桥梁施工控制技术

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1、 桥梁施工控制技术 桥梁建设与施工技术桥梁建设与施工技术 建设一座桥梁通常要经过规划、工程可行性研究、勘测设计和施工等阶段。施工是具体体现桥梁设计思想和意图的一个过程，其最终目的是建设一个既满足交通需要，又能作为一种空间艺术品（结构）存在于社会之中的工程实体。施工技术无论是在设计阶段还是在施工阶段都起着非常重要的作用。桥梁建设与施工技术桥梁建设与施工技术 桥梁设计者的设计意图能否真正得以实现往往还取决于施工技术。施工技术的发展为实现桥梁设计意图提供了灵活多样的手段，为增大桥梁跨越能力、新型桥梁结构体系的开发、新型材料的应用、成桥状态（受力与线形）的改善、工程质量的提高、建设工期的缩短和工程造价

2、的降低等提供了充分的条件和技术保障。桥梁施工回顾桥梁施工回顾 19世纪中期以前，桥梁一般采用有支架施工。有支架施工是在桥跨位置架设支架，在支架上拼装主梁或浇筑混凝土主梁，整个施工过程中，主梁处于无应力状态。对桥梁的主梁来说，有支架施工是最简单、最可靠的施工方法。但随着科学技术的发展，桥梁跨度不断增大，尤其对跨越大江、大河和深谷的桥梁，若仍然采用有支架的施工方法，将变得非常困难，甚至是不可能的。桥梁施工回顾桥梁施工回顾 19世纪中期，美国等国家在连续桁梁建设和使用过程中，由于温度变化、墩台沉陷等的影响，尤其是多次超静定结构，在当时设计手段落后的情况下，深感设计理论的复杂。后来在连续中采用了铰构造

3、，把连续桁梁转化为静定的悬臂桁梁，从此，悬臂桁梁获得广泛的采用。悬臂桁梁的出现不仅解决了当时设计上的困难，在施工中，采用悬臂法架设桁梁，其施工阶段的应力状态与营运阶段的应力状态一致，给悬臂施工即无支架施工方法提供了有力的依据，使无支架施工方法得以广泛采用。桥梁施工回顾桥梁施工回顾 悬索桥以它固有的特点，使它在19世纪及20世纪中期成为大跨度桥梁采用的唯一桥型。悬索桥的修建，使得最典型、最完善的无支架施工法得以广泛采用与发展。它给了桥梁界缆索吊机施工方法以很大的启发，以致长达100多年以来，缆索吊机始终为一个完善、可靠的主要吊装工具，并成功地应用于梁桥、拱桥的无支架施工中。桥梁施工回顾桥梁施工回

4、顾 在拱桥无支架施工中，常采用多拱段吊装，为了能够临时固定未合拢的各拱段，法国工程师首先采用扣索临时扣挂各拱段的方法，使无支架吊装拱桥的施工方法更加完善，一直沿用至今。桥梁施工回顾桥梁施工回顾 20世纪70年代，随着预应力混凝土工艺的完善，桥梁预应力混凝土工艺更加成熟。德国工程师率先采用悬臂浇筑混凝土法修建预应力混凝土连续梁桥，为至今仍然采用的悬臂浇筑混凝土连续梁、连续刚构、拱桥、斜拉桥等无支架（自架设）施工方法奠定了基础。桥梁施工技术与施工控制桥梁施工技术与施工控制 桥梁施工技术包含施工设计计算、施工方法、手段与工艺、施工控制等。以往，在桥梁施工技术中并未突出施工控制的内容，甚至没有提到“施

5、工控制”。原因是由于过去所建桥梁一般跨径不大，规模较小，影响因素少等，因为施工控制不力而产生的不良后果也就不明显，从而使人们忽视了它的重要性。桥梁施工技术与施工控制桥梁施工技术与施工控制 事实上，任何桥梁施工，特别是大跨径桥梁的施工，都是一个系统工程。在该系统中，设计图纸是目标，而自开工到竣工整个为实现设计目标而必须经历的过程中，将受到许许多多确定和不确定因素（误差）的影响，包括设计计算、桥用材料性能、施工精度、荷载，大气温度等诸多方面在理想状态与实际状态之间存在的差异，施工中如何从各种受误差影响而失真的参数中找出相对真实之值，对施工状态进行实时识别（监测），调整（纠偏）、预测对设计目标的实现

6、是至关重要的。桥梁施工技术与施工控制桥梁施工技术与施工控制 桥梁施工控制是桥梁施工技术的重要组成部分 桥梁施工控制是确保桥梁施工宏观质量的关键 桥梁施工控制又是桥梁建设的安全保证 桥梁施工技术与施工控制桥梁施工技术与施工控制 桥梁施工控制是桥梁施工技术的重要组成部分 桥梁施工控制是确保桥梁施工宏观质量的关键 桥梁施工控制又是桥梁建设的安全保证 桥梁施工技术与施工控制桥梁施工技术与施工控制 桥梁施工控制是桥梁施工技术的重要组成部分 桥梁施工控制是确保桥梁施工宏观质量的关键 桥梁施工控制又是桥梁建设的安全保证 桥梁施工方法与设计的关系 静定结构、一次形成结构：一种设计可以有多种施工方法，设计与施工

7、可分离，例如：简支梁桥梁：设计按照成桥状态进行，施工预制吊装、支架现浇等 一般拱桥：设计按照成桥状态进行，施工支加现浇、缆索吊装等 桥梁施工方法与设计的关系超静定结构、分次形成结构：一种设计对应一种施工方法，设计与施工必须不可分离，主要体现在结构恒载内力需根据施工过程进行计算，例如：桥梁施工方法与设计的关系 组合式简支梁桥：一期恒载效应应采用应力叠加，而不是内力叠加桥梁施工方法与设计的关系 悬臂施工连续桥、连续刚构桥、分次形成的箱拱桥、桁架拱桥等：一期恒载效应必须根据施工顺序（包括体系转换）进行计算桥梁施工方法与设计的关系 桥梁施工方法与设计的关系 桥梁施工方法与设计的关系桥梁施工方法与设计的

8、关系桥梁施工方法与设计的关系 桥梁施工与施工设计的关系 桥梁施工控制桥梁施工控制任务与工作内容任务与工作内容 桥梁施工控制的任务就是对桥梁施工过程实施控制，确保桥梁在施工过程中结构的内力和变形始终处于结构容许的安全范围内，确保桥梁施工过程安全和成桥状态（包括成桥线形与成桥结构内力状态）符合设计要求。桥梁施工控制桥梁施工控制任务与工作内容任务与工作内容 施工控制工作内容因桥型及施工方法而异，总体上包括：变形（位移）控制 应力（内力）控制 稳定控制 安全控制桥梁施工控制与施工质量控制桥梁施工控制与施工质量控制 桥梁施工质量控制是对施工全过程，各工序进行检查、监督和管理、制止影响工程质量的行为和各种

9、不利因素的存在，使所完成的工程符合设计图纸、技术规范要求和验收标准。通过企业自控、社会监理实现。桥梁施工控制是对桥梁施工过程结构的受力、变形及稳定进行监控，使施工中的结构状态处于最优状态，保证施工过程安全和成桥状态（包括内力和线形状态）符合设计、规范要求。由施工控制单位（小组）来完成。桥梁施工控制与施工质量控制桥梁施工控制与施工质量控制 桥梁施工控制与桥梁施工质量控制目标是一致的，都是保证桥梁建设质量的手段。桥梁施工质量控制重在“微观控制”，而桥梁施工控制重在“宏观调控”，是桥梁施工质量控制的补充与前提。以悬臂施工钢筋混凝土梁段为例，质量控制重在钢筋（钢铰线）自身质量控制、钢筋制安精度控制、模

10、板安装精度控制、混凝土原材料及混凝土拌制质量控制、混凝土浇注、养护质量控制、预应力张拉控制、管道灌浆质量控制等；而施工控制则是根据已成梁体状态，在考虑各种影响因素后为后续施工梁段提供立模标高、在梁段施工中监测结构内力情况和变形情况，为施工能否继续进行或下一梁段立模标高发出指示。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 简支梁（板）桥 简支梁（板）桥主要有支架现浇和预制安装两种方法。支架现浇要特别注意支架的强度、刚度和稳定性（包括局部和整体稳定）要满足要求，支架地基可靠，浇注顺序合理，预应力张拉控制有效等技术问题。预制安装关键是控制好预制精度、预应力体系的建立、预拱度的设置，避免梁体

11、在预制时由于张拉不当引起的开裂，对架桥机等安装设备的强度，刚度和稳定予以监控。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 等截面连续梁（板）桥 逐孔现浇要特别注意支架或模架的强度，刚度与稳定、不断进行的体系转换下结构受力与变形。先简支后连续施工与简支梁预制安装施工相似，但桥面系施工往往在已成的连续体系上进行，需注意梁体的受力变化。顶推法施工控制的关键包括：梁体预制精度（特别是梁体底面平整度），顶推同步、临时支墩（如果有）的变形、梁体在顶推过程中的内力、挠度变化等。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 预应力混凝土变截面连续梁桥 支架现浇施工中支架的安全、变形等是必须引

12、起重视的问题。1 悬臂施工（悬臂拼装与悬臂浇筑）属于自架设方式施工，已成结构的状态（包括受力，变形）具有不可调整性，施工成败的关键在于临时锚固的可靠性，施工过程中的应力监测、变形预测与标高调整以及体系转换的实施。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 预应力混凝土连续刚构桥 连续刚构桥墩为柔性，主梁相对较纤细，悬臂施工过程中桥墩、主梁的受力安全及稳定性都需特别注意。连续刚构桥悬臂施工节段多、工期较长，其纵面高程受多种因素影响，容易出现较大的悬臂标高误差，甚至出现两相对悬臂端标高相对误差太大，使合拢困难的情况。若为保证线形而采取措施强迫合拢，必将在结构中产生不利的附加内力，影响结构

13、受力安全，所以，必须对其标高进行严格控制，确保成桥线形与内力状态符合要求。混凝土连续刚构桥易开裂、下挠，混凝土施工工艺与预应力体系建立需特别注意。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 钢梁桥 钢梁桥架设方法很多，主要有整孔吊装法，支架拼装法、缆索吊拼装法、转体法、顶推法、拖拉法和悬臂拼装法。拖拉法与悬臂拼装法使用较多。首先要控制好钢梁的稳定性；其次是悬拼过程中各杆件应力及局部稳定虽在设计中已有考虑，但由于各种误差影响，施工中很有可能出现杆件应力过高的情况，故需用予监控；三是悬拼时梁的挠度同样需要监测、调控，使其挠度在控制范围

14、内，保证合拢顺利和梁体线形符合要求；四是悬拼过程中的梁体振动也应注意；五是做好合拢控制。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 石拱桥 采用拱架施工石拱中拱架的安全是必须引起重视的。据统计，拱桥的垮塌事故大多发生在施工中，所以，对石拱桥，特别是大跨径石拱桥施工过程中拱架的受力，变形及稳定必须进行监控。另外，在大跨径拱桥施工中，其拱圈一般系分环、分段逐渐形成的，所以，拱圈内的应力也是逐渐形成的，施工中必须对拱圈应力，特别是先期形成的拱环应力进行全程监控，避免结构在施工过程中出现过大的应力。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 普通混凝土拱桥 外置式拱架和埋置式拱架施

15、工过程中拱架以及分环分层分段浇注中先期形成的拱环（段）的受力、变形是在不断变化的，为保证施工过程中拱架与拱圈的安全和拱轴线型对称，必须对施工中拱架与拱圈受力、变形、稳定进行监控。对采用劲性骨架浇筑施工时，往往其桥梁跨径特大（如420米的重庆万县长江大桥），要在不太强大的骨架上经过很多工序和较长时间外包混凝土形成拱圈，其施工中的安全更为重要，实施施工控制就显得格外重要。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 普通钢管混凝土拱桥 采用缆索吊装法架设钢管拱，然后再灌注管内混凝土，相当于在较柔的钢管拱架上施加非常大的荷载，该施加可以是一次性的，也可以是分步进行的，不论是哪种方式，施工中钢

16、管（或已先期形成的部分管内混凝土）的受力、变形以及稳定系数都是在不断变化的，必须加以监测、调控、以保证施工安全。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 系杆拱桥 系杆拱桥属于无外部推力体系，拱圈所产生的推力由系杆承担，而系杆所受拉力是随着拱圈和桥道梁的形成而逐渐形成的，所以，其施工工艺较为复杂。对钢筋混凝土系杆拱桥，最简便的施工方法是支架法。当采用钢筋混凝土吊杆和系杆时，通常在拱肋混凝土强度达到要求后，先在桥跨上加临时荷载，使吊杆和系杆中的钢筋内产生额外的拉力后再浇注混凝土，最后在卸去临时荷载后使吊杆、系杆内产生一定预应力，避免混凝土裂缝。当采用预应力系杆时，则需特别控制好预应力

17、施加的时间、大小、使之与拱圈的形成协调，保证拱肋或系杆受力、变形符合要求。必要时也可采用预制拼装，以加快施工进行。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 普通钢管混凝土拱桥 采用缆索吊装法架设钢管拱，然后再灌注管内混凝土，相当于在较柔的钢管拱架上施加非常大的荷载，该施加可以是一次性的，也可以是分步进行的，不论是哪种方式，施工中钢管（或已先期形成的部分管内混凝土）的受力、变形以及稳定系数都是在不断变化的，必须加以监测、调控、以保证施工安全。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 整体型上承式拱桥施工 包括桁架拱桥、刚架桥。对普通中小跨径桁架拱桥可采用支架安装、无支架吊

18、装、转体和悬臂安装等，对于大跨径桁式组合拱桥，通常采用悬臂安装施工。在无支架吊装中，要特别注意桁架拱片在施工过程中的稳定性，在悬臂施工中则要作好施工过程中各杆件的受力情况观测和节段安装标高控制。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 斜拉桥 结构较复杂，超静定次数高，塔柱空间位置、斜拉索位置、锚头相对尺寸等务必要精确，否则将引起结构内力的变化；同时，为确保桥梁施工过程中结构安全和成桥线形平顺，施工中必须进行跟踪监控，监控对象主要是主梁标高、斜拉索索力和塔柱变位，考虑混凝土收缩、徐变，温度变化等引起的标高变化；严格控制合拢时间和进行必要的技术处理，保证合拢段工程质量和成桥状态内力符

19、合要求。桥梁主要施工方法与控制内容桥梁主要施工方法与控制内容 悬索桥 重点在于：主索无应力长度确定；索鞍预偏量确定；基准索股线形（空间位置）确定等。影响桥梁施工控制的因素影响桥梁施工控制的因素 结构参数 1.结构构件截面尺寸。2.结构材料弹性模量。3.材料容重。4.材料热膨胀系数。5.施工荷 载。6.预加应力或索力等。施工工艺 施工监测 结构分析计算模型温度变化材料收缩、徐变施工管理。桥梁施工控制方法桥梁施工控制方法 随着桥梁结构形式、施工特点及具体控制内容的不同，其施工控制方法也不相同。总的来讲，桥梁施工控制可分为事后控制法、预测控制法、自适应控制法、最大宽容度法等。混凝土混凝土梁桥梁桥悬臂

20、施工悬臂施工控制控制 背景：预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥形成要经过一个复杂的过程，当跨数增多，跨径增大时，保证合拢前两悬臂端标高偏差、主梁纵、横向位置偏差不超过容许范围；保证合拢后的桥面线形符合设计要求；避免施工中主梁截面出现过大的应力；保证成桥内力状态符合设计要求等至关重要，办法就是对施工过程实施控制。混凝土混凝土梁桥梁桥悬臂施工悬臂施工控制控制 控制目的：对于分节段悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁桥、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

21、此来保证成桥后桥面线形、合拢段两悬臂端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。混凝土混凝土梁桥梁桥悬臂施工悬臂施工控制控制 控制的内容：变形控制和内力控制。变形控制就是严格控制每一节段箱梁的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作好准备工作。关于控制方法，针对不同情况亦必然有所差异。内力控制则是控制主梁在施工过程中以及成桥后的应力，尤其是合拢时间的控制，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。混凝土混凝土梁桥梁桥悬臂施工悬臂施工控制控制 控制方案：悬臂施工属于典型的自架设施工方法。由于连续梁

22、桥、连续刚构桥在施工过程中的已成结构（悬臂节段）状态是无法事后调整的，所以，施工控制主要采用预测控制法。连续梁桥、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。混凝土混凝土梁桥梁桥悬臂施工悬臂施工控制控制施工控制结构分析考虑的因素1施工方案：2计算图式：连续梁桥一般要经过墩梁固接悬臂施工合拢解除墩梁固 接合拢的过程；连续刚构桥也需经过悬臂施工和数次合拢。3结构分析程度：4非线性影响：5预加应力影响：6混凝土收缩、徐变的影响：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

23、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拢时间分别 考虑各部分的混凝土徐变变形。混凝土混凝土梁桥梁桥悬臂施工悬臂施工控制控制 前进分析 为了计算出桥梁结构在成桥后的受力状态，只有根据实际结构的配筋情况和既定施工方案逐个阶段地进行计算，最终才能得到成桥结构的受力状态和变形情况。这种计算方法的特点是：随着施工阶段的推进，结构形式、边界约束、荷载形式在不断地改变，前期结构将发生徐变，其几何位置也在改变，因此，前一阶段的结构状态将是本次施工阶段结构分析的基础。我们将这种按施工阶段前后次序进行的结构分析方法称为前进分析法。前进分析法能够较好地模

24、拟桥梁结构的实际施工历程。混凝土混凝土梁桥梁桥悬臂施工悬臂施工控制控制 倒退分析 假定时刻结构内力分布满足前进分析时刻的结果，线形满足设计轴线。在此初始状态下，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节段对剩余结构的影响。在一个阶段内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。所谓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。混凝土混凝土梁桥梁桥悬臂施工悬臂施工控制控制立模标高的确定 i节段立模标高=i节段设计标高+由各梁段自重在i节段产生的挠度总和+由张拉各节段预应力在i节段产生的挠度总和+混

25、凝土收缩、徐变在i节段引起的挠度+施工临时荷载在i节段引起的挠度+使用荷载在i节段引起的挠度+挂篮变形值。混凝土混凝土梁桥梁桥悬臂施工悬臂施工控制控制 施工控制监测：几何监测主梁标高（纵向线形）监测、主梁平面位置、桥面横坡、箱形截面形状等。应力监测混凝土纵向应力、主拉应力 预应力监测 温度监测梁桥梁桥悬臂施工悬臂施工控制控制 施工状态理论分析、实测结果的准确性保证：理论分析结果计算模型（工况）正确、参数取值准确。实测结果测点位置准确、测量精度足够、温度修正准确。混凝土混凝土梁桥梁桥悬臂施工悬臂施工控制控制 施工误差分析、预测、调整：理论值与实测值比较，差值在容许范围时，按原方案施工，超过容许范

26、围时，做误差分析、预测，对原方案进行调整，给出下一节段的施工状态指令。桥梁施工控制组织管理桥梁施工控制组织管理 两个小组：施工监控领导小组由业主或BT业主或监理工程师主持，施工、设计、监理、控制等单位参加，主要解决重大技术（方案）问题，协调解决施工控制中的有关问题；施工监控实施小组由施工控制单位主持，施工、设计、监理、业主、BT业主等单位参加，具体负责现场施工控制的实施。参建各方关系参建各方关系 施工控制施工监理BT乙方-施工质量监督BT乙方-设计BT甲方-城投BT乙方-城建集团意见通报通报协调意见意见协调通报协调协调通报意见控制、指令控制反馈、意见控制反馈控制指令监督执行监督监督监督意见施工控制测量桥梁施工控制组织管理桥梁施工控制组织管理容易出现的问题及预防措施容易出现的问题及预防措施 混凝土连续梁桥、连续刚构桥服役中存在的普遍问题：开裂 下挠