滤波法、最小二乘法、灰色系统控制、无应力状态法、人工神经网络等多种理论，需要结合实际工程的特点有选择地作为调控手段使用淮北长山路斜拉桥的施工控制措施重要基于反馈控制法通过对淮北市长山路斜拉桥主梁支架法施工特点的分析研究，拟定施工监控的原则是，(1)在主梁脱架前，以主梁内力及线形控制为主，斜拉索索力控制为辅；(2) 在主梁脱架后，对斜拉索索力和主梁线形实行双控，同步保证构造各部应力和塔柱位移控制在安全范畴内主梁线形的控制工作是主梁浇筑前施工控制的重点之一，必须保证桥道坡度和竖曲线形的尽量精确，以满足桥下铁路站线的净空规定然而，本桥主梁线形的调控手段相对受限，这是由于主梁系满堂支架现浇施工，其立模标高是在全跨主梁浇筑之前一次性给出的，没有实时监测数据可资反馈运用而对于按悬臂浇筑法施工的斜拉桥，则可以在梁段不断外伸的施工过程中，不断积累实时监测数据，并及时反馈修正后续节段的立模标高和斜拉索张力，以及其他设计参数，亦即自适应的闭环控制过程。

为此，在本桥施工控制的构造计算中，根据既有经验及通过调查和测试尽量精确地取定各项计算参数，以求得符合实际的主梁立模标高，保证在梁体砼浇筑施工阶段主梁标高的对的，避免浮现大的误差在斜拉索张拉阶段，则根据误差实际状况，按一定算法合适调节索力来有限调控主梁标高，同步应保证构造各部处在安全的应力状态主梁内力的控制工作也是主梁脱架及此前施工阶段的施工监控重点一方面通过反复的施工控制构造模拟计算来拟定出恰当的施工工序，这涉及主梁分段浇筑、预应力分步张拉、斜拉索分步张拉以及支架分步卸落等施工工序另一方面通过在梁体内埋设应力传感器对主梁应力进行实时监测，通过施工测量对支架和主梁变形进行实时观测从而充足掌握主梁在脱架及此前施工阶段的内力变形状态，对不利的内力变形状态及时发出安全预警，并加以解决索力的控制工作是张拉斜拉索阶段及后续施工阶段的施工监控重点，这重要涉及主梁脱架前斜拉索初张拉时的索力控制以及折架后的调索控制，本桥的特点是主梁在支架上进行各索的张拉，随着各索的逐渐张拉，部分梁段将会脱离支架，已脱架的梁段也也许会回落至支架，而支架自身对主梁的支承属于多点(无限点)弹性支承因此在各索张拉过程中，主梁内的应力变化将比较复杂，相应的施工模拟计算会十分困难。

为此，这一阶段必须加强对主梁应力、变形的实时监测，并将成果及时反馈到后续施工中，以保证构造安全在主梁脱架后的调索阶段，则综合考虑构造内力状态、主梁线形、塔柱纵向位移等因素，通过调索使全桥构造接近设计的目的状态 2.3 施工监控的技术体系斜拉桥施工控制是一种施工→测试→辨认→修正→预告→施工的循环过程为达到施工控制的最后目的，必须建立一套完善的控制系统与运营机制，以使得施工与控制之间形成良性循环 根据淮北长山路斜拉桥的施工特点，建立了如图1所示的施工控制系统流程框图在图1中，现场测试体系和实时测量体系用于采集各项施工控制数据然后，按照施工控制理论对施工数据进行分析解决，对施工过程中的施工误差进行分析评价，并根据实际状况提出控制的目的值以及调节、修正的对策，反馈给施工方指引下一阶段施工，从而完毕施工控制的一种循环施工控制系统需要有一套完整的、足够精确的标高、位移、应力、温度、索力以及其他物理量的测量手段的支持，其中应力、温度、索力测量仪器重要由施工控制方配备和完毕，而标高、位移及砼参数的测量仪器重要由施工方配备和完毕 施工控制系统还需要有完备的计算机专用程序的支持，目前施工控制方已研制了多种施工控制专用程序，涉及施工全过程模拟构造分析系统，实时监测数据库及其管理程序，施工误差评价分析及调节程序，索力计算程序，施工控制报表解决系统等，实现了施工控制过程的计算机化，提高了工作效率，可满足实时控制的需要。

此外，施工控制中拟定每一施工环节的目的与设计方有关，施工方必须按一定的精度来完毕每个施工环节，并及时进行必要的测量，而整个施工过程必须在监理的监督下完毕因此，本桥施工控制系统的运营需要监理、设计方等多方面的配合，规定成立相应的协调管理机构，这样就从组织上对施工控制各环节有了明确的人事安排为保障施工控制过程中信息传递的精确、高效，在施工控制的具体工作中尚需建立一套合理完善的报表体系报表体系由施工控制组根据淮北长山路斜拉桥的现场具体状况和施工控制工作的特点来设计施工方在一种施工阶段完毕后的实测数据通过施工控制报表的形式经监理签字核算后及时传递给施工控制组；施工控制组对施工信息分析解决后得到的施工控制参数也通过报表以指令的形式经监理签字核算后及时反馈给施工方对各施工阶段的施工成果，采用误差通报的形式及时提供有关部门参照科研组具体负责施工控制各项工作的开展实行成员涉及专家成员(项目负责人)、现场负责人、监控计算分析和测试成员等其组织构造如图2所示，其中变形测量组工作由施工单位承当图1 淮北市长山路斜拉桥施工控制技术体系图2 淮北市长山路斜拉桥施工控制组的组织构造3 支架法施工斜拉桥的施工监控实现技术淮北市长山路斜拉桥施工控制工作重要涉及：构造状态实时模拟分析与预测；施工控制误差实时跟踪分析与误差修正；设计参数（如材料容重、抗弯刚度、徐变收缩等）的现场测试、辨认和修正；主梁、塔柱线形及应力实时测量；索力实时控制与监测；实时监测数据库的建立及管理；施工控制报表生成传递等。

如下就各自的实现细节归类做一论述3.1施工控制计算、预测、分析评价计算、预测和分析评价工作是施工控制的核心工作内容它通过对桥梁施工全过程实时模拟的构造分析，结合各设计参数的辨认、修正以及其他测量数据的分析评价工作，进而求得各施工阶段施工控制参数的理论计算值，形成施工控制指令并对各施工阶段构造状态作出实时预测，从而达到桥梁施工实时软控制的目的这部分工作依序涉及如下几种方面3.1.1 施工控制初期的设计复算和核心施工工序调节计算在本桥施工控制初期，一方面进行了施工控制对设计的复算工作，以校核施工控制计算成果与设计计算成果的闭合性，达到使施工控制指引的构造实际状态与设计的抱负状态相一致施工控制复算根据设计文献所提供的资料 ，独立于设计方建立施工控制计算模型，同步根据实际施工状况做进一步细化（如主梁支架刚度的模拟等）复算中采用设计计算的重要参数和设计计算中假定的施工时间进行计算 ，运用此过程下的施工控制计算成果与设计计算成果相核对，以校核两者在计算模型及施工模拟等方面与否存在实质性差别对重要差别则与设计方一起仔细核对这两种计算过程，找出并解决存在的问题只有当两者计算结论基本一致时才开展后续的施工控制工作。

本桥原设计主梁预加力和斜拉索张拉的施工工序为，主梁纵向预应力在主梁各段浇筑完毕并达一定强度后一次性所有张拉；之后分两轮张拉各斜拉索，第一轮斜拉索初张拉使主梁抬离支架，撤架后再进行第二轮拉索使达设计的最后目的索力但考虑到主梁支架和地基在当时即将到来的雨季中的承载安全，以及支架模板摩阻力对主梁预加力的抵消作用而导致主梁在后续拉索过程中的不安全问题，施工方、设计方、监控方经会商对施工工序做了较大调节，拟定采用主梁预加力分批张拉和斜拉索分四轮张拉的施工工序实行状况表白，这一调节对保证全桥顺利建成和施工安全起到了核心作用施工控制组对这些施工工序调节进行反复分析计算和优选，拟定了主梁纵向预加力的分批施加方式、各轮斜拉索张拉力的合理取值、以及各工序时段的合理安排，保证了各工序的顺利实行3.1.2 施工进程中施工模拟的实时构造分析在斜拉桥的设计文献中，各施工阶段和设计计算参数都是设计所预设和假定的，它们所根据的是既有的施工经验和设计原则参数，并不一定完全真实地反映目。