斜拉桥施工监控方案

一 ﹑概述

1.1 工程概况

全桥跨径组成：2x〔4x30〕+2x〔5x30〕m 组合箱梁+〔125+220+125〕m 矮塔斜拉桥+〔2x30〕 m 组合箱梁+ 〔42+70+42〕 m 连续刚构+3x 〔5x30 〕 m 组合箱梁， 桥梁全长 1681.2m。

大桥主桥采用 220m 预应力混凝土矮塔斜拉桥，预应力混凝土单箱三室斜腹板截面，按整体式截面设计。在斜拉索锚固点，设置横桥向贯穿的横梁。跨径布置为125+220+125m，主桥桥长 470m。主桥主梁全宽为 26.5m。桥面设2%的双向横坡，桥面横向布置为：0.5m(防撞护栏)+11.0m(机动车道)+ 0.50m(防撞护栏)+2.5m(索塔) +0.50m(防撞护栏) + 11.0m(机动车道)+0.5m(防撞护栏)。 主梁边中跨比为 0.568，支点处高 8.0m，跨中高 3.5m。箱高度和底板厚度均按 1.6 次抛物线变化。箱梁顶宽为 26.5m，腹板斜率为 1：3.142，底板宽度为变值，零号块顶、底板厚度分别为 65cm 和 150cm，腹板厚 110cm，其它块件顶板厚度为 30cm， 底板厚度从根部的 110cm 按 1.6 次抛物线变化至跨中的 28cm。全桥在梁端、0号块和斜拉索主梁锚固点处均设置横隔梁，其余位置不设置横隔板。其中 0 号块横隔板厚150cm，端横梁厚250cm，斜拉索主梁锚固点处横隔板厚 30cm。主梁采用预应力混凝土结构，设有纵、横、竖三向预应力，纵、横向预应力采用高强低松弛钢绞线，锚具采用群锚；竖向预应力采用精轧螺纹粗钢筋，布置在腹板及横隔板内。

索塔下塔柱采用双薄壁实体墩，桥墩横向宽 13.5m，薄壁纵向厚 1.7m，间距为 2.6m，从美观上考虑，桥墩横向设置花瓶型凹槽。承台尺寸为 23.0x18.2m，承台厚 4.5m，基础采用钻孔灌注桩基础，每个索塔基础采用 20 根φ2.2m 的钻孔灌注桩。

斜拉索为双索面，双排布置在中央分隔带上，每个索塔设有 2×12 对 48 根斜拉索，全桥共 96 根。

1.2 技术标准

1、公路等级：一级公路双向六车道 2、设计速度：80km/h 3、桥梁宽度： 26.5m 4、主要荷载标准：

〔1〕 汽车荷载等级：公路-I 级； ℃℃，极 ℃。 〔3〕 设计风速：

使阶段基本风速 V10=25.6m/s(重现期 100 年) 施工阶段基本风速 V10=21.5m/s(重现期 30 年) 〔4〕 船舶撞击力：

防撞击力按照美国 ASSHTO 标准规定驳船撞力的要求计算。横桥向设计 〔5〕 基础变位：成桥后主墩不均匀沉降为 1cm，过渡墩不均匀沉降为 0.5cm。

5、设计洪水频率：1/300

6、大桥设计基准期：100 年，设计安全等级：一级 7、环境类别：Ⅰ类

二、编制依据

(1) 《公路工程技术标准》 (JTG B01—2003) (2) 《公路工程设计标准》 (JTG B20—2006) (3) 《公路桥涵施工技术标准》 (JTG/T F50—2011 ) (4) 《公路桥涵设计通用标准》 (JTG D60—2004) (5) 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计标准》 (JTG D62—2004) (6) 《公路斜拉桥设计细则》 (JTG/T D65-01—2007) (7) 《公路桥梁抗风设计标准》 〔JTG/T D60-01-2004〕 (8) 《公路桥涵钢结构及木结构设计标准》 (JTJ 025—86) (9) 《公路桥梁抗震设计细则》 (JTG/T B02-01-2008) (10) 《公路工程质量检验评定标准》 (JTG F80 1/—2003) (11)蔡甸至汉川一级公路汉江特大桥施工结构设计图纸。

三、施工监控的目的

由于各种因素〔如材料的弹性模量、混凝土收缩徐变系数、结构自重、施工

荷载、温度影响、结构分析模型误差、测量误差等〕的随机影响，结构的初始理论设计值难以做到与实际测量值完全一致，两者之间会存在偏差。假设对偏差不加以及时有效的调整，就会影响成桥的内力和线形。

施工控制的目的，就是根据实际的施工工序，以及现场获取的参数和数据，对桥跨结构进行实时误差分析和结构验算；对每一施工阶段，根据分析验算结果给出结构应力及变形等施工控制参数，分析并调整施工误差状态，建立预警体系对施工状态进行安全评价和控制。这样，才能保证结构的受力和变形始终处于安全合理的范围内，成桥后的结构内力和线形符合设计要求。

根据该桥主桥结构和施工方法的特点，施工监控的工作内容主要包括 以下几项：

1) 在钢箱梁制作时提供无应力制造线形；

2) 根据现场施工进度提供0#块立模标高，塔柱支撑； 3) 钢箱梁施工时提供钢箱梁前端定位标高；

4) 假设干施工阶段下主梁及主塔轴线偏位及变形情况；

5) 提供主梁施工索力初始张拉值及每一施工阶段下悬臂前4个梁段斜拉索索力及索力变化值；

6) 假设干施工阶段下各控制截面的应力或应变； 7) 假设干关键工况下的塔柱水平位移；

8) 假设干施工阶段下主墩沉降值及水平位移值；

9) 成桥状态各控制截面的应力、索力、塔柱水平位移；

10) 施工过程监控仿真计算。

四、施工监控目标

本桥高程控制精度为：

〔1〕立模标高允许误差：±5mm； (2) 控制索力张拉允许误差±2%；

(3) 主梁相邻节段相对标高误差〔附加纵坡〕≯0.3%；

(4) 主塔控制精度：轴线偏位±10mm；断面尺寸±20mm；倾斜度≯H/3000； 塔顶高程±10mm；斜拉索锚固点高程±10mm。

(5)主梁轴线：主梁中线水平方向允许偏差±10mm；高程允许偏差±10mm。

五、斜拉桥施工监控的必要性

桥梁施工监控技术包含施工过程计算、施工方法、施工手段与工艺、施工过程控制等内容。施工控制是施工技术的重要组成部分，并始终贯穿于桥梁施工过程中。

斜拉桥属高次超静定结构，其最为重要的特性之一是采用的施工方法和安装程序与成桥后的线形及结构恒载内力息息相关。与此同时，大跨度斜拉桥一般采用分阶段施工方法，结构内力状态和线形随施工过程不断发生变化。设计阶段一般根据经验预先确定包括结构刚度，构件几何尺寸，梁段重量，施工临时荷载，斜拉索张拉力，收缩和徐变等关键参数为理想值，并根据上述参数的理想值确定结构各关键阶段的理想状态。尽管可对上述参数进行控制，但由于施工误差，环境误差，测量误差等不可防止，如不加以控制，必然导致实际结构状态和理想结构状态间的偏差。随着跨度和结构复杂性的增加，该偏差对结构线形和内力状态的不良效应显著增加，给结构的施工和正常运营带来诸多隐患，甚至危及施工和运营过程中的结构安全。

为确保施工过程中斜拉桥的结构内力和变形状态始终处在安全，合理的范围内，且成桥后的主梁线形逼近设计预期的理想线形，结构本身处于最优的受力状态，必须在施工过程中进行严密的施工控制。斜拉桥施工控制指通过对斜拉桥进行施工全过程仿真分析获得个关键施工阶段的主梁线形，斜拉索初张力，索塔位移，主梁及索塔关键部位应力等理论值，进而根据理论值对施工过程做出明确规定，并在施工过程中加以有效的控制和管理，在对理论值和相应的实测值进行比照的基础上，根据误差分析结果对后续施工过程进行最优状态控制，以保障结构施工过程的安全性并最大限度地减少误差不良效应的过程。

六、施工监控的内容

本项目施工监控工作主要包括以下内容：

●结构仿真计算：按施工过程对结构进行仿真计算。

●线形监测：包括平面线形监测和挠度〔高程〕监测、主塔线形监测。

●应力监测：在大桥上部结构(箱梁)的控制截面布置应力量测点。 ●索力监测：斜拉索张拉后的每个阶段都要对索力进行严格的监测。 ●温度测试：在梁体上布置必要的观测点以获得准确的温度变化规律。

斜拉桥的施工控制是一个预告、施工、测量、识别、修正、预告的循环过程。要求控制系统除了具备常规的结构分析计算功能外,还应具备在施工现场根据实测参数消除设计与实际不一致的自适应能力,并能及时提供标高和索力修正值。基本思路是:首先用标准的参数计算结构的响应,然后和实际测量的结果进行比较,比较二者的差异,修正参数使其和实际结构的结果吻合。经过几节段的施工就可以得到合适的参数。对于采用悬臂拼装或悬臂浇筑方法施工的桥梁,主梁在塔根部的相对线刚度较大,变形较小,因此在控制初期参数不准确带来的误差对全桥线形的影响较小,这对自适应控制思路的应用是非常有利的。经过几个节段的施工后,计算参数已得到修正,为跨中变形较大节段的施工控制创造了良好的条件,这种系统方法目前是最好的施工控制方法。

本项目施工周期长、过程复杂，影响参数较多，如：构件材料特性、截面特性、温度、砼的收缩徐变、施工荷载、施工误差等。计算施工控制参数的理论值时，一般假定这些参数值为桥梁标准的给定值。为了消除因设计参数取值误差所引起的施工中设计与实际的不一致性，监控组将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。具体流程见图

前期结构分析计算 预告立模标高和索力 桥梁施工

主梁立模标高、索力、应力、温度及塔顶偏位、截面尺寸和弹性模量等 现场数据采集 设计参数误差识别 设计参数误差预测 根据测试结果和计算数据，对施工下阶段张拉索力和立模高程调整分析 预告下一梁段立模高程和索张拉力 施工监控流程图

5.1 控制测量

施工一个梁段称为一个阶段，为了改善施工过程中的挂篮和混凝土主梁的

受力，每个阶段分成四个工况：

① 挂篮前移并定位立模；

② 主梁混凝土浇筑；

③ 待强后预应力张拉、降挂篮；

④ 主梁斜拉索张拉。

以上针对的是浇注有斜拉索锚固点的梁段，无斜拉索锚固点的去掉张拉斜拉索的步骤，如果需要进一步改善受力，可将混凝土分两次浇筑，斜拉索分两次张拉，则一个阶段共分六个人工况。

（1）每个阶段观测项目；

1.索力测定

测试方法：本桥采用平行钢丝斜拉索，采用特制的带有压力传感器的千斤顶，利用高精度传感器的精确读数来测定斜拉索的索力值，同时，辅以弦振式测索仪。几种方法有机结合，相互校合，取长补短。

2. 主梁挠度观测

① 测点布置：每一梁段悬臂端截面梁顶设立三个标高观测点，同时也作为坐标观测点，测点布置在每个梁段梁端纵向横向距边缘10cm处，需用端钢筋预埋设置并用红漆标明编号。当前现浇段悬臂端截面同时设立三个临时标高观测点，作为当前梁段控制截面梁底标高用，并结出对应的测点的高程关系。

② 测试方法：用精密水准仪测量测点标高。临时水准点可设在梁塔固结处。每阶段每一工况均进行标高测试，由施工单位及监理单位协作完成。测量时间选在一天中温度变化最小的时候，即凌晨0点和6点之间。

3. 截面钢筋应力或混凝土应变观测

① 测试方法

应变计采振弦式应变计，振弦式应变计采用相应的数据采集器进行测试。所用的测试元件都局具有可靠的标定数据。

② 测点布置

主梁纵向应力监测断面选为主塔根部的截面，主跨1/4截面处，边跨跨中截面处。主梁截面上重点测试上下缘处的应力值。主塔应力监测断面取主梁上方50cm标准截面。

由于实际施工中受结构自重，挂篮刚度，施工荷载等复杂因素的影响，需要根据结构的实际状况及仿真计算的结果，对应力、变形较大的关键截面进行适当的调整。

4.塔顶水平变位测量

① 测点布置：主塔顶上下游各设一到两个测点，测点位置选在塔顶便于观测的可靠位置处。

②测试方法：用全站仪测量。

5.承台水平变位测量

① 测点布置：承台顶面上下游各设二个测点，分别设在四个角处。

② 测试方法：用全站仪测量。

5,2 梁体线形测量

主梁的标高直接影响到桥梁的线形，因此在施工过程中对标高应加以严格控制。但在施工过程中也应根据结构本身的特性与施工方法的不同，采取不同的策略。例如，当主梁刚度较大时，斜拉索索力的变化对主梁标高的影响时有限的，应先对肃立的张拉吨位进行控制，根据实测的标高，对索力做适当的调整，此时，几何线性及标高的控制主要是通过主梁浇筑前端部的立摸标高的调整〔悬浇施工〕或是预制快件间接缝转角的调整〔悬拼施工〕来实现的。当主梁刚度较小时，索力的变化将对主梁标高产生较大的影响，此时下拉所的张拉应以标高测量进行控制。

在以下几种情况，应进行标高的测量。

〔1〕对于采用悬臂施工的斜拉桥，则在挂篮定位时要测量立摸标高；

〔2〕在浇筑完一个阶段后，应对梁端头的标高值进行观测；

〔3〕索力张拉前对已浇筑的梁段上所布设的所有高程监测点通桥观测；

〔4〕索力张拉后对已浇筑的梁段上所布设的所有高程监测点通桥观测；

最后，主梁的标高是随着温度的变化而变化的。根据既有的温度场试验可知：

早上6点左右是主梁标高变化相比照较稳定的时段；因此在进行标高监测时应尽

量选择清晨这个时段，以减小温度对标高的影响。

5,3 索力测量

斜拉桥测量的准确与否是关系到斜拉桥施工控制能否顺利实施、斜拉桥能否成功修建的几个关键问题之一。在斜拉桥施工过程中，可以采用千斤顶，锚索计，频率法等方法来测量索力。千斤顶和锚索计安装较麻烦，只能测索端的力，前者则只能对正在张拉的那对索进行测量，当需要对已张拉完毕的斜拉索进行索力复核时，频率法几乎是唯一的选择。频率发测索力分两步进行：1.在环境激励下利用加速传感器拾取斜拉索的随机振动信号，然后通过频域分析获取斜拉索的频谱图，据此识别出斜拉索的各阶振动固有频率；2.通过理论分析〔解析法与有限元法〕与现场标定，获取斜拉索振动固有频率与索力之间的对应关系，从而可以由频率推算出索力。由此可见，频率法测索力是一种间接方法，频率法的精度取决于高灵敏拾振技术以及准确的索力、频率对应关系。

5,4主塔变位测量

主塔变位测量包括顺桥向和横桥向二个方向变位值的测量。主塔在施工和成桥状态通过斜拉索均承担相当部分的梁体重量。在不平衡荷载和大气温差及日照影响下，均会使主塔产生不同程度的变形。为了不影响主梁的架设施工，必须研究掌握主塔在自然条件下的变化规律以及在索力影响下偏离平衡位置的程度。

索塔施工控制的一般步骤如下：

〔1〕对最新完成的混凝土节段和索塔整体线形进行测量。

〔2〕根据测量结果，计算索塔截面边角的投射位置。然后再由边角位置计算其截面中心线的位置。

〔3〕通过控制点，预拱和超长值计算索塔截面中心线的目标位置。

〔4〕考虑温度和风荷载的影响，对目标位置中心线进行修正。

〔5〕计算温度和风荷载影响下的几何线形修正数据。比较施工阶段坐标和理想几何坐标，

预测下一施工阶段的施工误差情况，并决定误差修正方式和相应的修正步骤。

〔6〕如果误差修正过程多于两个步骤，需进行后续阶段可能的几何线性预测与风险分析，

并在此基础上确定后续阶段放样修正值。

〔7〕后续阶段施工放样。

5,5应力测试

斜拉桥应力监控测量包括梁的安装应力监测和塔的施工应力监测两大类。主要目的是了解梁塔控制截面的应力状况，并对梁体重量及其它荷载变化情况进行判断，确保结构施工安全。

施工应力测试是一项长期的现场观测，涉及的测试技术困难较多。至今，国内外尚无十分完善的解决方法。经过长期的大量的现场观测实践，发现针对钢梁的安装应力测试，采用手持式应变计相比照较可靠。针对混凝土梁则选用钢弦式应变计，并用无应力计加以补偿，测试结果较好，可以满足施工监控的要求。

施工应力测试影响因素相当复杂，除荷载作用引起的弹性应变之外，还有与收缩、徐变、温度等因素有关的应变。对混凝土梁，在埋设应力测点的相同部位埋设无应力计，补偿混凝土自身的体积应变和收缩应变以及自由度应变。并且在测试工艺上采取有效措施，使混凝土徐变和温度产生的应变减少到最低限度，或根据测量时的龄期、环境温度状态进行修正，这样，基本上可以到达施工监控目的。

施工应力测试截面一般由设计院根据施工计算的控制截面确定。原则上应包括以下几个方面：安装的阶段最大正、负弯矩截面，成桥状态的最大正、负弯矩截面，主塔及其横梁的应力控制截面以及设计院从设计角度考虑的其他控制截面。一般情况下梁体应力监测断面可选6~10个，主塔应力测试截面可选4~6个。混凝土梁施工应力测点一般是测试截面的法向应力，对于箱梁截面应在顶板和底板上布设测点，对于边主梁结构应在主梁上下缘处布设测点，方向与截面法向一致。在主横梁中部，宜布设横桥向应力测点。

应力测量结果：包括各施工状态下监测截面的应力值，塔柱监测截面的应力值以及成桥状态下各监测截面的恒载应力水平。

5,6温度测量

温度变化，特别是日照温差的变化，对于斜拉桥结构内力和变形的影响是复杂的。在施工阶段，日照温差对主梁挠度和塔柱水平位移的影响尤其显著。温度的影响总体上可分为二种。一是昼夜温差，二是季节温差。前者是指太阳每日的起落对桥梁各部位的日照变化在混凝土结构内形成由表及里且深度一般不超过40cm的浅层温度梯度，使混凝土产生非均匀变形，后者则是由于长期的昼夜变化，使混凝土结构产生基本均匀的伸长和缩短。现代混凝土斜拉桥的主桥和拉索的刚度相对于空心箱形混泥土塔身刚度而言是较小的，主梁的抗弯刚度几乎只有塔身的1/90~1/25。再加之斜拉索又细又长，对温度变化十分敏感，容易掩盖主梁因昼夜温差产生的变形。季节性温差则使塔、梁、索产生均匀伸缩。总之，温度引起的主梁变形因悬臂长度的增加而增加，但是，如果想从挠度实测值中别离出因受温度影响引起的变形，则相当困单。因此，选择测量工作时间至关重要，宜在一天中日照温差对结构变形影响最小的时候进行测量，理所当然，清晨便是最正确选择。

为了便于施工控制资料的分析，尚应测量出较有代表性的某一天或几天24h内结构温度变化情况。结合塔柱偏移和主梁线形测量结果，总结出结构日照温差变形规律和季节性的温差变化规律。主梁和塔柱的温度测试断面一般与应力测量断面相同，以资对应，也便于计算

分析。索温测量的一般方法是制造一段同实索等粗的长约1.5m的试验索，在其中心和内部以及外表均对称布置测点，吊挂于施工现场实索部位，以承受同样的大气环境条件。对其它实索，每种型号选择1~2根，在其外表布设测点，测得外表温差，对照试验短索的测量结果，确实实索的内外温差。测量结果：提供索、塔、梁各测试断面温度短期变化曲线和季节性温度差变化曲线；对于斜拉索，尚应提供所内外温差和中心点温差的对应关系曲线。