施  工  监  控  方  案

中 南 大 学

二O一一年三月

1. 工程概况    

沪昆客专长沙浏阳河特大桥(+116+)m连续梁桥为一座三跨预应力混凝土连续梁桥，跨度布置为m+116m+m。下部基础均采用钻孔桩基础，上部结构为单箱单室直腹板变高度箱梁，中支点截面箱梁中心线梁高8.9m，跨中及边跨直线段箱梁中心线梁高为5.2m；梁部混凝土为C50；采用纵向、横向和竖向三向预应力体系。本桥采用挂篮悬臂浇筑法施工，全桥分两个T构对称悬浇，每个T构包括0~15#共16个梁段，两个边跨各有5.75m的现浇段，边、中跨合拢段均为2m（如图1所示）。

图1  全桥示意图

2. 施工监控目的和意义

随着我国高速铁路建设的迅猛发展，大跨度桥梁建设进入了前所未有的高潮时期。大型桥梁的结构多样化，带来了桥梁工程的科研、设计、施工、监理和管理水平的提升，也带动和促进了相关产业的发展。同时，大型桥梁的结构安全可靠性已成为当今社会普遍关注的重点问题。

为保证桥梁结构运营时期的安全性、可靠性、耐久性、行车舒适性等，实施大型连续梁桥的施工过程监控，已成为桥梁建设不可缺少的重要环节。中南大学受中铁三局集团第一工程公司沪昆客专杭长湖南段项目经理部委托负责承担沪昆客专长沙浏阳河特大桥(+116+)m连续梁桥施工阶段的施工监控工作，结合高速铁路及客运专线施工的相关要求，编制了监控实施方案。

由于大跨度连续梁桥施工过程复杂，所采用的施工方法、材料性能、浇筑程序及立模标高等都直接影响成桥的线形与内力，如果施工过程中梁体挠度控制不严，桥梁线形不顺，不仅影响梁体表观质量，合拢难以进行，而且影响穿束工作，增加钢束张拉阻力，甚至增大梁体扭矩。因此，为保证结构体系转换时的合拢精度和成桥运营状态下的线形，必须对挠度进行精确计算和严格控制。再者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，并通过修正计算，对浇筑主梁立模标高及轴线位置给以调整与控制，使成桥后线形满足设计要求。

对关键控制截面应力的测量，一方面可以了解结构实际状况和设计状况的差

异，为结构主要计算参数识别提供依据；另一方面可以起到结构安全预警作用，避免恶性质量事故的发生。

3. 施工监控依据及目标

3.1 施工监控依据

本大桥施工监控依据下列有关规范、标准进行：

1.《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）

2. 《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）

3.《新建时速300~350公里客运专线铁路设计暂行规定》（上、下）（铁建设[2007]47号）；

4．《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）

5.《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10415-2003）

6. 《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005]160号）

7. 《铁路特大桥工程质量评定验收标准》（TBJ416-87） 

3.2 施工监控目标

（1）根据《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)11.1.29，施工监控总目标是成桥后桥面高程误差控制在±20mm以内；

（2）根据《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)11.1.28，合拢前两悬臂端相对高差小于15mm；

（3）根据《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)11.1.28，轴线偏差小于15mm；

（4）其它允许偏差要求按《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)检查控制；

（5）如有其它异常情况发生影响标高控制，其调整方案经控制小组分析研究，提出控制意见。

4. 监控组织机构

4.1 组织机构

施工监控是大型桥梁结构施工不可缺少的部分，是一项技术性、时间性、协调性要求都很强的工作。其贯穿于整个施工过程的始终，牵涉到许多与施工有关的关键技术问题。如果没有一个强有力的组织机构，没有一套行之有效的工作程序，就不可能达到监控预期的目的。为此，设立悬灌连续梁施工监控实施小组。重大技术问题由施工监控单位与设计单位讨论决定，具体工作由施工监控实施小组负责执行。

监控实施小组成员如下：

组    长：  李  斌（监理组组长）

副 组 长：  史文刚（项目部总工）

杨孟刚（监控单位负责人，博士，硕士生导师）

主要成员：  张海波（监理员）

            张振国（施工负责人）

腾  飞（施工员）

蒋  鹜（监控人员）

潘增光（监控人员）

4.2 各单位职责分工

1）设计单位

①提供大桥结构计算数据文件；

②提供各工况下（工况划分见后说明）及成桥后箱梁各施工节段的变形设计计算结果；

③提供箱梁各节点（高程控制点）预拱度设计计算结果；

④提供大桥施工安全性检算资料；

⑤讨论决定重大设计修改，负责变更设计后的各种验算。

2）施工单位

①提供施工设计图纸及施工体系受力计算数据（挂篮自重；施工荷载等）；

②提供详细的施工组织设计与进程计划，如有变更施工方案应及早提出；

③提供施工材料的物理、力学性能值；

④桥面施工荷载调查与控制；

⑤混凝土弹性模量试验；

⑥负责保护好现场观测点、仪器免遭人为破坏；

⑦施工高程测量在每一梁段完成后及时交施工监控实施小组，以便对主控方的控制数据起校核作用。

3）监理单位

①认真执行监理工作，保证施工质量；

②协调好设计、施工与监控三方的现场配合；

③督促和检查监控单位按本方案按期完成任务，监督施工单位对监控单位测点进行有效的保护；

④提供箱梁断面尺寸、立模标高等复测结果；

⑤在监控任务依现场需要有所增补、变更时，及时与建设单位联系，审核和报批有关事项；

4）监控单位

①制定施工监控实施方案；

②完成监控方案中提及的各项施工监控任务、结构分析计算、提交下段挂篮立模标高（提前24小时）箱梁高程测量等；

③识别设计参数误差，并进行有效预测；

④发生重大修改及时向相关部门汇报，并会同设计单位提出调整方案；

⑤每一梁段完成后及时将有关监控结果汇总。如有重要情况，以书面形式及时报告；

⑥主桥竣工后，在1个月内提交施工监控成果报告。

5. 施工监控方法

5.1 施工监控流程

大跨度连续梁桥的施工控制是一个“预告→施工→量测→识别→修正→预告”的循环过程。施工控制中最基本的原则是确保施工过程中大桥结构的安全，在大桥施工过程安全性满足要求的前提下，再对大桥施工过程中结构的线形进行控制，确保大桥最终线形满足预期目标。

沪昆客专长沙浏阳河特大桥(+116+)m连续梁桥的施工过程中，不仅要经历悬臂浇注节段形成主梁的过程，还要完成由静定结构转变为超静定结构的体系转换过程。大桥施工过程复杂，监控影响参数多，如：结构刚度、梁段的重量、施工荷载、混凝土的收缩徐变、温度和预应力等，这些参数都会直接影响成桥后的线形与受力。计算线形控制中立模标高时，都假定这些参数值为理想（规范）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，在施工过程中需要对这些参数进行采集，及时掌握结构实际状态，并通过计算，识别出各参数对主梁标高的影响程度，进而对未浇注主梁的立模标高进行修正，以满足设计要求。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，通过优化进行调整与修正即可。施工控制流程如图2所示，其中技术流程是指理论计算的循环过程，实施流程是指参与施工控制的各协作单位的工作关系。

图2  施工监控流程图

5.2 结构计算内容

大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工采用分节段逐步完成的悬臂施工方法时，结构的最终形成必须经历一个漫长而又复杂的施工过程。对施工过程中每个阶段进行详细的变形计算和受力分析，是施工控制中最基本的内容之一。为了达到施工控制的目的，我们首先必须通过施工控制计算来确定桥梁结构施工过程中每个阶段在受力和变形方面的理想状态，以此为依据来控制施工过程中每个阶段的结构行为，使其最终成桥线形和受力状态满足设计要求。

在大跨径预应力混凝土连续梁桥悬臂浇筑的施工中，施工控制的第一项工作就是根据设计提供的有关资料对桥梁施工过程中的内力、应力和位移进行有限元分析计算，确定施工过程中每个阶段的变形和受力理想状态，以此为依据来控制和指导施工过程中每个阶段的结构行为，从而使得成桥后的线形和内力达到设计要求。计算时按照施工组织设计中确定的施工方案来确定施工加载顺序，并进行结构分析，严格计入结构自重、预应力、温度以及混凝土收缩徐变等影响。

5.2.1 有限元模型建立

结构有限元分析的内容有：按照设计和施工所确定的施工工序，以及设计所提供的基本参数，对结构进行正装；结构形变分析；控制截面应变、应力及内力计算；结构预拱度计算分析，以确定立模标高。目前常用的有限元计算软件有桥梁博士、MIDAS/Civil和ANSYS等。

桥梁博士3.0系统是一个集可视化数据处理、数据库管理、结构分析、打印与帮助为一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统。系统的编制完全按照桥梁设计与施工过程进行，密切结合桥梁设计规范。对结构的计算充分考虑了各种结构的复杂组成与施工情况。本文采用桥梁博士3.0系统进行前进分析计算，并采用大型空间有限元分析软件MIDAS/Civil进行结果复核。

在建立有限元计算模型时，将主梁划分为98个单元，对该桥的施工过程进行了模拟，得到各个施工状态下的理论变形和受力。桥梁上部结构采用 C50混凝土，混凝土加载龄期为7天；预应力钢绞线的松弛损失取为2.5%，锚具变形与钢束回缩值取为6mm，管道摩阻系数 u=0.23，管道偏差系数 k=0.0025；二期恒载为113KN/m。收缩徐变考虑1500天。有限元计算模型如图3所示。

图3  全桥有限元计算模型示意图

根据设计施工方案中拟定的施工流程对该桥的施工过程进行了模拟。结合悬臂浇注施工方法，将本桥的施工过程共划分为57个施工阶段，其中每个主梁节段的施工由3个阶段组成，即挂篮前移、混凝土浇注和预应力筋张拉。详细施工过程见表1。

表1  全桥施工阶段划分

5.2.2 数据处理

结构计算的目标是提供以下理论控制数据：

1. 各施工梁段的计算挠度值

（1）自重、预应力以及混凝土收缩徐变引起的悬臂前端挠度值；

（2）挂篮弹性变形；

（3）活载挠度值。

2. 各施工梁段的立模标高

大跨度连续梁桥悬臂施工过程中，施工控制的关键是挠度控制。挠度控制的目的是：根据计算结果和各阶段实测数据，并与设计计算结果对比，调整梁段预拱度值（在立模标高计算中体现），确保成桥线形符合设计要求，保证合拢精度。箱梁悬臂浇筑段的各节段立模标高可参考下式计算：

        (1)

式中：    ——节点i（待浇筑段箱梁底板前端点）立模标高；

    ——节点i的设计标高，由于设计时给出的是线路轨底标高，故应根

据设计轨底标高和梁高等数据反推各节段梁底的设计标高；

    ——节点i在施工过程中由恒载引起的该点向下的累计挠度值，包

括箱梁结构自重、预应力及收缩徐变引起的挠度；

——节点i由静活载引起的向下的挠度值；

    ——挂篮弹性变形值，由挂篮预压及高程实测确定。

在挂篮悬浇施工过程中，挂篮弹性变形是预拱度设置中必须考虑的因素。其具体大小主要与浇筑梁段重量、挂篮吊带松紧程度等因素有关。在挂篮初次进行梁段混凝土浇筑前，一般均需进行挂篮预压试验，以消除挂篮的非弹性变形，同时可得到比较理想的挂篮弹性变形与梁段重量的线性关系。然而在悬臂浇注各个梁段过程中，由于不可预见的一些因素如挂篮的吊带松紧程度不同，实际的挂篮弹性变形往往与预压得到的结果有偏差。这就需要监测挂篮在浇注过程中的实际弹性变形，并与预压结果比较，从而正确预测下一梁段的弹性变形。在本桥施工过程中，采用下面的公式来推算挂篮的实际变形值：

        (2)

式中：    ——浇筑第n号块件时挂篮的弹性变形值；

      ，，——浇筑第n块混凝土后第n、n-1、n-2号梁段前端的变位；

      ，——第n、n-1号梁段长度。

需要注意的是，是混凝土底模前端的变位，是本节段挂篮定位标高与浇筑混凝土后标高的差值，它包括有已施工节段定位引起的刚体位移和挂篮的弹性变形两部分。当=时，由公式(2)得出

        (3)

为此，由上述公式可以得到已施工节段的挂篮变形，再参照挂篮组装后的荷载实验结果可推断出挂篮变形规律，进而可以比较准确地预测下一节段的挂篮弹性变形。

5.2.3 提供计算表格

在考虑了各种情况的计算后，施工控制小组应在每个梁段浇筑前向施工单位提供以上计算数据，并报由监理单位审核签字，以作为最终立模标高的依据，同时为该梁段混凝土浇注和预应力张拉后的标高提供理论控制值。

计算表格如下：

沪昆客专长沙浏阳河特大桥(+116+)m连续梁桥悬臂浇注

立模标高计算表格(No.01)

＃墩    施工梁段：

                     单位： m

#号墩      施工梁段：

                               单位：m

梁段张拉后梁体标高理论值计算(No.03)

#号墩      施工梁段：

                                                         单位：m

在进行结构设计时，结构设计参数主要是按规范取用，由于部分设计参数的取值一般小于实测值，因此，大多数情况下，采用规范设计参数计算的结构内力及位移均较实测值大，这对设计受力是偏于安全的，但对于结构线形控制来说是不容忽视的偏差，因为它将直接影响到成桥后的结构线形是否满足设计要求。因此，应对部分主要设计参数提前进行测定，以便在施工前对部分结构设计参数进行一次修正，为保证该桥成桥后满足设计要求奠定基础。

影响结构线形及内力的基本技术参数有很多个，就其对结构行为影响程度而言可将基本技术参数分为两大类：主要技术参数和次要技术参数。在这些基本技术参数中，有些参数是可以测定的，而另一些则是难以用试验来确定的。在此只考虑主要的、而且可测定的参数。具体测定工作的进行，由施工单位根据该桥所在的自然环境、所用材料情况、施工工艺及工序情况来加以测定，监理及监控单位参与并进行审查。

根据实际情况，测定的主要参数为混凝土弹性模量及混凝土自重，其它参数按照《铁路桥涵设计规范》（TB10002.1~TB10002.5-2005）取值。对于每一梁段，测量其弹性模量及容重，将实际的弹性模量和容重与计算中采用的弹性模量和容重进行对比，从而进行修正，使计算更好地反映实际情况。

1．混凝土弹性模量的测定

采用现场取样通过万能实验机试压的方法，分别测定混凝土在2d、7d、14d、48d、60d龄期的值，以得到完整的E-t曲线，为主梁预拱度的修正提供数据。

2．混凝土容重的测定

采用现场取样，在实验室用常规方法进行测定。

6. 主梁线形监测

大桥主梁的高程用自动安平水准仪进行测量。

6.1 墩顶测点布置

利用大桥两岸大地控制网点，使用后方交汇法，用全站仪测出墩顶测点的三维坐标。将墩顶标高值作为箱梁高程的水准基点，每一墩顶布置一个水平基准点和一个轴线基准点（做好明显的红色标识，施工单位做好严格保护措施），监控单位和施工单位按每月至少一次联测。以首次获得的墩顶标高值为初始值，每一工况下的测试值与初始值之差即为该工况下的墩顶变位。

布置0号块高程观测点是为了控制顶板的设计标高，同时也作为以后各悬浇节段高程观察的基准点。其中，位于墩顶截面上的水准控制点，其标高在整个施工过程中可以认为是不变的，因此选取桥梁纵轴线上墩顶点为水准控制点，以测量其他各点的标高。0号块的顶板共布置1个水准控制点和6个测点，为方便得到梁底标高，亦可在箱梁里面的墩顶横隔板处加设一个水准控制点。0号块测点位置如图4。

图4  0号块高程测点布置示意图

6.2 截面测点布置

梁体标高测量的精度直接关系到线形控制的成功与否。采用精密水准仪，并由专业人员进行高程测量，测量精度在±1mm以内。

为方便得到施工过程中梁体标高的变化过程以及成桥后线形复测，各梁段施工时需预埋测点，并保持高程测点在整个施工过程中不损坏。各梁段高程测点布置在梁段前端处，用短钢筋在垂直方向与至少两层普通钢筋点焊牢固，保证梁段混凝土浇筑后钢筋头露出箱梁表面一定距离，且在浇筑过程中不移动。浇筑梁段悬臂前端测点布置如图5，其中顶板测点可以控制梁顶的设计标高，底板测点可控制梁底标高，两者结合亦可得到精确的梁高。

图5  截面测点布置图

6.3 主梁平面线形控制

主梁平面线形通过采用全站仪控制，通过立模前放样、立模后自检、监理复测多次测量确保梁体平面线形控制在允许误差范围内。

6.4 主梁各节段的挠度观测

在悬浇节段的过程中，施工队人员积极配合监控小组的测量工作，每个梁段均在悬臂前端布置六个测点进行测量，其布置图见图5。施工过程中梁段标高测量的具体操作如下：

6.4.1 调整模板标高时测量

根据监控小组提供的立模标高，专业测量人员对底模标高进行现场精测，使调整后的模板标高精确符合立模标高，误差不超过3mm。

6.4.2 绑扎钢筋后复测

即混凝土浇筑前，对立模标高进行复测，如误差过大，须再次调整模板，直至与立模标高精确吻合，调整后误差不超过3mm。调整合格后，对前面2个已浇筑梁段的梁顶测点进行测量。

6.4.3 混凝土浇筑完后测量

在混凝土浇筑完后半天内（强度达到测量条件），对新浇筑梁段的6个测点进行测量，并对前2个已浇筑梁段的梁顶测点进行测量。

6.4.4 预应力张拉前测量

在混凝土养护时间足5天后，预应力钢筋张拉前半天内，对新浇筑梁段6个测点进行测量。

6.4.5 预应力张拉后测量

在本梁段预应力钢筋张拉完、模板拆除后半天内，对张拉梁段6个测点进行测量。

6.5 测量时间

测量时间在早7：00左右和下午5：00以后进行。监控单位在测量过程中，除考虑工序进展必须对每一工况进行例行测量外，还要对温度变化引起的挠度进行测量。为了找出温度变化引起主梁挠度变化的规律，对于一些重点工况，在工况不变的情况下，分别在早晨6：00左右（即温度较低）和中午12：30～14：30（即温度较高）间对其挠度进行测量，找出温差变化较大时挠度变化的极值，从而为确定待施工各节段预拱提供较为可靠的依据。

6.6 多跨线形的通测

除保证各跨线形在控制范围内外，主梁全程线形应定期或不定期进行通测，确保全桥线形的协调性。

6.7 结构几何形状测量

结构几何形状的测量主要包括：箱梁上下表面的宽度、腹板厚度、上顶板和下底板的厚度、箱梁截面高度以及箱梁施工节段的长度等。监控单位采用抽查的方式，不定期的进行测量。

6.8 施工过程控制精度要求

根据《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)要求，主梁悬臂浇筑时，施工控制精度如下：

（1）立模标高允许偏差：±3mm

（2）梁段轴线偏差≤15mm；

（3）梁段顶面高程差：±10mm；

（4）合拢段相对高程差≤15mm；

（5）悬臂梁段高程：-5≤h≤15(mm)。

7. 主梁应力监测

沪昆客专长沙浏阳河特大桥(+116+)m连续梁桥属于大跨度连续梁，需进行应力监控。

图6  应变测点截面布置图

7.1 应力测点布置

考虑到结构的对称性，以半联梁为重点监测，另一半则进行复核性监测，测点布置分别布置在梁跨的支点、1/4L，按此原则确定的测点截面如图6所示，3跨连续梁共计6个断面，2#、5#断面布6个应变计，1、4#断面各布4个（两侧上下位置），3、6#断面布2个（单侧上下位置），各断面测点布置如图7所示。

图7 梁体控制截面应变测点布置

如图7所示，1/4L处截面布置4或2个测点，支点处布置6个测点。所有应变计均沿纵向布置，即测纵向应变。

7.2 测试仪器

采用埋入式振弦式应力计配合读数仪，测量精度控制在±0.2MPa以内。连续梁桥应变计总和=6×2+4×2+2×2=24个。

7.3 测试方式

将埋设的应力计测点按预定的测试方向固定在主筋上，将所有测点导线引出到箱梁顶面。每一施工节段浇筑混凝土后、预应力张拉后均进行应力测试。施工单位需及时提供混凝土弹性模量的实验值，以便进行应力的计算。

8. 合拢段施工注意事项

合拢段施工是体系转换的重要环节，是控制全桥受力状况和线型的关键工序。线形控制过程中，监控小组和施工单位应就合拢顺序和方法进行核实，如有重大变动，施工单位应与监控小组成员协商，确保施工控制计算模式与实际施工相符合，从而保证预拱度设置的合理性。

根据沪昆客专长沙浏阳河特大桥(+116+)m连续梁桥施工设计，本桥分为1个中跨合拢段，2个边跨合拢段，合拢段施工顺序为先合拢两个边跨合拢段，最后合拢中跨合拢段，合拢段应在当天温度最低时浇注混凝土。边跨合拢段混凝土浇筑后，张拉边跨预应力束，解除主墩临时固结，使悬臂T构变为简支结构；中跨合拢后，使两个简支结构形成一个连续梁，完成两次体系转换。

合拢段施工主要需解决3个问题：1)吊架或挂篮的安装和卸载问题；2)合拢段的临时锁定和配重问题；3)合拢段混凝土浇筑问题。

吊架或挂篮的安装和卸载问题应相互沟通，确保施工控制计算过程中所取临时荷载的合理性。

合拢段因混凝土浇筑后，温度变化和早期混凝土的收缩徐变会引起梁体的伸缩变形，同时梁体左右日照温度不同还会引起梁的扭曲变形，因此需对合拢段进行临时锁定保持合拢段无相对变形。合拢段临时锁定要抵抗温度应力、T构两端不平衡弯矩等多种外力，保证悬臂T构施工安全和合拢段不出现裂纹。合拢段两侧悬臂块段底板标高相差不大时，则可以不用合拢段配重，并在临时锁定后立即浇筑砼（即在当日午夜或次日凌晨温度最低时），且一次性浇筑完成，浇筑时间不多于3小时。

9. 资质文件

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