连续梁线形监控与方案

1 工程概况

1、鲁南高铁花果峪特大桥DK212+220.5处跨S241省道，道路与线路为斜交，角度约30。，采用一联三孔(60+112+60)m的预应力混凝土双线连续箱梁跨越，梁全长233.5m。S241省道路面宽度为15米，公路交叉里程K13+747。桥型布置如图1-1所示。

601126010#墩11#墩13#墩12#墩

图1-1 （60+112+60）m连续梁桥型布置图

（1）下部结构

本连续梁10#、13#边墩基础采用8-φ1.5m钻孔灌注桩，桩长分别为20.5m、15.0m，11#主墩基础采用12-φ1.8m钻孔灌注桩，桩长为15.0m，12#主墩基础采用12-φ1.8m钻孔灌注桩，桩长为13.0m；10#、13#边墩承台尺寸:12.4×6.5×3m，边墩高度：10#墩10米；13#墩13.5米；11#主墩尺寸：14.0×10.3×4.0m，12#主墩尺寸：14.0×11.3×4.0m，桥墩采用圆端形实体直坡墩，10#、13#边墩高10.0m、13.5m，11#、12#主墩高9.0m、12.0m。

（2）梁部结构

箱梁为单箱单室、变高度、变截面箱梁，梁底、腹板、顶板局部向内侧加厚，均按直线线性变化。全联在端支点，中支点处设横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。中支点处梁高9.017m，边支点处梁高5.017m。边支点中心线至梁端0.75m，梁缝分界线至梁端0.1m，边支座横桥向中心距离6.0m，中支座横桥向中心距离6.0m。桥面防护墙内侧净宽7.6m，桥梁宽12.6m，桥梁建筑总宽12.9m，底板宽7.0m。顶板厚度43.5-73.5cm，腹板厚度50cm～95cm，底板厚度50cm～90cm，腹、底板厚度均按折线变化。在梁体边支点、中支点共设4个横隔板，隔板中部设有孔洞，供检查人员通过。在0#段中跨梁侧底板处设φ1.0m进人洞，作为梁部桥墩检查通道。

梁体分11#、12#墩2个对称T构，单个T构分13个悬臂浇筑段，1（1'）#段到4（4'）#节段长度3.0m，5（5'）#段到9（9'）#节段长度3.5m，10（10'）#节段到13（13'）#节段长度4.0m，14#边跨合龙段、14'#中跨合龙段节段长度均为2.0m；0#段节段长度19.0m，重量1833.51t，15#边跨现浇段节段长3.75m，重量274t。连续梁悬臂段采用挂篮悬臂浇筑施工，0#段现浇段采用托架现浇法施工，15#边跨现浇段采用支架现浇法施工。

..

.

（3）预应力体系

梁体二期恒载按直线108KN/m设计，梁内设置了纵、横、竖三向预应力筋体系。腹板纵向束为16-φ15.2mm预应力钢绞线，采用内径φ90mm镀锌金属波纹管成孔，M15A-16锚具配套三瓣式自锚夹片锚固；顶板纵向束为13-φ15.2mm预应力钢绞线，采用内径φ90mm镀锌金属波纹管成孔，M15A-13锚具配套三瓣式自锚夹片锚固，设计张拉控制应力1302Mpa底板纵向束为15-φ15.2mm预应力钢绞线，采用内径φ90mm镀锌金属波纹管成孔，M15A-15锚具配套三瓣式自锚夹片锚固。合龙段处纵向预应力筋采用增强型镀锌金属波纹管，其余各处采用标注型。镀锌金属波纹管管道摩擦系数取0.26,管道偏差系数取0.003。钢绞线采用抗拉强度标准值fpk=1860 Mpa,弹性模量为Ep=195Gpa，预应力采用先成孔后穿钢绞线法施工。纵向预应力张拉配5台穿心式YDC400型双作用千斤顶（1台备用）, 两端对称张拉真空辅助压浆工艺；梁体在顶板设横向预应力张拉束，采用3-15.2mm钢绞线，扁型波纹管成孔，U1=60mm，U2=22mm，S=3.5mm；采用单端张拉，张拉端采用BM15-3扁型锚具锚固，固定端采用BM15P-3扁型锚具锚固，张拉端与锚固端沿梁长方向布置；采用QYC250型千斤顶单端张拉，张拉端采用BM15-3扁形锚具锚固，固定端采用BM15P-3扁形锚具锚固，张拉端与固定端沿梁长方向交错布置。梁体腹板中的竖向预应力采用外径16mm的预应力砼用钢棒(ф16-2),外径ф18.5mm，壁厚1mm护套成孔，YGD-350-70型穿心式专用千斤顶张拉，PSU16-2锚具锚固。

2、鲁南高铁赵庄特大桥DK200+575处跨S240省道，道路与线路为斜交，角度大约85度，采用一联三孔(40+56+40)m的预应力混凝土双线连续箱梁跨越，梁全长137.5m。S240省道路面宽度为35米，交点里程DK200+575。桥型布置如图1-2所示。

4050

图1-2 （40+56+40）m连续梁桥型布置图

（1）下部结构

本连续梁24#、27#边墩基础采用8-φ1.25m钻孔灌注桩，桩长分别为15.0m、6.0m，25#主墩基础采用8-φ1.5m钻孔灌注桩，桩长为13.0m，26#主墩基础采用8-φ1.5m钻孔灌注桩，桩长为12.0m；24#、27#边墩承台尺寸:10.4×6.8×2.5m， 25#、26#主墩尺寸：12.1×7.4×3.0m，桥墩采用圆端形实体斜坡墩，24#、27#边墩高11.0m、9.5m，25#、26#主墩高9.5m、8.0m。

（2）梁部结构

..

.

箱梁为单箱单室、变高度、变截面箱梁，梁底、腹板、顶板局部向内侧加厚，均按直线线性变化。全联在端支点，中支点处设横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。中支点处梁高4.335m，边支点处梁高3.035m。边支点中心线至梁端0.75m，梁缝分界线至梁端0.1m，边支座横桥向中心距离5.6m，中支座横桥向中心距离5.9m。桥面防护墙内侧净宽7.6m，桥梁宽12.6m，桥梁建筑总宽12.9m，底板宽6.7m。顶板厚度38.5cm，腹板厚度48cm～90cm，底板厚度40cm～900cm，腹、底板厚度均按折线变化。在梁体边支点、中支点共设4个横隔板，隔板中部设有孔洞，供检查人员通过。在0#段中跨梁侧底板处设φ1.0m进人洞，作为梁部桥墩检查通道。

梁体分25#、26#墩2个对称T构，单个T构分6个悬臂浇筑段，1（1'）#段、2（2'）#节段，3（3'）#段长度3.5m，4（4'）#节段、5（5'）#6（6'）#节段长度4.0m，7#边跨合龙段、7'#中跨合龙段节段长度均为2.0m；0#段节段长度9.0m，重量370t，8#边跨现浇段节段长11.75m，重量330t。连续梁悬臂段采用挂篮悬臂浇筑施工，0#段现浇段采用托架托架现浇法施工，8#边跨现浇段采用钢管柱支架现浇法施工。

（3）预应力体系

梁体二期恒载按直线100KN/m～120KN/m设计，梁内设置了纵、横双向预应力筋体系。腹板纵向束为7-φ15.2mm预应力钢绞线，采用内径φ70mm镀锌金属波纹管成孔，M15-7锚具配套三瓣式自锚夹片锚固，设计张拉控制应力1260Mpa；顶板纵向束为14-φ15.2mm预应力钢绞线，采用内径φ90mm镀锌金属波纹管成孔，M15-14锚具配套三瓣式自锚夹片锚固，设计张拉控制应力1260Mpa底板纵向束为12-φ15.2mm、13-φ15.2mm预应力钢绞线，采用内径φ90mm镀锌金属波纹管成孔，M15-12、M15-13锚具配套三瓣式自锚夹片锚固。合龙段处纵向预应力筋采用增强型镀锌金属波纹管，其余各处采用标注型。镀锌金属波纹管管道摩擦系数取0.26,管道偏差系数取0.003。钢绞线采用抗拉强度标准值fpk=1860 Mpa,弹性模量为Ep=195Gpa，预应力采用先成孔后穿钢绞线法施工。纵向预应力张拉配5台穿心式YDC400型双作用千斤顶（1台备用）, 两端对称张拉真空辅助压浆工艺；梁体在中支点处设横向预应力束，中隔板部位M1、M2束采用4-φ15.2mm、5-φ15.2mm预应力钢绞线，19×70mm扁镀锌金属波纹管成孔，中跨侧底板进人洞部位M3、M4束采用5-φ15.2mm预应力钢绞线，19×90mm扁金属波纹管成孔。采用QYC250型千斤顶单端张拉，张拉端采用BM15-4、BM15-5扁形锚具锚固，固定端采用BM15P-4、BM15P-5扁形锚具锚固，张拉端与固定端沿梁长方向交错布置。

3、施工方法

本桥采用挂篮悬臂施工方式。

..

.

悬臂施工法是预应力混凝土连续梁桥、连续刚构的主要施工方法，对于预应力混凝土连续梁桥、连续刚构来说，采用悬臂施工方法虽有许多优点，但是这类桥梁的形成要经过一个复杂的过程，当跨数增多、跨径较大时，为保证合龙前两悬臂端竖向挠度的偏差不超过容许范围和成桥后线形的合理，须对该类桥梁的施工过程进行控制。

2 施工监控的意义和目的

本桥梁体为预应力混凝土连续箱梁，采用悬臂施工。该类桥梁的形成要经过一个复杂的过程，施工工序和施工阶段较多，各阶段相互影响，且这种相互影响又有差异，易造成各阶段的位移随着混凝土浇筑过程变化而偏离设计值的现象，甚至超过设计允许的位移，若不通过有效的施工控制及时发现、及时调整，就可能造成成桥状态的梁体线形与受力不符合设计要求，或引起施工过程中结构的不安全。

在施工过程中，为保证合拢前悬臂端竖向挠度的偏差、主梁轴线的横向位移不超过容许范围、保证合拢后的桥面线形良好，必须对该桥主梁的挠度等施工控制参数做出明确的规定，并在施工中加以有效的管理和控制，以确保该桥在施工过程中的安全，并保证在成桥后主梁线形符合设计要求。

对于分阶段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁桥来说，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，确定出每个悬浇阶段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一阶段立模标高进行调整，以此来保证成桥后的桥面线形、保证合拢段悬臂标高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。

对桥连续梁部分进行施工监控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状态符合设计要求，主要控制内容为：主梁线形。

3 施工监控的原则和方法

本桥的施工监控主要为梁的变形控制，变形控制就是严格控制每一阶段梁的竖向挠度，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，为下一阶段更为精确的施工做好准备工作。

梁部结构采用的悬臂施工方法属于典型的自架设施工方法，对于本桥来讲，由于在施工过程中的已成结构（悬臂阶段）状态是无法事后调整的或可调整的余地很小，所以，针对主梁的结构和施工特点，梁部的施工监控主要采用预测控制法。

预测控制法是指在全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标后，对结构的每一个施工阶段形成前后的状态进行预测，使施工沿着预定状态进行。由

..

.

于预测状态与实际状态间有误差存在，某种误差对施工目标的影响则在后续施工状态的预测中予以考虑，以此循环，直到施工完成并获得和设计相符合的结构状态。

4 施工控制体系

为有效地开展施工监控工作，在本桥的施工监控中需要建立如图2.1所示的施工监控体系。

..

..

.

施工体系 施工现场 设计体系 张拉预应力 设计计算 挂篮前移(下实时测量体系 现场测试体系 阶段钢筋) 物理测量 线形测量 力学测量 砼容重、弹模 温度 主梁线形 材料强度块件重量、尺寸 设计指时间 测量 施工荷载 定参数 偶然荷载 实测值 计现场测试参数 算核对 参数识别、修正 施工控制计算参数 施工控制计算体系 施工控制预测计算 施工控制实时计算 比较 施工控制计算值 分析 修正量计算 下阶段施工资料：立模标高预告及挂篮变形量预测 发布施工控制指令 图2-1 连续梁桥施工监控体系

.

5 施工控制基本理论

在连续梁桥的施工监控中，对梁体线形、应力进行重点控制。在控制过程中，监控方采用自适应控制方法对本桥进行线形控制，采用最小二乘法对结构参数进行调整、估计。

5.1 连续梁桥施工控制的特点

连续梁桥在悬臂施工阶段是静定结构，合龙过程中如不施加额外的压重，成桥后内力状态一般不会偏离设计值很多，因此连续梁桥施工控制的主要目标是控制主梁的线形。若已施工梁段上出现误差，除张拉预备预应力束外，基本没有调整的余地，且这一调整量也是非常有限的，而且对梁体受力不利。因此，一旦出现线形误差，误差将永远存在，对未施工梁段可以通过立模标高调整已施工梁段的残余误差，如果残余误差较大，则调整需经过几个梁段才能完成。

根据上述分析，悬臂浇筑连续梁桥施工中标高控制的特点是，已完成梁段的误差无法调整，而未完成梁段的立模标高只与正装模拟计算有关，与已完成梁段的误差基本无关。因此，在图5-1自适应施工控制原理图中的下半环，即控制量反馈计算，在连续梁施工控制中一般不起作用。同时，上半环，即参数估计及对计算模型的修正就显得尤为重要，只有与实际施工过程相吻合的计算模型计算出的预报标高才是可实现的。

修改理想状态 施工理想状态 + - 参数调节 实测结果 实际结构 控制调整量 有限元计算模型 e 施工结果输出 参数估计算法 计算结果 控制量输入 控制量反馈计算 图5-1 自适应施工控制基本原理

5.2 自适应施工控制系统

对于预应力混凝土连续梁桥，施工中每个阶段的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是有限元计算模型中的计算参数取值，主要是混凝土的弹性模量、材料的容重、徐变系数等，与施工中的实际情况有一定的差距。要得到比较准确的控制调整量，必须根据施工中实测到的结构反应修正计算模型中的这些参数值，以使计算模型在与实际结

..

.

构磨合一段时间后，自动适应结构的物理力学规律。在闭环反馈控制的基础上，再加上一个系统参数辩识过程，整个控制系统就成为自适应控制系统。

当实测到的结构受力状态与模型计算结果不符时，把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际测量到的结果相一致。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，按照上述反馈控制方法对结构进行控制。这样，经过几个工况的反复辨识后，计算模型就基本上与实际结构相一致了，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。

对于采用悬臂浇筑的桥梁，主梁在墩顶附近的相对刚度较大，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，这对于上述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，为跨中变形较大的节段的施工控制创造了良好的条件。

5.3 参数识别

在本桥的施工控制中按照自适应控制思路，采用“最小二乘法”进行参数识别和误差分析，其基本方法是：

当预应力混凝土连续梁悬臂施工到某一阶段时，测得已施工梁段悬臂端m个阶段的挠度为：

S[S(1),S(2),,S(m)]T

设原定理想状态的梁体理论计算挠度为：

[(1),(2),,(m)]T

上述两者有误差量：

Y[Y(1),Y(2),,Y(m)]T

若记待识别的参数误差为：

[(1),(2),,(m)]T

由引起的各阶段挠度误差为：

[(1),(2),,(m)]T



式中：—参数误差到的线性变换矩阵。 残差：

Y＝Y

Y

方差：

VT(Y)T(Y)(Y)T(Y)

..

.

＝YTYYTTYTT

将上式配成完全平方的形式：

V((T)1TY)TT((T)1TY)

+YTYYT(T)1TYYTYYT(T)1TY

当

V0时，即(T)1TY＝0时，上述不等式中的等号成立，此时V达到最小，ˆ(T)1TY 因此的最小二乘估计为：

引入加权矩阵：

1...0 2n0ˆ(T)1TY 有： 在连续梁桥悬臂施工的高程控制中，可以由结构性能计算出，按工程条件定义，由箱梁阶段标高观测得到挠度实测值S，计算Y，最后获得参数误差估计值，根据参数误差对参数进行修正。

6 桥梁施工控制结构分析

6.1 结构分析依据及计算参数的确定

6.1.1 结构分析计算依据

(1)《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）；

(2)《铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）； (3)《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）； (4)《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB10005-2010）； (6) 《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）； (6) 《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010）；

(7)《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）； (8)连续梁桥施工图 (9) 其他相关规范、规程。 6.1.2 结构计算参数的确定

在进行结构设计和施工控制初步分析时，结构设计参数主要按规范取值，由于部分设计参数的取值小于实测值，因此在多数情况下，采用规范设计参数计算的结构内力及位移

..

.

均较实测值大，这对设计是偏于安全的，但对于施工控制来说即是不容忽视的偏差，因为它将直接影响到成桥后结构线形及内力是否符合设计要求，因此应对部分主要设计参数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，从而进一步修正结构线形，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参数由很多个，需测定的参数主要有：

（1） 混凝土弹性模量，前期结构计算按照规范取值，在施工过程中根据试验结果确定，混凝土的弹性模量的测试应采用现场取样的方法分别测定混凝土在3天、7天、28天龄期的弹模值，为主梁预拱度的修正提供数据。

（2） 预应力钢绞线弹性模量，按照现场取样试验结果采用；

（3） 恒载按设计图提供的尺寸，并根据施工现场采集的混凝土容重等参数进行必要的修正，考虑结构自重和临时荷载,并考虑梁面坡度的影响；

（4） 混凝土收缩、徐变系数，按照规范采用，计算按规范考虑结构局部温差效应及考虑混凝土实际加载龄期的收缩、徐变的影响；

（5） 材料热胀系数，按规范取值；

（6） 施工临时荷载，现场进行统计，尽量减少材料等的堆放，本阶段不用的材料堆放在0＃块附近；

（7） 预应力孔道摩阻系数，根据现场摩阻试验确定。

6.2 施工监控结构计算

6.2.1 施工监控结构计算

在施工之前，应对该桥在每一施工阶段的应力状态和线形有预先的了解，故需要对其进行结构计算，该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，还要考虑诸多相关的其它因素。

（1） 施工方案

连续梁桥的恒载内力、挠度与施工方法和架设程序密切相关，施工控制计算前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。在开始施工前，施工单位应给出挂篮的荷载值及刚度值（或变形），监控单位将根据此数据进行计算分析。

（2） 计算图式

梁部结构要经过墩梁固结→悬臂施工→合拢→解除墩梁固结→合拢的过程，在施工过程中结构体系不断的发生变化，故在各个施工阶段应根据符合实际情况的结构体系和荷载状况选择正确的计算图式进行分析计算。

..

.

（3） 结构分析程序

对于连续梁桥的施工控制计算，采用平面结构分析方法可以满足施工控制的需要，结构分析采用BSAS程序进行，并利用MIDAS程序对结果进行校核。

（4） 预应力影响

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

（5） 混凝土收缩、徐变的影响

混凝土的收缩、徐变对结构的测试应力和施工阶段中的梁体挠度有较大影响，必须加以考虑。

（6） 温度

温度对结构的影响是复杂的，在本桥的施工监控中，对季节性温差在计算中予以考虑，对日照温差则在观测和施工中采取一些措施予以消除，以减小其影响。

（7） 施工进度

本桥的施工控制计算需按照实际的施工进度以及确切的合拢时间分别考虑各部分的混凝土徐变变形。

6.2.2 施工控制的计算方法

悬臂施工的连续梁桥梁结构的最终形成需经历一个复杂施工过程以及结构体系转化过程，对施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析，是桥梁结构施工控制中最基本的内容。施工监控的目的就是确保施工过程中结构的安全，保证桥梁成桥线形和受力状态基本符合设计要求。为了达到施工控制的目的，必需对桥梁施工过程中每个阶段的受力状态和变形情况进行预测和监控。因此，必需采用合理的理论分析和计算方法来确定桥梁结构施工过程中每个阶段的结构行为。针对该桥的实际情况，采用正装分析法和倒退分析方法进行施工控制结构分析。

正装分析法是按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变形和受力分析，它能较好的模拟桥梁结构的实际施工历程，能得到桥梁结构各个施工阶段的位移和受力状态，这不仅可用来指导桥梁施工，还能为桥梁施工控制提供依据，同时在正装计算中能较好的考虑一些与桥梁结构形成历程有关的因素，如混凝土的收缩、徐变问题。正装分析不仅可以为成桥结构的受力提供较为精确的结果，还为结构刚度、刚度验算提供依据，而且可以为施工阶段理想状态的确定、完成桥梁结构的施工控制奠定基础。

倒退分析方法假定在成桥时刻tt0时刻结构内力分布满足前进分析t0时刻的结果，轴线满足设计线形要求，按照前进分析的逆过程对结构进行倒拆，分析每次拆除一个施工阶段对剩余结构的影响，在每一个阶段分析得到的结构位移、内力状态便是该阶段结构理想

..

.

的施工状态。结构施工理想状态就是在施工各阶段结构应有的位置和受力状态，每个阶段的施工理想状态都将控制着全桥最终形态和受力特性。施工控制将根据每阶段的实际状态和理想状态的偏差对计算进行调整，分析误差原因，以较为准确的估计下一阶段的梁体挠度。

6.2.3 结构分析的目的

（1） 确定每一阶段的立模标高，以保证成桥线形满足设计要求；

（2） 计算每一阶段的梁体的合理状态及内力，作为对桥梁施工过程中的每个阶段结构的应力和位移测试结果进行误差分析的依据。 6.2.4 连续梁桥施工控制分析

（1）按照施工步骤进行计算，考虑各梁段的自重、施加的预应力、混凝土收缩徐变以及温度的变化等因素对结构的影响，对于混凝土的收缩、徐变等时差实效在各施工阶段中逐步计入；

（2）每一阶段的结构分析必需以前一阶段的计算结果为基础，前一阶段结构位移是本阶段确定结构轴线的基础，以前各施工阶段受力状态是本阶段确定结构轴线的基础，以前各施工阶段结构受力状态是本阶段时差实效的计算基础；

（3）计算出各阶段的位移之后，根据后续施工阶段对本阶段的影响，进行倒退分析即可得到各施工阶段桥梁结构的合理状态和立模标高；

（4）施工监控首先根据施工图纸进行初步的计算，在施工过程中会存在许多难以预料的因素，可能导致施工进度安排等与初始计算不符，若有与施工图不同的地方应根据施工单位实际提供的施工步骤进行重新计算分析，施工单位应在开始施工前提供详细的施工步骤，包括预应力的张拉顺序、每阶段的施工持续时间、混凝土的加载龄期等。

6.3 计算过程

（1） 根据施工图提供的施工步骤对本桥进行前期计算，为与设计结果对比，横隔板重量、结构自重系数、摩阻系数、收缩徐变系数等参数按照设计所取参数计算，在最后阶段即成桥运营阶段考虑收缩徐变3650天后的梁体累计位移，并与设计结果进行对比，以校核计算分析模型的准确性。

（2） 在施工过程中，按照实际的结构参数修正结构计算模型进行跟踪计算，使得结构预测位移与实际发生的位移吻和。

6.4 立模标高的确定

在主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁线形是否平顺、

..

.

是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终桥面线形较为良好。

立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，一般要设置一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形（竖向挠度）。其计算公式如下：

HlmiHsjif1if2if3if4if5ifgl

式中：

Hlmi—i阶段立模标高；

Hsji—i阶段设计标高；

ff1i2i—由本阶段及后续施工阶段梁段自重在i阶段产生的挠度总和； —由张拉本阶段及后续施工阶预应力在i阶段引起的挠度；

f3i—混凝土收缩、徐变在i阶段引起的挠度； f4i—施工临时荷载在i阶段引起的挠度； f5i—取使用荷载在i阶段引起的挠度的50%； fgl—挂篮变形值。

其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验确定的在施工过程中加以考虑，f1i、f2i、

f3i、f4i、f5i在前进分析和倒退分析计算中已经加以考虑。

根据上述计算式和监控分析，可以计算出各梁段的预拱度（相对于设计标高）。

7 线形监测

7.1 线形控制工作程序

为使施工控制的各个步骤程序化，施工控制工作小组根据具体的施工进度安排制定了施工控制工作程序，其中包括两方面的内容。 7.1.1 控制流程

从挂篮的前移定位至预应力钢束张拉完毕是本桥施工的一个周期，每个周期中有关施工控制的步骤如下：

（1） 按照预报的挂篮定位标高定位挂篮，由施工单位测量定位后的挂篮标高，并向控制小组提供挂篮的定位测量结果；

（2） 立模板、绑扎钢筋；

（3） 浇筑混凝土前，测量所有已施工梁段上的高程测点，复测挂篮定位标高，墩顶的水平位移，报施工控制小组；

（4） 施工控制小组分析测量结果，如需调整，给出调整后的标高；

（5） 浇筑完混凝土后第二天测量所有已施工梁段上的测点标高，测量本梁段端部梁

..

.

底和预埋在梁顶的测点标高，建立测点与梁底标高的关系，提供给施工控制小组；

（6） 按《铁路工程检验评定标准》检查断面尺寸，提供给施工控制小组并向施工控制小组提供梁段混凝土超重的情况；

（7） 张拉预应力钢筋后，测量所有已施工梁段上的高程测点，并提供施工控制小组； （8） 施工控制小组分析测量结果，根据上一施工周期梁底标高测量值和应力、温度等测量结果计算、预报下一施工周期的挂篮定位标高。

工作程序的关键是：每个施工循环过程的结束都必须对已完成的节段进行全面的测量，分析实际施工结果与预计目标的误差，从而及时地对已出现的误差进行调整，在达到要求的精度后，才能对下一施工循环作出预报。 7.1.2 误差控制标准

本桥施工控制的最终目标是：使成桥后的线形与设计成桥线形的所有各点的误差均满足《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》规定，成桥线形与设计线形误差在＋1.5cm和-0.5cm之间，合龙前两悬臂端相对高差小于合龙段长的1/100，且不大于15mm。根据这一目标，在每一施工步骤中制订了如下的误差控制水平：

（1） 挂篮定位标高与预报标高之差控制在0.5cm以内；

（2）纵向预应力钢束张拉完后，如梁端测点标高与控制小组预报标高之差超过±0.5cm，需进行研究分析误差原因，确定下一步的调整措施；

（3）如有其它异常情况发生影响到标高，其调整方案也应经分析研究，提出控制意见。

7.2 位移测点布置

挠度观测资料是控制成桥线形最主要的依据，连续梁桥线形监测断面设在每一阶段的端部，如图7-1和图7-3所示。

布置0＃块件的高程测点是为了控制顶板的设计标高，同时也作为以后各悬浇阶段高程观测基准点。每个0＃块的顶板各布置9个高程观测点，见图7-2（a）和7-4（a）。

悬浇阶段每个监测断面上布置两个对称的高程观测点，如图7-2（b、c）和7-4（b、c）所示，不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观测箱梁是否发生扭转变形，标高测点用Φ16圆钢，圆钢筋顶部磨平，露出顶板2～3cm，并用红油漆作为标记。

测点布置原则：① 尽量靠近腹板；② 测点离梁段端部10cm；③ 不妨碍施工及挂篮的行走、固定等；④ 易于保护；⑤ 尽量使测量工作减少，如立一次仪器即可以测试全部测点的高程，最好设置在挂篮内侧，这样也可以减少转仪器引起的误差。

..

.

7.3 观测时间与项目

为尽量减少温度的影响，挠度的观测安排在早晨太阳出来之前进行，每个施工阶段的变形测试时间根据施工阶段的进度来定。在整个施工过程中主要观测内容包括：

（1） 每阶段混凝土浇筑前的高程测量；

（2） 每阶段混凝土浇筑后、预应力张拉前的高程测量； （3） 每阶段预应力张拉后、挂篮行走前的高程测量； （4） 每阶段挂篮行走后的高程测量；

（5）（6）

..

拆除挂篮后、边（中）跨合拢前的高程测量； 最终成桥前的高程测试。 .

图7-1 （60+112+60）m连续梁桥线形监测测点（示意图）

95041019507258639630630

(a) 0号块（单位：cm） (b) 支点断面标高测点 (c) 跨中断面标高测点

图7-2 标高测点布置图

..

图7-3 45045041710630258630639 (a) 0号块单位：cm） (b) ..

.

40+56+40）m连续梁桥线形监测测点（示意图）

支点断面 (c)

图7-4 标高测点布置图

跨中断面标高测点

（

.

7.4 悬臂阶段测量工作内容

从挂篮前行至本梁段预应力张拉完毕为一个施工阶段,在每个施工阶段需完成的工作如下。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3个测点进行测量。施工过程中梁段标高测量的具体操作如下： 7.4.1 挂篮定位

根据监控方提供的立模标高进行挂篮定位,定位底模前端标高及顶板标高。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2mm。

此时需要设置的测点如下，如图7-5及图7-6所示。

（1） 顶板钢筋头测点，距离该梁块前端10cm，在浇筑该块混凝土前埋设即可。 （2） 挂篮底模梁块前端测点，不用设置钢筋头，直接布置在模板上。

（3） 挂篮底模钢筋头测点，尽量靠近该梁块底模前端，钢筋头长度10cm左右。 注：由于在浇筑混凝土后需要对底模前端标高进行测量，为消除其他因素影响，在定位时，在底模上尽量靠近本梁块底模前端左右两侧各设置钢筋头一个，在定位时需要测量测点2（底模前端模板）与测点3（底模前端钢筋头）的标高差，在浇筑混凝土后及张拉预应力后可仅对测点3（底模前端钢筋头）进行测量，利用标高差换算测点2（底模前端模板）的标高。

1 顶板钢筋头测点前施工段本施工段3 挂篮底模钢筋头测点挂篮底模2 挂篮底模梁块前端测点

图7-5 每阶段测点布置侧立面图

..

.

图7-6 每阶段测点布置正立面图

挂篮定位时需测量的内容如下：

（1） 测点2（底模前端模板）的标高，使其满足监控方标高预报文件中的底板立模标高；

（2） 顶板立模标高，为底板立模标高＋梁高； （3） 所有已施工梁段顶板钢筋头测点标高；

（4） 测点3（底模前端钢筋头测点）标高，并计算出每侧底模前端钢筋头测点（测点3）与测点2（底模前端模板）的标高差。 7.4.2 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2mm。调整合格后，对前面2个已浇筑梁段的梁顶测点进行测量。 7.4.3 浇筑混凝土时

浇筑混凝土时需完成的测量工作如下：

（1） 浇筑前检查挂篮定位标高，确保标高无误后再开始浇筑混凝土；

（2） 混凝土浇筑即将完成后，按照标高预告表提供的混凝土浇筑即将完成时的顶板顶面（不考虑排水坡的标高）进行重新定位顶板顶面标高，排水坡尺寸不变，在标高预告表给出的顶板顶面（不考虑排水坡的标高）基础上重新定位排水坡。 7.4.4 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3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。 7.4.5 混凝土养护期间

..

.

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3个测点进行测量。混凝土养护期间需测量内容如下：

（1） 所有已施工梁段顶板钢筋头测点（测点1）标高；

（2） 底模前端钢筋头测点标高（测点3），目的是测量（底模前端模板）测点2标高，需要提供测点2的标高；

（3） 顶板顶面（不考虑排水坡，最低点）混凝土表面标高，如图7-7所示。

图7-7 顶板顶面混凝土表面测点

7.4.6 预应力张拉后

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3个测点进行测量。 预应力张拉后需测量内容如下：

（1） 所有已施工梁段顶板钢筋头测点（测点1）标高；

（2） 底模前端钢筋头测点标高（测点3），目的是测量（底模前端模板）测点2标高，需要提供测点2的标高； 7.4.7 合拢阶段主要测量内容如下

① 合拢前合拢段两侧的标高差；

② 加配重后顶板钢筋头测点（测点1）标高； ③ 合拢后顶板钢筋头测点（测点1）标高； ④ 张拉后顶板钢筋头测点（测点1）标高；

合拢阶段梁上荷载发生变化时，需要测量顶板钢筋头测点（测点1）标高。 7.4.8 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。 7.4.9 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。

..

.

7.5 测量仪器

高程测试用TC1800全站仪（测量精度0.1mm）或精密水准仪来进行测试。

8 误差分析与识别

在每一施工阶段，对监测得到的位移与理论值进行误差分析，并分析产生误差的原因，根据本阶段结果对下一阶段的误差进行预测、调整以及报告施工状态等。

9 施工控制实施流程

施工控制按照施工→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顺利推进。由于实际上不论是理论分析得到的理想状态还是实际施工都存在误差，所以，对本桥进行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。

对于本桥，由于在梁段浇筑完成后，除张拉预备预应力索外，基本没有调整的余地，而只能针对已有误差在下一未浇筑梁段的立模标高上做出调整，所以，要保证本桥控制目标的实现，最根本的就是对立模标高做出尽可能准确的预测，依靠预测控制。

鉴于本桥已完成阶段的不可控性以及施工中对线形误差的纠正措施的有限性，控制误差的发生就显得极为重要，所以施工中采用自适应控制法对其进行控制。基本思路为当结构的实测状态与模型计算结果不符时，通常将误差输入到参数辨别算法中去调整计算模型的参数，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识别后，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。

连续梁桥自适应施工控制流程图如图9-1所示。

..

.

前期结构计算分析 预告变位和立模标高 主梁标高、悬臂端挠度、有效预应力、温度、弹性模量、收缩徐变系数 施工 测量 主梁标高误差 预应力张拉误差 弹性模量误差 温度影响 徐变影响 计算图式误差 误差分析 修改计算参数 结构计算

图9-1 （40+56+40）m连续梁桥自适应施工控制方法流程图

10 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。

根据连续梁桥施工图，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。中跨合拢段混凝土浇筑后，张拉中跨预应力束，解除主墩顶临时固结，使悬臂T构变为简支结构；边跨合拢后，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。

..

.

附录：标高测量表格

（1） 底板高程测量表

连续梁桥高程测量记录表 ＃墩 ＃块 挂篮定位后测点高程 位置点号 左 2点 左侧 #块 3点 2点 右侧 #块 3点 填表人： 日期： 审核人： 日期:

中 右 左 中 右 左 中 右 混凝土浇筑后测点高程 预应力张拉后测点高程 （2） 顶板高程测量表

连续梁桥顶板测点标高记录表 ＃墩 ＃块 挂篮定位 梁段号 左 侧 #块 侧 #块 侧 #块 侧 #块 侧 #块 侧 #块 侧 #块 侧 #块 侧 #块 侧 #块 侧 #块 侧 #块 侧 #块 侧 #块 中 右 左 中 右 左 中 右 混凝土浇筑后 预应力张拉后 侧 #块 填表人： 日期： 审核人： 日期：

..

.

新建鲁南高速铁路临沂至曲阜段工程LQTJ-2标段

预应力混凝土双线连续梁（悬臂施工）

线形施工监控技术方案

中铁二十一局集团有限公司勘察设计院

2017年3月

..

.

..