连续刚构桥监控方案

沪通长江大桥工程陆域铁路南引桥（60+100+60）m连续刚构桥
施工监控方案
山东广信工程试验检测集团有限公司二0一五年六月
目录
1．工程概况 (1)
2.施工监控的依据 (2)
3．施工监控概述 (3)
3.1 施工监控的目的 (3)
3.2 施工监控的意义 (3)
3.3 施工监控一般原则 (4)
3.4 施工监控控制方法 (5)
4．施工监控主要内容 (8)
5．施工监控实施细则 (9)
5.1 施工仿真计算 (9)
5.2 施工监控有关的基础资料试验数据的收集 (11)
5.3 施工监控测量参数 (11)
5.4 施工监控测试工况 (18)
6．施工控制的精度、原则与总体要求 (19)
6.1控制精度和原则 (19)
6.2实施中的总体要求 (20)
7．施工监控数据管理程序 (21)
附录：施工控制表格样本 (22)
1．工程概况
沪通铁路是我国铁路网沿海通道中的重要组成部分，是鲁东、苏北与苏南、上海、浙东地区间最便捷的铁路运输通道，也是长三角地区快速轨道交通网的重要组成部分。

线路北起江苏省南通市平东站，经过南通西站，在通沙汽渡处越过长江，向南经过张家港、常熟、太仓站后接入京沪铁路安亭站，全长137km。

沪通长江大桥为沪通铁路的控制性工程，位于江阴长江大桥下游45km、苏通长江大桥上游40km，与通苏嘉城际铁路、锡通高速公路共通道建设。

项目地理位置如图1.1所示。

图1.1 沪通长江大桥地理位置
沪通长江大桥全长11.072km，大桥北岸为南通市，南岸为张家港。

其中，陆域铁路南引桥（60+100+60）m连续刚构为跨越沿江公路的三跨连续刚构梁桥。

具体桥型布置示意如图1.2所示。

此连续刚构桥采用直腹板单箱单室箱型截面，梁体下缘按圆曲线变化。

箱梁跨中梁高4m，支点梁高8m。

主梁顶宽12.2m，顶板厚0.3m；底宽6.2m，底板厚0.5m～0.9m；腹板厚分为0.5m～1.0m。

全联梁共设7道横隔板，边支点横隔板厚1.5m，中支点横隔板厚2×1.3m，中跨跨中横隔板厚0.8m。

主梁0号块梁段长14m，中跨合龙段长2m，边跨现浇直线
段梁长3.9m，1～4#块长3m，5～8#块长3.5m，9～13#块长4m。

0号块采用托架施工，中跨挂篮悬臂浇筑施工梁段为12个，边跨挂篮悬臂浇筑施工梁段为14个节块，直线段施工依靠挂篮及边墩搭设平台施工。

主桥箱梁采用纵向预应力体系。

其主要横断面形式如图1.3所示。

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图1.2（60+100+60）m连续刚构桥型示意图
图1.3（60+100+60）m连续刚构桥主要横断面示意图
2.施工监控的依据
1. 《高速铁路设计规范（试行）》 TB 10621-2009；
2. 《铁路桥涵设计基本规范》 TB 10002.1-2005；
3. 《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB 10002.3-2005；
4. 《高速铁路桥涵工程施工技术指南》铁建设[2010]241号文；
5. 《铁路混凝土工程施工技术指南》铁建设[2010]241号文；
6. 《铁路预应力混凝土连续梁（刚构）悬臂浇筑施工技术指南》 TZ 324-2010；
7. 《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》 TB 10752-2010；
8. 《铁路混凝土工程施工质量验收标准》 TB 10424-2010；
8. “新建上海至南通铁路（南通至安亭段）沪通长江大桥工程施工图”
中铁大桥勘测设计院集团有限公司， 2014年5月
3．施工监控概述
3.1 施工监控的目的
对大型桥梁而言，理想的几何线形与合理的内力状态不仅与设计有关，而且还依赖于
科学合理的施工方法。

如何通过对施工过程的控制，在建成时得到预先设计的内力状态和
几何线形，是桥梁施工中非常关键和困难的问题。

施工监控的目的就是通过在施工过程中
对桥梁结构进行实时监测，根据监测结果，评估各主要施工阶段主要构件的变形及应力变
化状态是否符合设计要求，判断施工过程是否安全，结构是否正常工作；而当出现较大误
差时，应对结构进行误差调整，并对设计的施工过程进行重新安排，从而保证桥梁建成时
最大可能地接近理想设计状态，同时也确保施工期间的结构安全、施工质量和施工工期。

（58+2×90+58）m连续刚构为典型的预应力混凝土连续刚构桥，这种桥型大都采用墩梁固结的结构形式，特点主要表现为墩、梁、基础三者固结为一个整体共同参与受力。

连续刚构桥作为大跨度的超静定结构，所采用的施工方法、材料性能、立模标高等都直接影响成桥的线形与受力，且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，并通过计算，对悬臂浇筑主梁的立模标高和内部应力给以监测与控制，以满足设计的要求。

对于分节段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续刚构桥来说，施工控制就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段计算，确定出每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整，以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两悬臂端高程的相对偏差不大于规定值以及结构内力状态符合设计要求。

施工控制的目的就是确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁成桥桥面线形及受力状态符合设计要求。

3.2 施工监控的意义
施工监控就是对桥梁施工过程中的结构受力、变形及稳定进行监测控制，使施工中结
构处于最优状态。

施工监控是施工质量控制体系的重要组成部分，是保证桥梁建设质量的
重要手段，施工监控的意义主要体现在以下几个方面：
1)设计图纸的要求是大桥的成桥目标，在为实现设计目标而必须经历的施工过程中，通过施工监控，可对施工状态进行实时识别（监测）、调整（纠偏）、预测，使施工
处于有效的控制之中，确保设计目标安全、顺利实现是至关重要的。

2)通过对桥梁施工过程中的结构受力、变形及稳定进行监测控制，使施工中的结构
处于最优状态。

3)监控单位配合监理，辅助业主，指导施工，解决桥梁施工质量控制过程中的关键
技术问题。

4)通过施工监控，可取得在成桥后无法得到的桥梁部分“参数”，建立桥梁资料档案，为后期桥梁的管理与养护提供依据。

5)通过施工监控，可以得到仅靠荷载试验无法取得的桥梁恒载应力，为科学地评价
桥梁结构的状态提供更全面的资料。

通过严格管理，加强保护，使施工监控中埋设的大量应力传感器存活下来，在桥梁通车运营后，可以通过定期测量这些应力计的应力情况，与成桥时进行比较，可以分析评估桥梁的现状。

3.3 施工监控一般原则
桥梁施工控制是要对成桥目标进行有效控制，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差对成桥目标的影响，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。

预应力混凝土连续刚构桥的施工控制计算除了必须满足与实际施工方法相符合的基本要求外，还需考虑诸多相关的其他因素。

（1）施工方案
由于连续刚构桥的恒载内力与施工方法和架设程序密切相关，施工控制计算前应首先对施工方法和架设程序做一番较为深入的研究，并对主梁架设期间的施工荷载给出一个较为精确的数值。

对于本桥而言，采用对称悬臂浇筑方法施工。

(2)计算图示
连续刚构桥需经过悬臂施工和数次合龙，在施工过程中结构体系不断地发生变化，因此在各个施工阶段应根据符合实际状况的结构体系和荷载状况选择正确的计算图示进行分析、计算。

(3)结构分析程度
采用平面结构分析方法基本可以满足总体线形、内力控制需要，但对于构造复杂、箱形梁悬臂长度较大的桥梁，还需辅以必要的空间或者局部分析。

(4)非线性影响
非线性对中小跨径连续刚构桥的影响可以忽略不计，但对于大跨径则有必要考虑非线性
的影响。

(5)预加应力影响
预加应力直接影响结构的受力与变形，施工控制中应在设计要求的基础上，充分考虑预应力的实际施加程度。

(6)混凝土收缩、徐变的影响
整个监测控制过程中必须计入混凝土收缩、徐变对结构变形的影响。

(7)温度
温度对结构的影响是复杂的，通常的做法是对季节性温差在计算中予以考虑，对日照温差则在观测中采取一些措施予以消除减小其影响。

(8)施工进度
施工控制计算需按实际的施工进度以及确切的预计合龙时间分别考虑各部分的混凝土
徐变变形。

3.4 施工监控控制方法
连续刚构桥是施工→量测→识别→修正→预告→施工的循环过程，其实质就是使施工按照预定的理想状态（主要是施工高程）顺利推进，而实际上不论是理想分析得到的理想状态，还是实际施工都存在误差，所以施工控制的核心任务就是对各种误差进行分析、识别、调整，对结构未来状态做出预测。

连续刚构桥在梁段浇筑完成后出现的误差除张拉设备预应力索外，基本没有调整的余地，而只能针对已有误差在下一未浇梁段的立模高程上做出必要的调整。

所以，要保证控制目标的实现，最根本的就是对立模高程做出尽可能准确的预测，即主要依靠预测控制。

无论施工过程如何，总是以最终桥梁成型状态作为目标状态，以此来控制各施工块件的预抛高值（立模高程）。

鉴于连续刚构桥已完成节段的不可调整的特点以及施工中对线形误差的纠正措施有限，控制误差的发生就显得极为重要，所以，采用自适应控制法对其进行控制是必要且有效的。

自适应控制法的基本思路是当结构的实测状态与模型计算结果不符时，通过将误差输入到参数识别算法中去调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实测结果一致，得到修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态。

经过几个阶段的反复辨识后，计算模型就基本与实际结构一致，从而对施工过程进行有效控制。

连续刚构桥施工工艺流程如图3.1所示。

连续刚构桥施工控制流程如图3.2所示。

图3.1 连续刚构桥施工工艺流程图
图3.2 连续刚构桥施工控制流程图
流程说明：
（1）施工单位应在进行0#号块施工前一周将施工图纸、施工进度计划、挂篮参数（重量和偏心距）提供给监控方，以便进行结构建模和计算。

（2）立模标高（监控指令）：在施工方提供施工进度计划后提供0号块立模标高，其余梁段在预应力张拉后及时提供下一梁段立模标高。

（3）预埋测点件：在0号块、1/4截面所在梁段、合拢段浇注前一天通知监控方，预埋传感器。

（4）施工：施工单位在施工过程中应对预埋传感器进行保护。

（5）测量：见施工监控实施细则。

（6）误差分析：进行理论变形与实测变形的比较，分析误差产生的原因，提出相应的措施。

采用误差分析理论（卡尔曼滤波、神经网络、最小二乘法、灰色理论等方法）进行误差理论与分析。

（7）根据误差理论结果，对参数进行敏感性分析，提出合理的修改参数计算参数，保证施工的顺利进行。

（8）修改计算模型，重新进行结构分析，给出下一段的立模标高。

4．施工监控主要内容
大跨度预应力混凝土连续刚构桥的施工监控主要包括两个方面的内容：变形监测控制和应力应变监测控制。

变形控制就是严格控制每一节段箱形梁竖向挠度及其横向偏移，若有偏差并且偏差较大时，就必须立即进行误差分析并确定调整方法，为下一节段的施工更为精确做好准备工作。

应力应变的控制则是控制主梁在施工过程中以及成桥后的应力，尤其是合龙时间的控制，使其不致因内力过大而偏于不安全，甚至在施工过程中造成破坏。

连续刚构桥施工控制主要体现在施工控制模拟结构分析、施工监测（包括结构变形与应力监测等）、施工误差分析以及后续施工状态预测几个方面。

具体包括以下几个方面。

①施工过程控制模拟分析：
按照设计要求、施工工序安排以及设计所提供的基本参数，对施工过程进行符合性分析，复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态，得到各施工状态以及成桥状态下的结构受力和变形等控制性数据，包括：各施工工况以及成桥状态下状态变量的理论数据（主梁高程、桥墩墩顶位移、墩台沉降以及控制截面应力应变）；监控数据理论值（主梁各节段立模标高）。

②监控所需基础资料、试验数据收集：
基础资料、数据包括：混凝土3d、7d、14d、28d、90d的弹性模量试验以及按规定要求的强度试验，钢筋混凝土重度，悬臂浇筑节段混凝土方量以及实际断面尺寸；钢绞线的实际弹性模量和截面面积；气候资料：晴雨、气温等；实际工期与未来进度安排；挂篮支点反力及其他施工荷载在桥上的布置位置与数值，挂篮荷载试验资料；钢绞线管道摩阻损失的测定等。

③施工监控工况划分：
桥墩施工每20m为一个工况。

主梁每梁段施工为一工况，为了改善施工过程中的挂篮和混凝土主梁的受力，每阶段分成4个工况，每梁段施工工况又分为4步：挂篮前移并定位立模、主梁混凝土浇筑一半、浇筑全部混凝土和预应力张拉。

④施工过程中结构变位、应力、温度观测:
主要包括：主梁挠度、平面位置观测；桥墩沉降测量；截面钢筋应力或混凝土应变测试；温度场观测；温度对结构变形和受力影响的测量；裂缝观测。

⑤实时将实测值和理论值进行比较，出现影响结构安全的情况及时预警。

⑥误差分析与识别：
根据实测及理论分析结果，对出现的施工误差进行分析与识别，特别注意：挂篮高度对高程的影响；梁段自重误差对结构的影响；梁和墩的刚度误差对结构的影响；混凝土收缩、徐变对结构的影响；混凝土弹性模量对结构的影响；施工荷载变动对结构的影响；温度场对结构的影响；预应力误差对结构的影响。

⑦误差预测
根据既有施工情况，对后续施工误差进行预测，以便做出施工状态调整的决定。

⑧预告主梁下一节段施工立模标高。

在误差分析、预测与调整基础上，给出主梁下一节段施工立模标高指令。

⑨出现较大施工误差时进行的重大设计修改，如设计参数作重大修改、合龙施工方案做重大调整。

5．施工监控实施细则
5.1 施工仿真计算
复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态,即对施工过程进行实时仿真计算。

为较好地模拟桥梁结构的实际施工历程，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，对施工过程运用前进分析法进行正装计算，得到各施工状态以及成桥状态下的结构受力和变形等控制数据。

主要步骤为：
1、确定结构初始状态。

主要包括：中跨、边跨的大小、桥面线形、桥墩的高度、横截面信息、材料信息、约束信息、预应力索信息、混凝土徐变信息、施工临时荷载信息、二期恒载信息、体系转换信息等。

2、基础、桥墩和0号块浇筑完成。

计算已浇筑部分在自重和外加荷载作用下的变形和内力。

3、在每一个桥墩上对称地依次悬臂浇筑各个块件，直到悬臂浇筑完成，挂篮拆除。

计算每一次悬臂浇筑时结构的变形和内力。

每一阶段计算均按照上一阶段结束时结构变形后的几何形状为基础。

4、进行边跨合龙、中跨合龙，计算这几个主要阶段结构的内力和变形。

5、桥面铺装。

计算二期恒载作用下结构的内力与变形。

具体分析程序系统如图5.1。

图5.1 施工仿真分析程序流程图
5.2 施工监控有关的基础资料试验数据的收集
1、混凝土龄期为3、7、14、28、90天的弹性模量试验以及按规定要求的强度试验。

如施工现场改变水泥品种批号或砂石集料及配合比时须做一套试验。

2、气候资料：晴雨、气温等。

3、实际工期与未来安排。

4、挂篮支点反力及其他施工荷载在桥上布置位置与数值。

以上数据由相关单位提供。

5.3 施工监控测量参数
1.施工挂篮静力荷载试验方案（施工、监理单位协助）
采用液压千斤顶加载法，荷载按最大悬臂段相应混凝土重量加上模板、工作平台重量的1.2倍分三级进行加载试验，测试各部件的受力状态及吊点的挠度。

具体静力载荷试验方案见本桥施工方案内容。

2.混凝土弹模、容重的测定和强度的确定（施工、监理单位协助）
（1）混凝土弹性模量的测试
在浇筑梁体0#段、6#段以及12#段的施工现场制作三个30cm×30cm×150cm的试件进行现场测试。

例如，某桥混凝土龄期为3天、7天、14天、28与混凝土的弹性模量Eh的变化，如图5.3示。

（2）混凝土容重的测试
为反映桥梁结构的混凝土实际情况，采用（1）中混凝土的弹性模量试件，进行称重测试。

（3）混凝土强度试验
在浇筑梁体0#段施工现场各制作3组试块，跟随构件露天养生，在工地试验室测试（具体试验应根据施工现场情况而定）。

3.桥墩施工监测
（1）高桥墩承台沉降不均观测
主墩承台的四个角位置，各布设一个永久性沉降观测点，测点位置先在承台便于观测的可靠位置处；另外在桥墩顶部桥面中心线、左右腹板各设一个测点，测点位置选在墩顶、底便于观测的可靠位置处。

墩顶、底观测点应测出相对坐标，以便于监测墩身压缩量。

选择附近的高程控制点作为工作基点（点位应坚固），由高程控制网定期复测。

观测方法视现场条件采用几何水准或三角高程测量。

几何水准按二等水准标准做往返闭合观测，并采取相应措施：设置固定的置仪点和立尺点，使往返测和复测在同一路线上；使用固定的仪器、标尺；仪器至标尺距离不超过40m，每站前后视距差不大于0.3m，累积视距差不超过1m。

采用高精度水准仪测量其空间位置的变化，据以判断其沉降不均的程度。

（2）墩身关键截面应力
墩选取承台以上1.5米和0#段以下2.5米的墩身截面埋设钢弦应变计进行应力监控（可用外挂应变计带温度补偿的）。

（3）标高、墩顶位移测试（施工单位配合）
墩选取承台以上1米断面、0#段以下2米断面，并按墩高不同，均匀选择1～3个断面埋设长期观测点采用全站仪进行监测，提供预设测点的空间坐标。

观测时间尽量做到同一时间，以保持测试条件的一致。

温度变化明显时，观测的数据应考虑温度变位的影响。

该项测试数据的采集由施工单位在监控单位的指导下进行，数据的最终分析由监控单位完成。

（4）测试断面及测点布置
主桥桥墩变形控制，在桥墩施工过程中，按预测分析结果，进行关键截面应力、墩身垂直度、变位及其温度场进行控制，对桩基沉降、墩身压缩变形值要精确测控，同时结合结构分析、计算以确定实际（强迫）位移值，以便最终确定0#块件立模标高。

桥墩应变测点布置如图5.3示，每个墩对墩顶、墩底两个控制截面，每个截面安装4个振弦应变计，合计24个。

为应变观测点
注：
图5.3 桥墩应变测点布置图
4.主桥箱梁线形监控
（1）线形监控观测点的埋设
如图5.4所示，在每号块箱梁节点断面顶板前端（距两端5cm）布设对称的7个测控点，其中1、5两个测点位于梁段顶板前缘两侧（据边界5cm），2、4两个测点分别位于测试断面内据边界160cm位置处，中间点3测点兼作平面线形监控测点，底板6、7测点布置于距腹板边界50cm处；节点断面测控点布置在距节点10cm的断面内。

测控点采用钢质测量桩，桩顶面高出混凝土面10mm，在浇筑混凝土时焊接好，观测点的埋设应保证本身的稳定性，同时不妨碍挂篮的前移。

块段前端底板与腹板相交处各设一点（底板设点目的是方便浇筑混凝土前测量）。

为线形观测点
注：
图5.4 线形监控观测点布置图
（2）线形监控的周期与测量方法
连续箱梁挂篮悬臂浇注每一个箱梁块可分为挂篮前移并定位立模、主梁混凝土浇筑一半、浇筑全部混凝土和预应力张拉四个阶段，在每一个阶段均需对施工箱梁上的监控点进行观测。

观测方法采用精密几何水准测量法。

首先利用距离较近的高等级水准点与两墩上的0号点组成附和水准路线进行观测，目的是使两墩上的0号基准点保持统一的高程系统且具有较高的精度；然后再利用各自墩上的0号点与各块观测点组成闭和水准路线进行观测。

日常进行的测量是各块观测点挠度观测，考虑0号点在各自墩上受桥重力影响，因此每隔一段时间（两周）应进行一次0号基准点的复测，并对0号点高程进行修正。

在实际测量中，每天即使是同一工况，受外界日照影响，箱梁顶面和箱体内部存在温差，致使箱梁呈现下挠（白天外界温度高，箱体内部低）或上挠（晚上外界温度降的快，箱体内部散热慢，温度高）。

为避免这种影响，选择合适的观测时间段尤为必要，因此各种工况观测前应进行一次24小时挠度跟踪测量，以便寻找在某一温度下，挠度变形最小。

根据施工测量经验，每天凌晨3：00—7：00左右梁体温差最小，挠度变形最小，基本处于稳定阶段，因此固定这段观测时间，温度的影响也就降到最小。

挂篮前移并定位立模测量，由于挂篮自身重量和悬臂长度作用，使箱梁出现下挠，考虑下挠的徐变形和施工方便，一般应在挂篮前移3小时后进行测量。

节段主梁混凝土浇筑一半后，悬臂箱梁受重力影响出现下挠变形，相对来说与理论值相差不大。

节段主梁混凝土全部浇注后，悬臂箱梁受重力影响呈下挠变形，除墩身附近实测值与理论值相差较大一些外，远离墩身处吻合较好。

预应力张拉后，对0号块产生向下压力，而对梁端则呈现上挠现象。

考虑箱梁受力后上挠的徐变性，应在预应力张拉3小时后再进行测量。

5.主桥箱梁应力测量
（1）监测内容及目的
箱梁控制截面应力监测包括箱梁控制截面混凝土正应力、主应力检测两个方面的内容。

通过对箱梁控制截面混凝土正应力的监测，可以观察施工过程中的箱梁截面混凝土正应力是否在设计要求范围内；观察预应力钢束张拉、锚固、恒载、结构体系转换等荷载作用下的箱梁混凝土正应力变化情况等。

对箱梁混凝土主应力监测，可以了解桥梁合拢建成后主应力是否在设计要求的范围内。

（2）检测方案
①控制截面正应力
Ⅰ、悬臂根部截面正应力监测
本桥在悬臂施工阶段，主梁最不利截面为悬臂根部截面，支点截面、中跨跨中、1/4跨，边跨最不利截面，选取其进行正应力监测。

悬臂根部现场埋设监测的应力、应变元件，全桥共10个观测截面埋设内埋式钢弦应变计68个。

根据需要，在开始的2个悬灌施工段施工中与每个施工段悬灌后和预应力张拉后个进行一次观测，从3、3＇施工段起，在各施工段完成、挂篮前移到位后进行一次观测，即时提供检测数据。

Ⅱ、主桥合拢桥梁应力状态实际变化监测
在合拢后，除悬臂根部截面外，跨中合拢截面也是最不利截面，此时主梁根部截面和跨中截面均为监测控制断面。

因此合拢前后结构由施工双悬臂体系经3次体系转换为连续梁体系，其应力状态变化复杂。

且随着混凝土收缩、徐变的完成及内应力的调整，全桥的应力、线形均有一定程度的变化；通过施工监测掌握这种变化是了解成桥应力、线形情况的需要。

最后一次测量是在成桥试验前。

此时大致是在全桥合拢后3个月，施工控制目标高程达到时。

②箱梁混凝土主应力。