桥梁工程监控方案.doc

目 录第一部分 桥梁基本状况说明11.1 设计总说明11.1.1 采用设计规范11.1.2技术标准11.2 结构布置及尺寸拟定2第二部分 施工监控体系设计32.1. 空腹式拱桥施工监控的任务32.2 桥梁工程施工控制的工作内容42.2.1 建立施工控制体系42.2.2 设计计算与施工控制计算的校核52.3施工控制中的现场测试72.3.1 实际施工中的材料物理力学性能参数72.3.2 实际施工中的荷载参数72.3.3 实际施工中的截面几何参数82.4施工控制中的实时测量92.4.1 建立实时测量体系及其信息传递体系92.4.2 物理测量92.4.3 线形测量112.4.4力学测量182.5监控测试进度计划232.5.1 前期准备232.5.2 实施监测阶段232.5.3 总结阶段242.6 桥梁工程设计复核242.7 桥梁工程抗震性能评估242.8监控测试组织机构及人员配备26 桥梁工程工程施工监控大纲（含设计验算及抗震性能评估）第一部分 桥梁基本状况说明1.1 设计总说明1.1.1 采用设计规范1.城市桥梁设计准则（CJJ11-93）2.城市桥梁设计荷载标准（CJJ 77-98）3.公路工程技术标准（JTG B012003）4.公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）5.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）6.公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）7.公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）8.公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范（JTG/T B07-2006）9.城市人行天桥与人行地道技术规范（CJJ69-95）10.城市道路和建筑物无障碍设计规范（JCJ50-2001 J114-2001）11.混凝土结构设计规范（GB50010-2002）12.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）13.地下工程防水技术规范（GB50108-2001）14其他相关规范、规程。1.1.2技术标准1、道路等级： ：城市次干路，设计车速40km/h。2、桥梁设计荷载：公路I级，人群荷载3.5KN/m;3、通航水位：黄海2.0m；4、通航等级：航道净高4m，净宽25m；5、设计地震动峰值加速度：0.15g；地震基本烈度为VIII度，按VIII度设防。6、桥梁宽度：30米=4.5米（人行道及栏杆）+2*10.5米（行车道）+4.5米（人行道及栏杆）。1.2 结构布置及尺寸拟定1.2.1 结构形式本桥为五跨空腹式连拱桥，跨径组成为（26+48+52+48+26）m=200m。拱座墩采用实心截面，基础采用桩基础；桥台采用桩帽式桥台，桩基础。1.2.2 梁部构造梁部采用单室三箱变截面梁。1.2.3下部结构拱座采用实体钢筋混凝土拱座，拱座顶面宽90cm，底面宽310cm。拱座承台尺寸6.25m×30.5m,厚3.0m。桥台采用桩帽式桥台。拱座基础采用16根1.5m钻孔灌注桩基础，桥台采用6根1.5m钻孔灌注桩基础。桩基以中等风化花岗岩为持力层，要求桩基进入持力层不小于1m第二部分 施工监控体系设计2.1. 空腹式拱桥施工监控的任务空腹式拱桥是一种新型的梁拱组合体系桥梁，属于超静定结构，桥梁上部、下部以及基础甚至地基连成一体，结构的超静定次数较多，受力复杂。多跨空腹式刚架拱桥在成桥之后,整体刚度大。在竖向外力荷载作用下,上部箱梁的受力性能与多跨连续梁相似,刚架斜腿部分的受力以受压为主;纵向水平荷载作用下,在荷载直接作用跨会产生较大的变形,但由于空腹刚架部分刚度很大,因此,对邻跨的影响急剧减弱。同时也意味着,徐变、温度变化等引起的结构内力,在桥梁的下部结构会更严重。桥梁施工控制的任务就是要根据全过程中实际发生的各项影响桥梁内力与变形的参数，结合施工过程中测得的各阶段主梁内力(应力)与变形数据，随时分析各施工阶段中主梁内力和变形与设计预期值的差异并找出原因，提出修正对策，以确保在全桥建成以后桥梁的内力和外形曲线与设计值相符合。桥梁施工控制的工作从广义来讲就是指施工控制体系的建立和正确的运作，从狭义来讲是指施工控制理论的建立和实现。一方面根据选定的施工方法对施工的每一阶段进行理论计算，求得各施工阶段施工控制参数的理论计算值，形成施工控制文件；另一方面，针对实际施工过程中由于种种因素所引起的理论计算值与实测值不一致的问题，采用一定的方法在施工中加以控制、调整。 桥梁工程为五跨空腹式连拱桥，跨径组成为（26+48+52+48+26）m=200m；桥面宽30m。桥梁构造及力学性能复杂，施工难度很大。对该桥主梁以及拱体施工过程进行合理的控制是使桥梁施工结果与设计要求相吻合的重要保障。2.2 桥梁工程施工控制的工作内容2.2.1 建立施工控制体系 空腹式连拱桥的施工控制与其设计和施工有密切的联系。根据 桥梁工程施工的特点，参考国内外施工控制工作的开展情况，我们拟建立如图2.1所示的施工控制体系进行梁体以及拱的施工控制。施工控制体系主要由实时测量体系、现场测试体系和施工控制计算体系组成。桥梁的施工控制过程实质上是一个信息的采集、处理、反馈的控制过程。图2.1中的实时测量体系和现场测试体系是施工控制信息的采集系统。在信息采集之后，按照控制理论对施工信息进行分析处理，对施工过程中的施工误差进行评价分析，并根据情况提出控制的目标量以及调整、修正的对策，反馈给施工单位指导下阶段施工，从而完成控制的工作。为保障施工控制过程的顺利实施，尤其是为保障信息传递的通畅，在组织体系上应成立专门的施工控制组。根据 桥梁工程的实际情况，建议由甲方、设计院、施工、监理和监控单位的人员组成施工控制协调组。为保障施工控制过程中信息传递的准确、高效，在施工控制的具体工作中还应建立一套完整的报表体系。报表体系由施工控制组根据施工现场具体的情况和施工控制工作的特点来设计。施工单位在一个施工阶段完成后的实测数据通过施工控制报表及时传递给施工控制组；施工控制组对施工信息分析处理后得到的施工控制参数也通过报表以指令的形式及时报告监理，由监理发给施工单位。对各施工阶段的施工结果，采用误差通报的形式供相关部门参考。2.2.2 设计计算与施工控制计算的校核桥梁施工控制的目的就是使施工与设计尽可能一致。在空腹式拱桥设计计算中通常会采用一些假定参数用于计算，比如：梁段块件材料的弹性模量、容重、施工时间等。另外，在设计计算中还有大量的指定计算参数，比如：施工顺序、预应力钢束以及吊杆的张拉等。在空腹式拱桥的施工控制计算中通常会采用尽可能真实的参数用于计算。由于空腹式连拱桥的设计和施工中存在着两种既不相同又相互联系的计算过程，并且在实际工作中这两类计算可能采用不同的计算模型，由不同的单位来完成，因此，为达到使施工控制指导的施工能与设计结果相一致，首先要校核设计计算与施工控制计算的闭合性。这一校核过程主要是在施工控制计算初期，根据设计图提供的资料，建立施工控制计算模型，采用设计计算的主要参数和设计计算中假定的施工时间进行计算，利用此过程下的施工控制计算结果与设计计算结果相核对，以校核二者是否在计算模型及施工方法模拟间存在实质性差异。只有在二者计算结论基本一致的前提下施工控制的开展才有实际意义，否则要与设计人员一起仔细核对两种计算过程，找出并解决存在的问题。图2.1 空腹式连拱桥施工控制体系2.3施工控制中的现场测试在施工控制计算中要根据实际施工中的现场测试参数进行仿真计算，并根据施工中的实时测量数据对这些参数进行分析拟合，以使施工控制计算能与实际施工相符。需要进行现场测定或采集的参数包括以下一些内容：2.3.1 实际施工中的材料物理力学性能参数(1) 混凝土的容重、弹性模量、拉压强度在以往的施工控制工作中曾发现混凝土的弹性模量实测值较设计取值存在一定差异。因此应对工地现场用于主梁施工的混凝土进行专门的弹性模量测试。实验时取几组试件做混凝土7天和28天的静弹性模量测试，用其统计平均值作为混凝土施工控制计算的实测值。混凝土的容重、强度参数直接使用工地试验室进行的此类常规测试的资料。此部分数据应由施工单位提供。(2) 混凝土的收缩徐变系数混凝土的收缩徐变系数的实验室测试需要一个较长的周期及较大投资的设备，对施工现场混凝土收缩徐变系数则按规范取值，并在施工控制过程中进行分析和修正。(4) 其它物理参数在空腹式拱桥的施工控制中为考虑温度效应对结构体系的影响，还需对材料的线膨胀系数和热导系数进行测试。这些数据由相应材料的制造单位提供。2.3.2 实际施工中的荷载参数(1) 主梁恒载(a) 一期恒载主梁的一期恒载基本是根据设计资料进行统计，再根据现场测试出的材料容重进行计算，并依据实际测量出的构件几何尺寸与设计尺寸的偏差进行修正。一期恒载统计计算的重点是确定每一主梁梁段的实测自重。对于梁体内的锚头、锯齿块等的重量也应考虑计入。在施工控制计算中横梁自重以集中力的形式作用在结构模型上。(b) 二期恒载主梁的二期恒载也是根据设计资料与现场调查相结合，并采用现场测试的材料参数加以计算。主梁二期恒载的统计内容包括：铺设防水层、线路设备和其它桥上附属设施。(2) 施工荷载要根据施工单位提供的资料，经现场核对，确定在主梁及拱肋施工过程中施工机具的使用造成的作用在结构体系上的荷载的大小及位置。(3)临时荷载在实际施工过程中施工单位由于种种原因会在结构体系上增减某些临时荷载。对于其中影响较大的荷载，要根据施工单位提供的数据及施工控制组成员现场调查分析，将这些荷载进行量化模拟，反映在施工控制的实时计算中，以便对施工控制的指标进行及时的修正。这些荷载如：施工过程中施工机具荷载的变化；主梁及拱体施工现场临时堆放的机具、材料等；施工过程中对结构临时或意外约束。2.3.3 实际施工中的截面几何参数这主要是指对主梁断面几何尺寸的测定。空腹式拱桥主梁及拱体断面的几何误差对结构体系的影响表现为对主梁恒载和主梁及拱肋刚度的影响，施工中对此部分的监控是为了使施工控制计算能更准确反映结构的挠度变化。主梁截面尺寸数据在施工过程中进行采集。2.4施工控制中的实时测量2.4.1 建立实时测量体系及其信息传递体系空腹式拱桥的施工控制过程实际上是一个信息的采集、处理、反馈的过程。从施工现场采集的信息除了现场测试的参数以外，大量的是现场的实时测量的数据。在施工控制中所关心的是三大类实时测量数据。(1) 物理测量，包括时间、温度等；(2) 线形测量，主梁及拱体线形；(3) 力学测量，主梁及拱体应力。这部分数据的准确采集、及时传递是施工控制工作有效进行的保障。为此应根据施工的具体特点制定出一系列施工控制表格，要求施工测量人员在关键施工环节中进行数据测量，并将结果填写于表格交由施工负责人及监理签字认可后报给施工控制组进行分析。对其中一些明显或可疑数据经提出后进行及时复测。施工控制组采用现场测试参数和实时测量数据进行计算分析，将结果以指令的形式发布于施工控制表格中指导施工单位进行下一步施工。2.4.2 物理测量(1) 时间测量空腹式拱桥施工各工序完成时间的数据在施工控制计算中直接影响到对混凝土收缩徐变的计算。在设计计算中这部分数据只能按通常施工水平进行评估。而施工控制计算进行的是实时计算，必须按实际的施工时间参与计算。时间的测量按年、月、日、小时来计量，由此可得到各关键施工工序的周期。(2) 温度测量空腹式拱桥施工过程中环境温度的大小即日照温差直接影响到结构体系的内力分布。并且温度因素使结构体系发生变形还影响到施工中构件的架设精度及主梁标高测量的结果。特别在大跨度空腹式拱桥施工中日照温差影响较大，一般要求标高测量在清晨日出前进行。在实际施工中，某些工序的标高测量由于工期限制需要立即进行，这部分的测量数据就必须在施工控制分析中考虑温度的影响导致的修正量。对环境温度的测量通常是用普通温度计进行测量。对梁的温度测量采用接触式温度计来测定结构表面温度，接触式温度计测试精度为±0.1°C，主梁内部的温度则通过预埋高灵敏度温度传感器进行测量。表2.1 桥梁工程主梁温度场测试结果测试起止时间:大气气温:施工工况:测试断面测试断面备注测点号测试温度()测点号测试温度()112213314415516617718819920102111222.4.3 线形测量(1) 主梁线形测量的意义主梁的线形测量是指用测量仪器对主梁各块件控制点的标高测量。线形测量控制点设置适当，还可以测出主梁块件的扭曲程度。另外，还应测量主梁轴线水平偏位。主梁的线形测量以线形通测和局部块件标高测量相结合。在每次完成一个梁段块件的预应力张拉工作应对已成梁段的标高进行一次通测。在浇注后浇段钱、梁体浇注完成后、二期恒载施加前后等关键施工阶段均应根据施工控制组的要求进行通测。在预应力张拉前后对梁段标高的测量能反映出实际施工时主梁的挠度变化，这些数据是进行施工控制分析最重要因素之一。(2) 主梁及拱体线形测量主梁线形测量应由施工单位按施工周期实施测量，报送指挥部及施工监控单位，分析汇总做出评价，为了保证 桥梁工程的高标准竣工，表2.2给出了对结构进行单元细化后轴线上各节点的三维整体坐标，以便施工中结构各部分的线形处于规范容许的可控范围以内。 表2.2 各节点的三维整体坐标（m）节点号节点整体坐标值x坐标值y坐标值z坐标值10.00±15.021.00.03±15.032.00.06±15.043.00.09±15.054.00.12±15.065.00.15±15.076.00.18±15.087.00.21±15.098.00.24±15.0109.00.27±15.01110.00.30±15.01211.00.33±15.01312.00.36±15.01413.00.39±15.01514.00.42±15.01615.00.45±15.01716.00.48±15.01817.00.51±15.01918.00.54±15.02019.00.57±15.02120.00.60±15.02221.00.63±15.02322.00.66±15.02423.00.69±15.02524.00.72±15.02625.00.75±15.02726.00.78±15.02827.00.81±15.02928.00.84±15.03029.00.87±15.03130.00.90±15.03231.00.93±15.03332.00.96±15.03433.00.99±15.03534.01.02±15.03635.01.05±15.03736.01.08±15.03837.01.11±15.03938.01.14±15.04039.01.17±15.04140.01.20±15.04241.01.23±15.04342.01.26±15.04443.01.29±15.04544.01.32±15.04645.01.35±15.04746.01.38±15.04847.01.41±15.04948.01.44±15.05049.01.47±15.05150.01.50±15.05251.01.53±15.05352.01.56±15.05453.01.59±15.05554.01.62±15.05655.01.65±15.05756.01.68±15.05857.01.71±15.05958.01.74±15.06059.01.77±15.06160.01.80±15.06261.01.83±15.06362.01.86±15.06463.01.89±15.06564.01.92±15.06665.01.95±15.06766.01.98±15.06867.02.01±15.06968.02.04±15.07069.02.07±15.07170.02.10±15.07271.02.13±15.07372.02.16±15.07473.02.19±15.07574.02.22±15.07675.02.25±15.07776.02.28±15.07877.02.31±15.07978.02.34±15.08079.02.37±15.08180.02.40±15.08281.02.43±15.08382.02.46±15.08483.02.49±15.08584.02.52±15.08685.02.55±15.08786.02.58±15.08887.02.61±15.08988.02.64±15.09089.02.67±15.09190.02.70±15.09291.02.73±15.09392.02.76±15.09493.02.79±15.09594.02.82±15.09695.02.85±15.09796.02.88±15.09897.02.91±15.09998.02.94±15.010099.02.97±15.0101100.03.00±15.0102101.02.97±15.0103102.02.94±15.0104103.02.91±15.0105104.02.88±15.0106105.02.85±15.0107106.02.82±15.0108107.02.79±15.0109108.02.76±15.0110109.02.73±15.0111110.02.70±15.0112111.02.67±15.0113112.02.64±15.0114113.02.61±15.0115114.02.58±15.0116115.02.55±15.0117116.02.52±15.0118117.02.49±15.0119118.02.46±15.0120119.02.43±15.0121120.02.40±15.0122121.02.37±15.0123122.02.34±15.0124123.02.31±15.0125124.02.28±15.0126125.02.25±15.0127126.02.22±15.0128127.02.19±15.0129128.02.16±15.0130129.02.13±15.0131130.02.10±15.0132131.02.07±15.0133132.02.04±15.0134133.02.01±15.0135134.01.98±15.0136135.01.95±15.0137136.01.92±15.0138137.01.89±15.0139138.01.86±15.0140139.01.83±15.0141140.01.80±15.0142141.01.77±15.0143142.01.74±15.0144143.01.71±15.0145144.01.68±15.0146145.01.65±15.0147146.01.62±15.0148147.01.59±15.0149148.01.56±15.0150149.01.53±15.0151150.01.50±15.0152151.01.47±15.0153152.01.44±15.0154153.01.41±15.0155154.01.38±15.0156155.01.35±15.0157156.01.32±15.0158157.01.29±15.0159158.01.26±15.0160159.01.23±15.0161160.01.20±15.0162161.01.17±15.0163162.01.14±15.0164163.01.11±15.0165164.01.08±15.0166165.01.05±15.0167166.01.02±15.0168167.00.99±15.0169168.00.96±15.0170169.00.93±15.0171170.00.90±15.0172171.00.87±15.0173172.00.84±15.0174173.00.81±15.0175174.00.78±15.0176175.00.75±15.0177176.00.72±15.0178177.00.69±15.0179178.00.66±15.0180179.00.63±15.0181180.00.60±15.0182181.00.57±15.0183182.00.54±15.0184183.00.51±15.0185184.00.48±15.0186185.00.45±15.0187186.00.42±15.0188187.00.39±15.0189188.00.36±15.0190189.00.33±15.0191190.00.30±15.0192191.00.27±15.0193192.00.24±15.0194193.00.21±15.0195194.00.18±15.0196195.00.15±15.0197196.00.12±15.0198197.00.09±15.0199198.00.06±15.0200199.00.03±15.0201200.00.00±15.0备注：整体坐标中，x为桥纵向，y为竖向（向上为正），表中z值为箱梁上顶板边缘在整体坐标中的横向位置图2.3 桥梁高程测量截面布置图表2.3 桥梁工程梁段及拱体高程、中线测量记录表 编号测试断面测试点号1#2#3#x(m)y(m)z(m)x(m)y(m)z(m)x(m)y(m)z(m)12345678910111213141516171819202122中线偏位墩顶变位工况测量时间2.4.4力学测量 (1) 应力测量在空腹式拱桥的施工中，应在梁体的控制断面埋设一些应力测试元件以测定施工阶段主梁的应力。主梁的特征断面处应埋设钢弦计来测定主梁的应力状况。应力测量的结果与施工控制中其它测量结果相结合能全面地判断全桥的内力状态。形成一个较好的预警机制，从而能更安全可靠地实施施工控制。应力测试在各关键施工阶段完成后进行。对梁段正常施工阶段中的应力测试应根据施工控制中出现的实际情况来决定是否进行应力测试。(2) 测点布设与测试仪器a、应力测试由于空腹式拱桥的施工工期较长，且内力数据进入施工控制计算中，因此力求准确快速。对于长期应力监控测试，由于时间长、阶段多，为了保证监测数据的可靠性，必须选择适合于施工特点的传感元件。由于施工过程为单一且不可再重复，因此监测过程也不可重复。故元件的可靠性显得尤为重要。可采用绝对应力法(即测试其结构的永久积累应力)，此方法简洁、快速、准确。图2.4 桥梁应力测试截面布置图图2.5 梁体截面应力测点布置图（图中小圈表示测点位置）图2.6拱体截面应力测点布置图（图中小圈表示测点位置）表2.4 各阶段应力测试记录表截面编号测点点号测点标记测试频率应力或应变初始值112342123431234412345123461234712348123491234101234 111234121234131234141234151234161234171234181234191234201234151234211234221234231234241234251234261234271234b、温度测试在空腹式拱桥的施工与运营中，主梁及拱体截面上下缘温差对结构体系的受力影响很大。故准确、快速地测出上述温差对空腹式拱桥的施工监控意义重大。主梁及拱体的温度场测试在全桥各选取两个测试断面布置温度型应力传感器，以便能反映出主梁和拱体的顶、底板温度变化。2.5监控测试进度计划监控测试工作应密切配合施工组织计划及施工进程。在各个不同阶段，进行准备工作、实施工作及提交测试报告。由于没有得到具体的施工及进度计划。在此大纲中能就一般性施工阶段进行监控测试阶段进行计划。2.5.1 前期准备1）对施工现场进行考察，包括场地条件、气候条件等；2）收集有关资料，包括：设计图纸、设计参数、施工组织设计图、材料弹模、混凝土标号及其它相关技术资料等；3） 有计划地购置设备、元件及(少量小设备)使用材料；4） 设计导线走向图；5） 对购置设备和使用仪器进行校验、检查、复核并收集有关资料；6） 根据设计图、施工组织设计、施工顺序、制定实施细则及详细测试方案；7） 准备好有关报表。2.5.2 实施监测阶段1） 在施工时或施工前安装、埋设好测点并布置好线路走向及安全保护工作；2） 在施工前调试好仪器并必须完成温源测量等工作；3） 实施测试，并进行分析；4） 填写测量阶段进度图，提交测试报告(阶段)。2.5.3 总结阶段写出总结报告必须有：1） 阶段构件所处状态(内力、温度等)；2） 目前空腹式拱桥所处状态；3） 提交总报告、提出评价意见。 2.6 桥梁工程设计复核 对于重大的桥梁工程，除设计单位应向建设单位提高完整的设计计算文件外，还应有具备设计验算能力的另外一个单位进行独立的设计验算，向建设单位提高完整的设计验算报告，若两单位的计算结果均复核现行设计规范要求，即可组织施工招标进行施工，否则应组织专家会审查明原因，确保重大桥梁工程建设的安全可靠。设计验算复核的内容包括施工过程的验算和成桥状态的验算两部分。2.7 桥梁工程抗震性能评估 考虑到本桥地质构造异常复杂，桥址区地震烈度较高，初步设计阶段尚未取得地震安全性评价结论，有必要进行全桥抗震性能专题研究，以确保重点工程的安全。 桥梁工程抗震性能评估计算内容包括，对现有桥梁设计的抗震性能进行校核验算，对可能的改善桥梁抗震性能的措施提出切合实际的实施建议。近20年，由于地震震害的教训，使各国学者对桥梁抗震十分重视，开展了广泛的研究。桥梁工程为生命线工程之一，而生命线工程的破坏将造成震后救灾工作的巨大困难，使次生灾害加重。特别是对现代化城市，将影响其生产运转，导致巨大的经济损失。从震害的调查结果显示:桥梁的毁坏非常严重，如我国在1975年的海城地震中618座桥梁(铁路桥182座，公路桥436座)中有193座遭到不同程度的损坏(铁路桥55座，公路桥138座)占31.2%，其中有16座桥梁严重损坏，无法继续使用。在1976年唐山地震中，对京山、通沱、津蓟及南堡专用线的统计，遭受震害的铁路桥占总数的39. 3%，其中严重破坏的占45%。唐山地区公路桥遭到不同程度破坏占桥梁总长数的62%，严重毁坏、倒塌的大、中桥有20座，占13%，天津地区遭到中等以上破坏的公路桥占总长数的21%，严重毁坏的大、中桥有10座，占5%，可见损失相当大，而且对震后救灾造成极大困难。最常见的桥梁破坏情况：(1) 下部结构倾斜、沉陷、滑移、开裂和倾覆；(2) 支座上大梁位移、开裂和脱落；(3) 支座处混凝土破碎以及支座本身构造上的破坏;(4) 翼墙沉陷和滑移，翼墙和桥台分离以及桥台胸墙破坏。根据我国地震情况，在抗震设计中采用“小震不坏，中震可修，大震不倒”多级设防标准来实现。中国是最早采用多级设防标准的国家，目前这种思想己被广泛认同。全桥的抗震能力分析包括两个方面：（1）根据桥址处的地震参数，选择合适