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1、新建鐵路大同至西安鐵路工程原平西至運城北段鳴李特大橋（ 60+100+60 ） m 預應力混凝土連續箱梁橋主梁施工線形與應力控制方案項目負責人：蘭州鐵成工程檢測有限公司2010 年 10 月1工程概況新建大同至西安鐵路工程原平西至運城北段鳴李特大橋起點樁號DK11+684.9，終點樁號 DK12+712.42，橋梁全長 1.027km。其中 8083#墩所在的一聯 (60+100+60)m 雙線（線間距 5.00m）預應力混凝土連續箱梁橋起止樁號 DK11+948.24 DK12+169.94，全長為 221.7m，跨越既有貨聯左線。梁體為單箱單室、變高度、變截面結構。中支點處梁高7.85m，2、跨中10m直線段及邊跨 15.75m 直線段梁高為 4.85m，梁底下緣按二次拋物線變化，邊支座中心線至梁端 0.75m。箱梁頂寬 12.0m，箱梁底寬 6.7m。頂板厚度除梁端附近外均為 40cm，底板厚度 40 至 120cm，按直線線性變化，腹板厚 60 至 80 至 100cm，按折線變化。全聯在端支點、中跨跨中及中支點處共設 5 個橫隔板，橫隔板設有孔洞，供檢查人員通過。橋面防護墻內側凈寬8.8m，橋上人行道鋼欄桿內側凈寬11.9m，橋梁寬 12.0m，橋梁建筑總寬度12.28m。本橋位于 R=1600m的曲線上，連續梁以左線為準，曲梁曲做，橋墩徑向布置，連續梁橫向無偏移。主墩 813、#墩墩高 14.5m， 82#墩墩高 16.5m，圓端型實體橋墩，基礎采用樁基礎。施工方法：下部工程施工完成后，對連續梁的0#塊進行支架現澆施工，以便在其上拼裝掛籃；然后采用掛籃施工1（1) 13（ 13)塊；同時用支架法澆注施工邊跨現澆段15#塊，然后依次進行邊跨合龍段14#塊和中跨合龍段14#塊的施工。0#塊、15#塊施工時，采用碗扣式腳手桿搭設滿堂支架施工。 先進行地基處理， 采用分層填筑、碾壓夯實，經檢測地基承載力及密實度符合要求后， 在表層做 20cm厚 C20 混凝土墊層 . 在墊層上搭設碗扣腳手架作為支架。 支架搭設完畢后進行預壓， 消除非彈性變形， 測試支架的彈性變形值，作為施4、工控制依據。模板采用竹膠板，梁體一次澆注成型。連續梁懸臂澆注段采用掛籃懸灌澆筑，每副掛籃設計重量約為60t ，采用三角掛籃設計形式。掛籃由承重系統、底模系統、側模系統、走行系統，后錨固系統組成。掛籃在投入使用前，測試掛籃的彈性變形和非彈性變形值，驗證實際參數和承載能力，確保掛籃的使用安全。2 施工監控技術依據1) 鐵路橋涵設計規范（TB10002.1TB10002.5-2005）2)鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范(TB 10002.32005)；3) 鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定鐵建設（ 2005）157 號及“局部修訂條文”鐵建設（ 2007）140 號4) 鐵路工程抗震設5、計規范 （GB50111-2006）5) 新建時速 300350 公里客運專線鐵路設計暫行規定 （上、下）（鐵建設 200747號）6) 客運專線無砟軌道設計指南鐵建設函（ 2005）754 號7)客運專線鐵路橋涵工程施工質量驗收暫行標準(鐵建設 2005160 號；8) 鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準 （鐵建設 2005160 號）；9) 鳴李特大橋連續梁施工圖紙。3. 施工控制的必要性連續梁橋在分段懸臂施工過程中，由于橋梁的結構形式、所受荷載、邊界支撐條件以及環境溫度等的不斷變化，結構內力和變形狀態也在發生不斷的變化。要使成橋后的橋梁線形和內力狀態均達到設計要求，就需要對橋梁的整個施工6、過程進行有效的控制。盡管在橋梁的設計階段就可以確定橋梁施工過程中的結構狀態參數，但在實際施工過程中，這種設計的理想狀態卻難以準確實現，這是因為設計時所采用設計參數（包括對環境條件的考慮等）與實際施工過程中所表現出來的并不完全一致，從而使結構的實際狀態不能完全達到設計理想狀態。這就是設計與實際施工的不一致性，這種不一致性是客觀存在的，也就是存在著影響施工狀態偏離設計理想狀態的各種因素，這些因素在懸臂施工的連續梁橋中具體表現為：（ 1）梁段自重誤差對結構的影響； （2）預應力張拉實際效果的影響； （ 3）梁、墩的剛度誤差對結構的影響，截面剪力滯效應對結構的影響； （4）混凝土收縮徐變對結構的影響；7、（5）掛籃及其它施工荷載變動對結構的影響； （6）溫度的影響。這些因素在設計階段很難準確把握，如果不在施工過程中進行有效的控制，就會造成施工過程中（如懸臂澆注后和預應力鋼束張拉后）主梁的變形、應力變化值與設計值存在差異，這種差異具有累計效應并且事后無法再進行調整。因此，在施工過程中，有必要對結構的內力和變形狀態進行實時監測，當結構的實測狀態與理論計算結果不相符時，應及時分析出現誤差的原因。如果是由計算參數取值引起的誤差，要根據施工過程中結構的實測值對主要設計參數進行重新估計、修正，然后將被修正的設計參數反饋到控制計算中去，重新給出施工過程結構控制參數的理論期望值，以消除理論值與實測值不一致的主8、要部分，使模型的輸出結果與實際測量的結果相一致，從而可以對施工狀態進行更好的控制，使設計的施工過程得以準確的實現。4. 連續梁橋施工控制系統及其運行過程大跨度連續梁橋的施工控制是一個施工、量測、識別、修正、預告、再施工的循環過程。施工控制的最基本要求是確保施工中結構的安全，其次，必須保證結構的線形和內力在規定的誤差范圍之內并符合設計要求。為此，必須在整個施工過程中對結構線形和內力實行雙控。這既是一個技術問題，又是一項系統工程。它主要包括兩個部分，一部分是數據采集系統，即在橋梁主要控制部位上埋設各類傳感器和設置監控系統，采集資料。另一部分是資料分析仿真模擬系統，即將采集到的資料進行分析處理，確定9、下一個施工階段的參數。控制系統除了具有常規的結構分析計算基本功能之外，還要具備消除設計與實際不一致的自適應能力，并及時提供結構空間坐標的修正值。控制系統的一項基本要求是要有很強的適應性，這是由施工中結構的多變性、引起誤差原因的復雜性所決定的。因此，在施工監控中需要細致的觀測測試工作和大量的計算工作。通過有效的監測監控工作，最終消除設計與實際施工過程差異的影響，保證設計的施工過程和受力狀態得以準確地實現，確保主梁準確合攏并使最終的結構線形和內力達到設計的理想狀態。在設計階段完成后，全橋的最優線形和內力狀態已經確定。在施工過程中為了實現這種理想狀態，就要在施工過程中運行施工控制系統，整個連續梁施工10、控制系統的運行過程如下：1）按照規范或以往的工程經驗確定各種計算參數，通過施工過程的仿真模擬，以設計線形為目標，預報第一節段主梁施工的坐標及應力。2）按照上述預報值進行第一節段的施工并測量主梁各測點的坐標變化和主梁控制截面的應力。3）將以上觀測變量的實測值與理論計算值進行比較，根據誤差的大小判斷是否進行參數識別，如不需要進行參數識別，則轉第8）步。4）通過參數識別模塊進行參數估計，獲得修正后的計算參數。5）按照修正后的參數進行施工仿真計算，獲得觀測變量的新計算值， 將計算值與實測值比較，根據兩者的誤差大小判斷是否進行標高調整，如不需要進行調整，則轉第7）步。6）對已施工的主梁節段進行標高調整計11、算，并在下一步進行相應的標高調整。7）判斷參數調整后， 以后所有的施工過程中結構的應力均在容許的范圍之內，如滿足要求，則轉第 8）步。如不滿足要求，則轉第4）步。8）通過施工過程的仿真模擬計算，預報下一梁段的坐標。9）按照上述預報值進行下一梁段的施工并測量已有各梁段的坐標及主梁應力。10）在 3） 9）步之間進行循環，直至主梁施工結束。由于在施工過程中不斷進行參數識別，施工的節段越多，參數就越準確，預報值也就越接近實際值，對標高調整的要求就會越來越少。主梁在最后一個懸臂梁段的施工完成后，就可以達到高精度合龍，實現結構的體系轉換。5施工監控的工作內容對橋梁施工過程實施監控的目的是確保在施工過程中12、橋梁結構的絕對安全，并使橋梁建成后結構的線形和內力在容許的誤差范圍內達到設計值。為了達到此監控目的，本項目制定的施工控制原則是：準確預測施工過程中的各個受控變量，如各段主梁的施工坐標、主梁應力等，并在實際施工過程中對這些受控變量進行有效地控制以保證主梁的應力狀態和線形達到設計要求。為此，確定了以下施工監控的主要工作內容：1）編寫施工監控實施細則2）按照設計的施工步驟對橋梁施工的全過程進行動態仿真模擬計算，并對設計單位提供的施工流程及其控制參數進行復核。3）按預先擬定的施工步驟， 用監控程序計算主梁在各施工階段的內力以及主梁空間坐標等控制參數的理論計算值，以備對比分析。4）提供各梁段施工時的初始13、立模標高。5）在橋墩和主梁的控制部位安裝測試元件（如應力、溫度測試元件等） 和布置測點以便隨時監測墩和梁的應力變化情況、梁的位移情況及結構的溫度變化規律。6）在每一梁段的施工過程中及時進行主梁應力、主梁坐標測試及主墩沉降監測。根據實測資料，計算分析橋梁在當前施工階段所處的實際應力及變形狀態。如實測值與理論計算值的偏差不容忽視時，及時分析原因，必要時對結構的設計參數進行新的估計，并將修正過的設計參數反饋到控制計算中，重新給出施工中控制變量的理論期望值，以消除理論值和實測值不一致中的主要部分。當實測值與設計控制值相差較大時，及時通知有關單位，并提出調整主梁標高的建議，以指導施工。7）在施工過程中，14、根據實際需要，隨時對預應力鋼束張拉的實際效果、主梁彎曲剛度、鋼和混凝土彈性模量、截面剪力滯效應、收縮徐變參數、自重及施工臨時荷載、溫度等參數和結構體系轉換、施工過程臨時支撐的施加和拆除等因素進行模擬計算，及時反饋。8）對合龍段施工方案進行技術咨詢，保證合龍段施工質量。9）提交施工監控最終工作報告。監控工作將緊跟施工過程，確保預定的施工過程得以準確實現，使主梁線形及結構整體內力和變形在整個施工過程中始終處于較為理想的狀態，以保證大橋安全、順利建成。6. 連續梁橋施工過程的仿真分析方法概述大跨度橋梁的施工過程是橋梁的結構形式、體系及受力狀態不斷變化的過程，結構所受的荷載如結構自重、預應力等是在施工15、過程中逐步施加的，施工荷載的作用位置也在不斷變化，每一施工階段都伴隨著各種荷載（對混凝土結構包括收縮、徐變）的作用、約束條件的改變及施工臨時荷載的增減等。另外，結構的成橋內力狀態和線形與施工方案（或施工過程）有密切地聯系。因此，施工控制中的結構計算應該是在既定的施工方案下，用計算機仿真模擬施工過程， 計算出每個施工階段結構的內力及變形以指導實際的施工過程。如果施工方案有所調整，則施工控制計算的參數也應做出相應的調整。施工過程仿真分析方法采用 “正裝分析法”，即按照橋梁結構的實際施工順序來分析結構的變形和內力，得到橋梁結構在各個施工階段的位移和內力。這是一種以保證施工的合理與安全為目的的施工過程16、仿真分析方法。施工控制仿真計算采用有限元理論，由于主橋上部結構為箱形梁結構，其總體效應仍表現為梁的力學特征，特別是在施工階段，梁的受力主要以自重、預應力、掛籃以及施工臨時荷載為主，相對主梁截面中線而言偏心荷載很小甚至沒有，故在實際計算中采用普通梁單元進行模擬。單元劃分對計算精度和計算效率均有一定的影響。根據本橋連續梁的結構特點及分析內容要求，將橋 60+100+60 米連續梁橋離散為 220 個單元， 221 個節點。采用 MIDAS/Civil 軟件進行施工模擬分析，按設計要求輸入材料的力學性能參數、截面尺寸及考慮混凝土收縮徐變的時間依存性參數等；建立模型的邊界條件，用彈性支承模擬現澆支架；17、按照設計的施工梁段建立結構組，并根據制定的施工流程劃分施工階段，在每一階段中施加相應的荷載。即按照實際的施工順序，模擬結構的形成、荷載的施加、邊界條件的變化及結構體系的轉變等對結構內力和變形的影響。在計算中準確模擬臨時支撐，混凝土澆注、預應力張拉及支架的設置與拆除等工況。計算結果將輸出每一個施工階段中結構的位移、內力及應力等。7. 線形監控實施方案7.1 施工測量網的建立平面控制網由橋面中軸線組成，平面控制網采用經緯儀或全站儀建立。高程控制網的建立采用二等水準測量的方法，變換儀器高法，先在中支點橋墩承臺上各設一個高程控制點，待 0 號梁段施工完成移到 0 號塊頂面上或用全站儀建立。 0 號塊箱18、梁頂面擬布置 9 個施工控制基準點（如圖 7.1）。0 號塊上的水準點為箱梁各段懸臂澆筑施工的高程控制點。測點1測點2測點3橋面中軸線圖 7.10 號塊梁頂測量基準點布置示意圖( 單位： cm)在箱梁懸臂施工過程中，對于高程控制的基準點，應在墩基礎發生較大沉降變化時、施工進行每隔 2 個月或監控單位認為必要時等情況下應進行復驗。基準點標志可用 16 毫米直徑螺紋鋼筋制作， 鋼筋露出頂面混凝土約2 厘米，露出端上部加工磨圓并涂上紅漆。7.2 標高測量工況及測點布置線形監控的首要關鍵是嚴格控制梁段澆注前的立模標高，這需要通過精確的計算獲得理論值，其次是測量主梁在混凝土澆注后的標高和本段預應力鋼束張19、拉后的標高，以反映梁體的變形值，考查實測變形值和理論變形值之間的一致性和誤差，若誤差偏大，則要分析原因及時進行修正。根據懸臂澆注的工序， 規定在以下 3 個工況下測量已施工梁段的標高：混凝土澆注前、混凝土澆注后及預應力鋼束張拉后。在測量主梁標高的同時，測量箱梁平面中線的位置。已施工完成的所有梁段都要測量。在主梁線形控制的實施中要實測在上述3 中工況下的主梁標高，為此，在主梁上建立標高測點，測點的布置一般設在每個現澆梁段前端的主梁頂面上以便于觀測。并且在橫向不同位置也設觀測點。根據本橋結構特點及控制精度要求，擬定的主梁標高控制測點如圖7.2 所示。其中測點 1、2、3 為常規測點，測點4、5、620、 為立模時重點控制的測點。并且要準確建立測點4、5、6 與測點1、 2、 3 之間的標高換算關系。測點測點1測點2測點3測點4測點5測點6圖 7.2 各梁段標高測點位置示意圖（單位：mm）7.3 標高測量時的注意事項1）主梁標高的具體測量由施工方配合實施，并將測量結果報監控單位進行數據分析。每個梁段混凝土澆注前要確保立模標高與理論值之間的差異在 5mm 以內。理論立模標高由監控單位提供，實際立模時，考慮加上掛籃的彈性變形值，掛籃的彈性變形值可由掛籃預壓或理論計算獲得。2）為了消除溫度對主梁標高的影響，目前公認的辦法是每次測量時的時間定在早晨日出前完成，特別是立模標高的測量。3）施工監控測量采用21、高精度全站儀、高精度水準儀等儀器， 實測各監控點 （這些監控測點在每階段施工時采用特殊標記，并在施工監控過程中長期保留）的坐標。4）用高精度水準儀進行基礎沉降變形觀測，每個橋墩共布置8 個沉降變形觀測點。5）當箱梁懸臂較長時，溫度變化（包括氣溫、日照溫差等）對懸臂箱梁變形的影響逐漸加大，為了保證主梁順利合龍，在合龍段鎖定前要進行懸臂端標高的 24 小時標高測量，以合理確定合龍時機。6）體系轉換及合龍段施工是全橋施工的重點，也是線形控制的重點。 對施工懸臂的合龍精度要求為：懸臂梁段高程為+10mm，-5mm；合龍前兩懸臂端相對高差在15mm 內；梁段軸線偏差10mm。在體系轉換前后及各孔合龍段施22、工前，對各T 懸臂箱梁高程進行聯測。8. 應力監控實施方案應力監控的重點放在懸臂施工階段，給懸臂施工階段主梁的安全提供預警。應力監測采用國內較為先進的鋼弦式鋼筋應力計作為傳感元件，通過測量其頻率求得鋼筋的應力，再通過換算得到主梁混凝土的應力。8.1 應力監控位置全橋應力監控的位置位于0#塊、邊跨及中跨的1/4 跨截面附近（約在4#梁段內）。如圖 3 所示。指定截面上應力測點位于截面上、下緣處（見圖8.1 及 8.2）。5678910111213141516171819202122232425262728293031323334351312111098765432101234567891011123、21381#C1截面C2截面C3截面C4截面圖 8.1 應力監控截面位置（箭頭所指，僅示半跨）測點1測點2測點3測點4圖 8.2箱梁截面上應力測點的布置位置（示意圖）8.2 應力測試元件的布設鋼筋應力計要預先埋設在梁體內部，通常將鋼筋應力計連接到梁體中的鋼筋上，即在確定的預埋位置將鋼筋應力計串聯連接在鋼筋上（縱向），方法是先將連接鋼筋應力計的那根鋼筋截去一段（截去長度與接長后的應力計長度相同），再將應力計與鋼筋相連接 （綁焊）。布置數量為一個指定截面上擬布置 4 根應力計（根據結構對稱性可適當減少布置數量），其中頂面 2 根（用于監測拉應力），底面 2 根（用于監測壓應力） 。要注意，各應力計24、的導線沿箍筋綁扎牢靠（防止澆筑混凝土時被損壞）匯總到梁頂面，并有效保護好插頭。安裝前、后量測應力計的頻率讀數，并做好記錄。8.3 應力測試工況應力的測量時機為與標高相同，即澆注前測一次，澆注后測一次，預應力鋼束張拉完成后測一次，并做好記錄。8.4 其它注意事項為了做好施工監控的應力測試工作，根據以往經驗，應把保護元件放在首位，對測試元件進行精心安裝，細心維護。整個測試工作需要施工單位的密切配合。重點注意以下事項：1）鋼筋應力計和縱向鋼筋串聯焊接在一起， 要盡量保證同軸度， 焊接面積不應小于鋼筋的有效面積。2）鋼筋應力計屬精密儀器， 在搬運時不能受到劇烈撞擊，振動或由較高處墜入地面，以免造成損壞25、或零點變化。3）在安裝鋼筋籠、網的操作中，不能使鋼筋應力計承受較大的彎矩，以免損壞。4）對于測試元件的信號傳輸電纜線應充分注意保護，防止焊機或拆裝模板時損傷測試線路。5）施工單位要教育工人不要隨便拉動傳輸電纜線。6）伸出結構體外信號傳輸電纜擬采用鐵盒子加以保護，防止后續施工的破壞。7）如有可能危及測試元件的施工過程，施工單位須通知監控方， 以便采取措施保護測試元件。9. 數據傳遞路線1）每個梁段施工前5 天，由監控方提供本梁段的立模標高值。施工方要按照監控方的要求進行準確立模；2）每個梁段混凝土澆注前5 小時，由施工方向監控方報告本梁段的實測立模標高，經監控方認可立模標高的準確度后方可澆注混凝26、土；3）每個梁段混凝土澆注后，施工方向監控方提供全部已澆梁段的實測標高；4）每個梁段預應力鋼束張拉完成后，施工方向監控方提供全部已澆梁段的實測標高；5）監控方根據實測標高和理論值的對比，分析已經施工完成梁段的施工效果和誤差情況，指出下一梁段施工中應注意的問題，并給出下一梁段的立模標高值。6）每個梁段施工完成后，監控方向施工方提供應力監測結果，報告主梁結構的安全狀態。7）施工方向監控方提供邊跨、中跨合龍前懸臂端的24 小時標高觀測數據；8）中跨合龍、預應力張拉完成后，施工方向監控方提供全橋的梁段實測標高。數據傳遞可采用電子郵件形式。10 施工注意事項1. 施工方須向監控方提供以下數據或信息：1）27、掛籃結構的自重及預壓彈性變形值，掛籃在梁上的支承點位置及支點反力等；2）混凝土的容重、每個梁段混凝土的實際澆注重量。3）其它施工荷載狀況（包括施工臨時荷載）。2. 每個梁段預應力張拉完成后， 要及時測量標高， 只有經監控方確認標高數據無任何問題后，才可走行掛籃，準備下一梁段的施工。3. 梁上堆放的臨時荷載每端應控制在 10 噸以內，且宜分散堆放在距離當前施工梁段兩個梁段以外的地方。4. 特別注意混凝土的澆注數量， 不能欠澆，也不能超方， 更不能使兩懸臂端澆注量不等而出現偏載。5. 嚴格控制預應力的實際張拉效果。6. 施工過程中要注意保護好橋面上的標高測點，不容許隨意更換標高測點。施工過程中的嚴格管理是施工得以順利完成的必要保證。