贵州某一级水电站桥梁复建工程监控施工方案.doc
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1、某某一级水电站库区某某复建工程监控 实 施 方 案 某某施工监控项目某某年12月 某某施工监控实施方案编制: 审核: 批准: XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX某某复建工程施工监控项目目 录一、 工程概况11.1桥梁上部结构11.2桥梁下部结构1二、施工监控依据、目的和目标22.1施工监控依据22.2施工监控的目的22.3施工监控目标2三、施工监控的原则与技术路线33.1 施工监控原则33.2 施工监控技术路线4四、某某施工监控的主要工作内容64.1 理论计算64.2 自适应反馈控制分析64.3 预拱度控制74.4 合拢工序分析控制84.5 桥面铺装标高的确定84.6 施工监测84.7
2、施工监控有关的基础资料收集134.8 设计参数误差分析和识别14五、某某施工监控精度和原则14六、某某施工监控要求15七、某某施工监控组织167.1 人员配置及质量保证体系、控制措施167.2 施工监控文件传递177.3 施工协调17八、监控工作安全保证措施19九、本项目人员、设备安排及相关工作计划209.1拟派驻的主要人员209.2拟投入的主要设备219.3相关工作和人员、设备进场计划21一、 工程概况原某某位于S320国道约2319.5km处,横跨北盘江干流,左岸为关岭县,右岸为晴隆县。大桥为拱桥,桥面高程589.75m,处于即将兴建的某某一级水电站库区内。某某一级水电站正常蓄水位585m
3、,正常蓄水位时桥位处50年一遇回水水位为591.35m,电站建成后将淹没原某某。因此,需新建一座桥梁来代替原某某连接两岸交通。某某跨径组合为50m+90m+50m,总长203.4m,桥宽9.5m。上部结构为预应力混凝土连续刚构-连续组合体系;主墩采用双肢实心墩、桩基础;桥台采用重力式U型桥台、扩大基础。1.1桥梁上部结构 某某上部结构为50m+90m+50m预应力混凝土连续刚构-连续组合体系。箱梁0号段长度为12m,每个主墩T构纵桥向划分为11个对称梁段。悬浇梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为12m(0号块),43.0m,43.5m,34m,2m(合拢段),累积悬臂长度40.00m。 箱梁断面
4、采用单箱室直腹板断面,箱梁顶板宽9.5m,底板宽5m,悬臂长2.25m,断面梁高:中间支点处5.3m,边跨直线段及主跨跨中处2.4m,其高跨比分别为1:16.98和1:37.5。梁高变化段梁底曲线采用1.5次抛物线。0号块底板厚度为80cm;各梁段底板厚度从悬臂根部至最大悬臂由5528cm按1.5次抛物线变化,跨中及边跨合拢段底板厚为28cm。箱梁顶板厚度0号块为50cm,其余为26cm,箱梁顶面设2%双向横坡。1.2桥梁下部结构 1、2号主墩墩身采用钢筋混凝土双肢实心墩,单片尺寸5.01.2m,基础为42.0m双排钢筋砼群桩。承台厚3m,平面尺寸为8.5m8.5m,基础采用4根直径2.0m的
5、钻孔灌注桩,纵横向两排横向两排布置。桥台为重力式U型桥台,基础为扩大基础。二、施工监控依据、目的和目标2.1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、公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007);5、公路圬工桥涵设计规范JTGD61-2005;6、公路桥涵结构与木结构设计规范JTJ025-86;7、钢结构设计规范GB50017-2003;8、公路工程水文勘测设计规范JTG C30-2002;9、公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-
6、2011;10、公路桥梁抗风设计规范JTG-T D60-01-2004;11、公路桥梁抗震设计细则JTG/T B02-01-2008;12、设计文件及某某一级水电站库区某某复建工程施工图等相关文件。2.2施工监控的目的桥梁设计要求和实际施工是矛盾的统一体,由于结构是逐节段、长期施工形成的,如实际施工材料的力学参数及预应力损失等都会与设计有一定差异,节段立模、测量误差以及环境变化对结构变形的影响等因素在设计过程中是考虑不到的。因此,为保证桥梁在成桥时的内力和线形状态可知且符合设计要求,针对不同桥型特点、不同的施工方案,通过现场实测、计算分析,使施工实际与设计的误差对结构的影响达到最小,使结构的线
7、形符合设计,内力状态处于最优,确保桥梁在施工和营运阶段的安全和使用耐久性。2.3施工监控目标1)确定竣工状态的线形要求和关键构件或截面的内力或应力指标桥梁设计线形是设计者在理想状态下,桥梁结构完成混凝土收缩、徐变后的设计线形,竣工状态时结构的收缩与徐变尚未完成,施工监控须根据施工具体实际情况(包括材料、工艺)计算分析结构的内力(应力)和变形,确定竣工状态的线形和关键构件或截面的内力或应力指标。对于大跨径预应力混凝土连续刚构桥,在竣工运营一两年内,跨中部分将发生大幅度的下挠,这种变化是现有混凝土收缩徐变理论所无法解释的,将采用设置成桥预拱度的方法于以消除,具体设置多少因根据各大桥的实际情况,经多
8、方协商而定。预应力混凝土连续刚构桥的主梁是大桥的关键部分,其各节段、各截面的应力状况首先应满足设计规范要求,由于设计院提供的设计文件一般没有内力、应力状况说明,因此设计规范要求是必须严格满足的内力、应力控制目标;而内力、应力分布应以设计院提供的补充资料为准或以同类桥梁的经验数据为参考。2)确定合拢状态的线形要求和关键构件或截面的内力或应力指标在确定了竣工状态的线形要求和关键构件或截面的内力或应力指标之后,通过计算分析二期恒载、体系转换等对结构内力和变形的影响,确定合拢状态的线形要求和关键构件或截面的内力或应力指标以及根据桥梁合拢时段,环境温度的可能变化情况,确定合拢段两端的最大允许高差。三、施
9、工监控的原则与技术路线3.1 施工监控原则连续刚构桥成桥线形符合设计要求及主梁应力在安全范围之内是连续刚构桥施工监控的基本原则。施工监控主要是通过对施工过程的实时监控,实时调整、修正所有影响成桥目标实现的因素,保证桥梁施工过程安全和设计成桥状态目标的实现,确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。在连续刚构桥的整个施工过程中对主梁的标高、应力实施双项控制;主梁施工阶段以控制标高为主,兼顾结构应力控制以确保施工安全。通过现场监测和监控计算等手段,对主梁施工过程中的结构内力和位移状态进行有效地监测、分析、计算和预测,为施工单位提供施工监控信息,以保证整个结构在施工过程的安全并最终达到设计成桥状态。(1
10、)受力要求主梁、墩的截面内力(或应力)反应了连续刚构桥的主要受力内容。控制这些截面的受力都在规范规定范围之内。(2)线形要求线形主要是指主梁的整体标高和局部平顺性要求。成桥后(通常是长期变形稳定后)主梁的标高要满足上述两方面的设计标高要求。(3)主梁平面位置要求。主要是指节段主梁的实际桥轴线与理论桥轴线值的偏差应符合设计和公路工程质量评定等的要求。(4)稳定性要求。确保整个施工与成桥状态桥梁不会发生失稳。(5)控制手段对于主梁内力(或应力)的调整,通过严格控制预应力束张拉力实现;对于主梁线形的调整,通过调整立模标高实现,调整设计参数误差。3.2 施工监控技术路线施工监控的实施过程是采用独到的自
11、适应反馈控制技术路线。(1)施工监控理论计算在大桥上部施工开始之前,采用MIDAS、GQJS软件建立相应的大桥施工监控计算模型,进行计算机仿真施工阶段模拟,其中包括以施工顺序进行的前进分析和以施工逆顺序(成桥倒拆)进行的倒退分析,提出理想状态下的施工阶段控制参数。由于悬臂浇筑连续刚构施工过程环节较多,体系转换复杂,影响参数较多,如:结构刚度、梁段的重量、预应力张拉力、施工荷载、混凝土的收缩徐变、温度和混凝土弹性模量等。求施工监控参数的理论值时,都假定这些参数为理论值。(2)设计参数识别为了消除因设计参数取值的不确切所引起的设计与施工中实际的不一致性,在施工过程中要对这些参数进行识别。通过典型施
12、工状态下对状态变量(几何状态、应力状态、内力状态)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。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。(3)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。(4)优化调整施工监控主要以控制主梁标高为主,控制主梁应力为辅,优化调整也就以这两个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(如采用带权最小二乘法、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的接近理想设
13、计成桥状态,并且保证施工过程中受力安全,必要时还可以对已施工梁段进行调整(如图1所示)。图1.某某自适应反馈控制流程图四、某某施工监控的主要工作内容4.1 理论计算首先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倒推计算,得到各施工状态下的结构受力和变形等控制数据,与设计相互校对确认无误后作为连续刚构施工监控的理论数据。计算项目包括: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、控制截面应力应变;2) 施工监控数据理论值:立模标高;3) 施工阶段的稳定性计算:最大双悬臂阶段和最大单悬臂阶段的稳定性计算分析;
14、4) 连续刚构成桥后的结构动力特性分析;5) 运营阶段的移动荷载分析,确保大桥建成后处于安全的运营状态。6) 对施工单位的挂篮、托架、支架的强度和刚度进行验算。必要时还应该对大桥箱梁根部截面复杂受力区域进行局部应力分析,确保大桥的安全性。大桥的施工监控工作应该是在大桥施工过程安全的情况下进行的,因此首先根据设计文件对大桥进行结构计算分析,验证大桥在常规荷载以及确定的施工方案情况下的结构安全性,以确保施工安全,同时为现场监测、危险预告提供预警控制值。4.2 自适应反馈控制分析自适应反馈控制方法是目前桥梁工程施工监控中最好的方法,它运用了现代控制理论中的系统辨识、参数估计、误差分析、最优预测等方法
15、。以下简要阐述其在本大桥应用的主要步骤:1) 在取得结构各计算控制参数、施工方案的前提下,模拟大桥的施工过程进行前进分析、倒退分析以确定结构在理想状态下,各施工阶段箱梁的理论位移、内力、应力情况。2) 根据本桥的实际情况,针对不同的施工阶段(结构状态)进行结构控制计算参数的敏感性分析,包括位移敏感性、内力敏感性和应力敏感性。首先确定对于某特定施工状态的敏感性要求,然后根据此要求进行敏感性分析,区分该状态下的主要控制参数和次要控制参数。3) 在施工的每一阶段,考虑实际荷载状态(施工荷载、温度影响等等),重新进行计算分析,提出本施工阶段的控制参数值(主梁节段架设标高,主梁应力状态等等);并给出对应
16、于不同温度状态的主梁架设标高,以指导施工。4) 对实际结构的状态参数测量值和计算值进行比较,在过滤掉误差影响后,对主要计算控制参数进行修正(参数识别),重新进行计算,根据控制目标对计算参数作适当修正,提出更接近实际的下一阶段控制参数,并修正对结构后期状态的预测。4.3 预拱度控制在实施监控之前,必须作好三条箱梁理论线形的计算,即设计线形、目标线形和预拱度线形的计算。设计线形由设计单位提供;目标线形则是在设计线形的基础上,计入活载和长期徐变的作用。预拱度线形的计算要在施工图中施工阶段基础上进一步细化,把箱梁一个节段施工过程划分为三个阶段进行,即挂篮移动、浇注混凝土和张拉预应力。箱梁各节段的实际立
17、模标高按下式确定:Hin立模=Hi设计+Hi预拱度+Hin累计位移+Hi调整值+Hi挂篮式中:Hin立模i节点在第n阶段的实际立模标高Hi设计i节点的设计标高,该值由设计院提供;Hi预拱度i节点的预拱度,本桥:1/2活载+长期徐变。在确定各跨跨中徐变值后,按正余弦曲线分布计算其余各点。Hin累计位移i节点按设计文件及施工组织方案中箱梁施工阶段计算的从n阶段至运营十年的累计位移。Hi调整值根据挠度观测结果和悬臂梁下挠的趋势而确定的挠度调整值,由于弹模、自重和理论数值的差异以及温度的影响,造成实测值与理论值不符,要在以后阶段中予以调整。Hi挂篮挂篮弹性压缩变形。按实测值并根据后续梁段的长度和重量变
18、化进行修正。上述公式中,Hi设计+Hi预拱度是目标曲线;Hi设计+Hi预拱度+Hin累计位移是预拱度曲线(理论曲线)。根据预拱度的计算公式和挂篮试验可以提供悬浇施工时挂篮定位标高。4.4 合拢工序分析控制通过大桥主梁悬臂施工过程中的控制计算分析和结构状态测量,确定中跨合拢的合理顶推力,对大桥合拢方案提出合理的建议。本项工作需业主、设计、监控、监理、施工单位等共同确定大桥的最终控制目标(合拢误差、线形、内力、应力状态等)。4.5 桥面铺装标高的确定预应力混凝土材料的后期收缩徐变效应较大,现有各种计算理论对连续刚构桥下挠的预测与实际工程的要求具有较大的偏差,因此只有根据以往的工程经验,给主梁各节段
19、顶面设置一个成桥预拱度,以此来满足后期变形的要求。成桥预拱度已包含在各节段的立模预抬值里,因此主梁合拢后的桥梁顶面高程已反映了成桥预拱度状态,但由于施工误差等因素,各节段表面线性可能不会十分光滑,因此,有必要对桥面铺装标高进行必要的拟合,拟合的原则是:保证容许的铺装层最小厚度;保证桥面铺装的总重量(特别是跨中部分)没有太大的增加。桥面附属如护栏的安装与桥面拟合的线形应基本一致。4.6 施工监测施工过程的适时监测是施工监控赖以进行的基础,是施工监控的重要组成部分。通过测试获得连续刚构的施工阶段的内力、变形、温度等的实测值,是施工调整、确保施工安全的依据。施工监测主要包括如下几个方面:结构几何线形
20、观测;主墩垂直度监测; 主梁控制截面应力观测;主梁温度观测。(1)结构几何线形观测几何线形观测为结构各状态理论值及实测值对比分析、对结构情况的把握、施工技术决策以及结构位移及内力(或应力)控制提供重要的数据依据。为保证施工阶段结构安全、施工放样的准确性及成桥线形符合设计要求,对各施工阶段的控制截面的变形进行准确的测量就显得尤为重要。由于施工单位自身根据施工需要,要进行系统、准确的几何线形观测,因此本次施工监控主要立足于在施工测量的基础上适当增加一些与变形控制有关的内容(标高观测工作主要由施工单位完成),监控单位将对施工单位的测量结果进行抽查、分析,以保证几何线形观测结果的准确性。本桥结构几何线
21、形监控水准点控制网络与施工采用水准点相同,便于相互间校核。几何线形的观测主要包括几个方面: 主梁轴线偏移观测主梁轴线偏移观测是为了保证施工时主梁轴线的顺直,观测时间为主梁各节段立模放样时。具体测量方法与步骤同主梁标高的观测。 主梁标高观测主梁的标高观测是大桥施工监控的一项重要工作,它将反映主梁在整个施工过程中的竖向位移变化情况,为结构控制参数识别,后期施工状态预测及成桥线形控制起着重要的控制作用。预应力混凝土连续刚构桥的主梁施工监控存在主梁标高和应力控制等两个问题,也即是所谓的“双控问题”,最理想的情况是主梁标高和应力均控制在精度的范围之内,但是由于主梁超重、施工误差等其它不确定因素的影响,双
22、控一般很难实现,为此,施工过程中采用“现实双控(以控制标高为主,兼顾应力),主梁标高和应力控制标准可以采用不同的控制原则,即主梁标高控制在精度范围之内,而主梁应力则控制在安全范围之内。因此主梁标高观测拟采用如下要求进行:1 测点布置在岸上设置永久性的水准点和主墩偏位测量点并加以保护,同时在0#块件中心位置设一参照水准点,以方便主梁的变形测量。2 测量次数每施工一个悬臂节段一般要进行如下4个测次:块件浇筑前;块件浇筑后;预应力张拉后。 每施工6个节段后还需要进行一次全桥线形测量。3 主梁截面标高观测控制点施工单位在进行立模标高放样时,每个主梁标高观测截面横断面应采用7点控制(桥面上5个控制点和底
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