井田坝大桥监控细则

四川省S105线井田坝大桥施工监控、监测实施细则

四川省S105线

井田坝大桥施工监控、监测细则

一、概况

井田坝大桥位于四川省S105线广元市青川县沙洲镇至木鱼镇段宝珠寺水库沙洲井田坝附近，其上部结构形式为52m+95m+52m三向预应力混凝土连续刚构桥，顶板下弯束、边跨合拢束采用15?s15.2钢铰线，顶板非下弯束采用12?s15.2钢铰线，中跨底板束和中跨合拢束采用15?s15.2钢铰线，边跨底板束采用12?s15.2钢铰线，横向预应力采用2?s15.2钢铰线，竖向预应力采用JL32精轧螺纹钢筋，边跨与主跨的比值为L1/L=0.55。桥梁起点桩号为K5+783.50，桥梁中心桩号为K5+888.00，桥梁终点桩号为K5+992.50，桥梁全长209m。主梁分为12个块件进行悬臂浇注施工，其块件尺寸为：现浇段3.34米，合拢段2米，9～12块为4米，4～8块为3.5米，1～3块为3米，零号块为8米。主梁断面形式为悬臂单箱单室，主梁采用变高度，根部梁高5.8米，端部2.1米，其间按1.6次抛物线变化，其方程为：h?2.1?3.5542.51.6?(42.5?X)1.6，箱梁底板厚度为：根部0.7米，端部0.3

米，其间按1.6次抛物线变化，箱梁底板上缘抛物线方程为：

h?1.8?3.1542.51.6?(42.5?X)1.6，箱梁顶板厚28cm，腹板厚度为：根部65cm，

端部45cm。箱顶宽为9.5m，底宽为5m。下部结构为双支柔性肋式墩、?200钻孔灌注桩基础，桥台采用重力式U型桥台。主梁混凝土等级为C50，墩身混凝土等级为C40，设计荷载为公路-Ⅰ级，桥梁纵坡设置为0.4%的单向坡度，横向为双向1.5%的坡度，桥面铺装采用8.6cm（边部）～15cm（中心）厚C40防水混凝土。

为保证主桥结构在施工过程中的安全和施工质量。受浙江省支援青川县灾后恢复重建指挥部的邀请，西南交通大学结构工程试验中心参加井田坝大桥施工监控、监测工作。为了完成该桥梁工程的施工监控、监测工作，特制定本施工监控、监测细则。

二、施工监控、监测的任务及目的

对高次超静定桥跨结构（多跨连续梁或连续刚构，或斜拉桥），其成桥的梁部

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线形和结构恒载内力与施工方法有着密切的关系，也就是说，不同的施工方法和工序会导致不同的结构线形和内力。另一方面，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、温度影响等）的随机影响，由于在测量等方面产生的误差，结构的原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。尤其值得注意的是，某些偏差（如主梁的竖向挠度误差）具有累积的特性。若对偏差不加以及时有效的调整，随着梁的悬臂长度的增加，主梁的标高会显著偏离设计值，造成合龙困难或影响成桥的内力和线形。特别是采用悬臂施工技术的大跨度桥梁，施工中的不合理误差状态如不能及时地加以识别和处理，主梁的应力有可能发生积聚而超出设计安全状态发生施工事故。

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理论分析和结构验算；对每一施工阶段，根据分析验算结果给出其主梁端的挠度（每阶段施工挂篮的立模标高或梁段定位标高）等施工控制参数，分析施工误差状态，采用应力预警体系对施工状态进行安全度评价和灾害预警。这样，才能保证结构的受力和变形始终处于安全的范围内，成桥后的结构内力和线形符合设计要求。

本项目工作的目标是：把大跨度桥梁施工控制的理论和方法应用于井田坝大桥的实际施工过程，对该桥施工期间的线型、混凝土应力等内容进行有力的控制和调整，即：根据施工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测值的差异并找出原因，提出修正对策，以协助施工单位安全、优质、高效地进行施工，并确保在全桥建成以后桥梁的内力状态与外形曲线与设计尽量相符。

三、井田坝大桥施工监控特点及要点

1、井田坝大桥结构特点

井田坝大桥结构形式为52m+95m+52m预应力混凝土连续刚构桥。由于主梁与桥墩之间刚性连接，在竖向荷载作用下，将在主梁端部产生负弯矩，因而减小了跨中正弯矩，跨中截面尺寸得以减小。井田坝大桥为超静定结构形式，故混凝土伸缩、温度变化、墩台不均匀沉降和预应力等因素都会在结构中产生附加内力。在施工过程中，当结构体系发生转换时，徐变也会引起附加内力，有时这些附加内力占整个内力相当大的比例，在计算内力时必须予以考虑。

预应力混凝土连续刚构桥特别适用于大跨度、高桥墩的情况，井田坝大桥采用双支柔性肋式墩，作用如同摆柱，利用它的柔性以适应结构由预应力、混凝土伸缩、徐变和温度变化所引起的纵向位移。此外，桥墩柔性大，对梁的嵌固作用

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小，梁的受力情况就接近于连续梁桥。柔性墩需考虑主梁纵向变形与转动的影响，和墩身偏心受压时的稳定性。

连续刚构连续体系梁桥的主要特点为：

（1） 作为连续刚构连续体系梁桥在构造上一般要有两个以上主墩采用墩梁固结。要求主墩有一定柔度而形成摆动支承体系，因此常在大跨、高墩结构中采用。

（2） 墩梁固结有利于悬臂施工，同时也免除更换支座，在结构上常选用变截面主梁。

（3） 在受力方面，上部结构仍为连续梁特点，但必须计入由于桥墩受力及混凝土伸缩、徐变、温度变化引起的弹塑性变形对上部结构内力的影响。桥墩因需有一定柔度，所受弯矩有所减少，而在墩梁结合处仍有刚架受力性质。

2、预应力混凝土连续刚构桥施工方法

连续刚构桥一般采用悬臂浇筑法施工，悬臂施工法特点为：桥下不需搭设支架，施工简单，设备少，速度快，节省费用，使跨中正弯矩转移到支点负弯矩，提高桥梁的跨越能力。

施工中桥墩与梁固结，桥墩承受不对称弯矩，随着悬臂长度的增长，梁内出现的负弯矩不断增加，对混凝土桥必须在梁段上缘施加预应力，使完成的梁段连成整体。

（1） 墩旁托架

利用墩旁托架完成主梁0#块的施工，待0#块达到设计强度张拉完成后，在其上拼装施工挂篮或施工吊架，为下一阶段施工作准备。

（2） 悬臂浇筑施工

悬臂浇筑施工时，采用挂篮施工，挂篮的构造一般由主桁、悬吊系统、平衡重及锚固系统、行走系统、张拉平台及底模架组成。在挂篮上完成一个梁段施工后，挂篮前移，进入下一梁段施工。

（3） 合拢段施工

合拢程序一般采用两岸向跨中的顺序，为提高合拢段的施工质量，常采用在合拢段内设置刚性支撑定位、微膨胀混凝土，选择日气温较低，温度变化幅度较小时进行合拢段施工。

3、井田坝大桥施工流程

该桥的施工顺序主要包括：下部结构施工—在支架上完成0号及1号块施工—安装挂蓝—完成2号块施工—采用挂蓝至12号块施工完成—完成边跨现浇段施工—完成边跨合拢—完成中跨合拢—完成桥面系施工。

4、井田坝大桥施工控制计算部分要点

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随着计算机技术的广泛应用和发展，特别是有限元技术在工程中深入地应用，工程人员对施工控制的计算更加精确和便捷。

预应力混凝土连续刚构桥的施工监控的计算方法有前进（正装）与倒退（倒拆）分析法，其中，前进分析采用与刚构桥施工相同的顺序，依次计算各阶段的施工内力与位移，从理论上讲，只要计算参数取值得当，主梁恒载内力与线形应与设计期望状态基本吻合；倒退计算分析则以成桥状态为基础，采用与桥梁施工状态相反的顺序，依次计算各阶段的施工内力与位移，可确定桥梁在施工过程中的理想状态。

倒退分析就是从设计图中给出的最终成桥状态开始，按照桥梁结构实际施工加载顺序的逆过程逐步地倒拆得到施工各阶段中间的理想状态和初始状态，获得各施工阶段理想的安装位置和理想的受力状态。

对于连续刚构桥，以成桥竣工时的应力作为倒退法的初始应力，概念上不存在任何问题，但实际操作中却存在困难:因为设计之初不可能有竣工应力资料，并且连续刚构桥的逐段施工，成桥状态的应力直接与施工方法有关，模型成桥应力与设计不可能符合，所以难以确定倒退初始应力。

前进分析是按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变形计算和分析，它能较好地模拟桥梁结构的实际施工历程，能得到桥梁结构在各个施工阶段的位移和内力值，既可以用来确定成桥结构的受力状态，指导设计与施工，又可以为桥梁控制提供依据。因此井田坝大桥的施工监控采用正装法进行计算。

为了圆满完成井田坝大桥的施工监控任务，采取了两套软件（桥梁博士和midas/civil），独立计算，互相校核。全桥按照施工步骤建立模型，模型依据设计图纸和施工方提供的相关施工资料，分析了各个施工阶段桥梁结构的内力、应力、变形，各个施工阶段的模型建立充分考虑施工时的实际状态，从而获取更加真实可信的数据，达到施工监控的目的。

一些主要施工阶段模型如下图所示：

下部结构施工阶段

全桥共分为127个单元，其中1-2单元为1号墩现浇段，3单元为1号墩边跨合拢段，4-15单元为1号墩边跨12-1梁段，16-23单元为1号墩零号块，24-35

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单元为1号墩中跨1-12梁段，36单元为中跨合拢段，37-48单元为2号墩中跨12-1梁段，49-56单元为2号墩零号块，57-68单元为2号墩边跨1-12梁段，69单元为2号墩边跨合拢段，70-71单元为2号墩现浇段，72-99单元为1号墩，100-127单元为2号墩。

0号及1号施工阶段

最大悬臂阶段

边跨合拢阶段

中跨合拢阶段

最后对成桥状态进行了受力分析，一保证施工控制最终结果具有良好的运营性能和耐久性能，并对全桥的预拱度进行了计算分析。成桥状态如下图所示：

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日照辐射强度等，也应视情况进行测试。

对上述各类参数的统计、分析和校核，需要分清主次，突出重点。 (2)施工监控、监测中的实时监测体系及结构安全预报体系

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监测数据。这些实时监测数据大致可分为：

? 物理测量，包括时间、温度等； ? 力学监测，指主梁混凝土应力； ? 线型监测，指主梁线型、轴线偏位。 ? 裂缝监测，指主梁各个部位可能出现的裂缝。 I．物理测量 ①时间计量

桥梁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，这部分数据通常按施工技术水平进行估计。而在施工控制计算中，需要尽可能地采用实际的施工时间（与施工单位核定）参与计算。对因某种原因造成施工产生较长停顿时，应重新进行施工控制分析。时间的计量按年、月、日来计量。 ② 温度测量

桥梁施工过程中，环境温度的大小及日照温差会影响到结构体系内的内力分布；并且，结构的温度变形还影响到施工中构件的架设精度及测量精度。对日照温差影响较大的情况（如夏季施工时），一般要求标高测量在清晨日出前进行。在实际施工中，由于工期限制，某些工序的标高测量需要立即进行。把这样测量的数据用于施工控制分析中时，就必须考虑温度修正量。

对温度的修正采用如下方法：根据测量数据时的温差大小，对模型的温度输入值进行修正，从而获取根据实际情况的理论计算值。由于井田坝大桥为连续刚构体系，温度的变化会引起附加次内力，因而理论计算值须考虑该附加次内力。对理论计算值进行修正后再与实测结果进行比较。 II．力学测量（应力监测）

需要在主梁的控制断面处，埋设应力测试元件，以测定各施工阶段主梁的混凝土应力。可采用混凝土应变计或钢筋计等元件来测定主梁的应力状况。把应力监测的结果与施工监控、监测中其它监测结果相结合，能更全面地判断全桥的内力状态，形成一个较好的预警机制，从而更安全可靠地保障桥梁施工。

井田坝大桥应力监控元件采用国产ZX-215T（如下图4-4所示）埋入式混凝土应变计，该应变计内置智能模块，仪表自动识别型号、编号、温度，此功能能防

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止因测试线头被剪断或测试线编号丢失，导致传感器无法使用的现象，保证工程监控长期顺利的实施。其绝缘性能良好，防水耐用，而且内置温度传感器可直接测量测点温度。

图4-4 埋入式混凝土应变计示意图

考虑到应力监控时间较长，以及成桥后应力检测，采用水工电缆线作为传感器引出线。在应力计安装完成并将数据传输线接长后，所有数据传输线引至桥面，方便监控人员进行测读。在施工过程中应采取措施对传输线进行保护。

埋入式混凝土应变计其技术参数如下：

1．量程：±1500με 2．灵敏度：1με（0.1Hz） 3．精度：≤1%F·S 4．测量标距：157mm

5．使用环境温度：-10℃——﹢70℃ 6．温度测量范围：-20℃——﹢110℃ 7．温度灵敏度：0.1℃ 8．温度精度： ± 0.5℃

埋入式混凝土应变计通过自振频率与张力的关系测出应变、计算得到应力。井田坝大桥应力监控元件固定及数据采集要求具体如下表所示： 节.段 0# 节 段 其 他 节 段 顶板3个 部 位 测点数 测点位置 数据采集时间 方式 仪器固定腹板顶部各1个、轴线1、砼浇注前/后 用轧丝绑在纵1个 各T构6 2、张拉前/后 根部 腹板底部各1个，轴线底板3个 3、合拢前/后 向钢筋上，距上1个 （跨中合拢段张拉过程腹板顶部各1个、轴线缘砼表面中全过程监控） 中跨顶板3个 1个 检测时间： L/4、L/2、10cm。距端头6 3L/4 腹板底部各1个，轴每一工况结束后6～底板3个 8h 边跨L/4 线1个 50cm 由于桥墩已施工完毕，故应力控制断面未选择桥墩控制截面。主梁控制截面为1号梁段截面、1/4跨梁段截面、跨中梁段（距合拢段1-2m处）截面。主梁应力测点布置如图4-5所示。

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顶板 1顶板 2顶板 3上游下游底板 1底板 2底板 3

图4-5 主梁控制截面应力测点布置位置

首先在需要埋设的部位埋入应变计后，每一施工阶段完成后均应进行应力测读，井田坝大桥应力监控主要测试的工况如下：

1号块混凝土浇筑后；

1号块顶板纵向预应力张拉后； 2—12号块安装挂蓝； 2—12号块混凝土浇筑后；

2—12号块顶板纵向预应力张拉后； 边跨合拢段混凝土浇筑； 边跨合拢段纵向预应力张拉后； 边跨底板预应力张拉后；

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中跨合拢段混凝土浇筑； 中跨合拢段纵向预应力张拉后； 中跨底板预应力张拉后； 二期恒载完成后。

每次现场对应变测试后，将测试数据传给后方技术专家组，进行分析修正，从而建立施工控制的应力预警体系，对异常情况及时提出预警报告。 III．线型测量

桥梁的实时线形测量是施工监控、监测的重要工作之一。线型监测包含对主梁高程和主梁轴线偏位两部分内容。

高程监测是指用精密水准仪对主梁各块件控制点的标高进行测量。如果线型测量控制点设置适当（沿梁端横向三点布置），还可以测出主梁块件的扭曲程度。另外，应使用经纬仪对主梁轴线进行测量。主梁的线型监测以线型通测和局部块件标高测量相结合，在主梁块件浇筑、及挂篮移动后等施工阶段进行。

特别是，在浇筑梁段前后和预应力张拉前后对梁段块件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的最重要因素之一。

应当指出，在任何桥梁的施工过程中都会涉及到各类施工测量工作。施工监控、监测所要求和关心的测量内容与这些常规测量既有相同的部分又有特殊的要求。

井田坝大桥首先在每个梁段沿梁端横向三点布置短钢筋作为高程控制测点，位移测点布置在每个梁段顶板混凝土表面，分别在桥轴线的左侧4米、中点、右侧4米三个位置处测量标高。如下图4-6所示：

图4-6 位移测点

每一施工阶段完成后均应进行线型测读，井田坝大桥线型监控主要测试的工况如下：

1号块混凝土浇筑后；1号块顶板纵向预应力张拉后；2—12号块安装挂蓝；2—12号块混凝土浇筑后；2—12号块顶板纵向预应力张拉后，边跨合拢段混凝土浇筑，边跨合拢段纵向预应力张拉后，边跨底板预应力张拉后，中跨合拢段混凝土浇

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筑，中跨合拢段纵向预应力张拉后，中跨底板预应力张拉后，二期恒载完成后。 标高及轴线（挠度、梁体扭转、预拱度、模板标高）测点的布置具体如下表所示：

节段 测点数 测点位置 腹板顶部及翼板变截面附近、翼板中间或翼板端头内15～50cm， 距节段前端10～20cm。 合拢段布置在节段中间 数据采集时间 仪器固定方式 备 注 合拢段前4个节段起，对全桥各节段的标高和线性进行联测，并在这4个节段内进行逐步调整；每3个节段完成后全面检查，其他仅对最近3个节段进行核查 每个 节段 2 两边翼板各1个 1 轴线1 个 1、立模前/后 2、砼浇注前/后 3、预应力张拉前采用φ16/后 钢筋，外露4、边/中跨合龙0.5cm，钢前/后 筋预埋在5、最终成桥前 顶 板混凝6、二期恒载施加土，露头磨前/后 圆涂红漆 检测时间：（稳定温度场）： 每次现场对线型测试后，将测试数据传给后方技术专家组，进行分析修正，分析各阶段的施工误差，及时发布施工立模标高等施工指令。施工立模标高主要考虑三部分，一是全桥的预拱度，二是挂蓝的刚度影响，三是施工误差的调整值。 Ⅳ、其它项目测量

其它项目测量包括基础沉降、温度、梁体裂缝及混凝土弹性模量项目的测量，基础沉降的测量要求见下表所示：

测点位置 承台的3个角设永久检测点 数据采集时间 仪器固定方式 1、每孔3#、6#节段施在承台上安装国家水准点设工前 2、每孔合拢前/后 3、施工进行3个月后 置方法设置 温度（季节温度、日照温度，空气温度、梁体温度，温度骤变，温度分布场）测试选用应力及温度二合一的传感器进行测量。

砼弹性模量按试验规程（T0556-2005）检测法进行，井田坝大桥监控时采用工地实验室的弹性模量数据。每个梁段浇注完毕，拆模后仔细检查梁体是否有裂缝。

3、合拢段温度监控

对大跨度连续刚构桥合拢施工而言，因此在连续刚构桥合拢施工中，必须合理布置应变、温度传感器，加强关键截面的应力、温度测试频率，并通过有效的误差分析，使测试应力结果尽可能地接近于实际情况，从而较准确地把握结构的真实应力状态。

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