赣江公路大桥上部构造施工监控方案(2)

1赣江公路大桥上部构造施工监控方案一、施工监控的意义及工作组织体系赣江公路大桥悬索桥上部构造施工复杂，施工监控的目的就是通过现场监测和监控计算手段，在大桥施工猫道、主缆、吊索、钢箱梁等结构的各施工过程中，对塔顶位移、施工猫道线型、主缆线型、钢箱梁线型、锚跨索股张力、吊索拉力、拉杆拉力及应变状态等进行有效地监测、分析、计算和预测。为施工提供施工监控信息（如塔顶位移、施工猫道线型、主缆线型、钢箱梁线型、索鞍预偏值、顶推量等），做好与设计、监理、业主、第三方监控单位之间的协调与配合工作，以保证整个结构在施工过程中的安全并最终达到设计成桥状态。施工监控组织体系见下图：施工控制组织体系指示汇报意见通报协调协调意见协调控制反馈控制指令监督执行控制指令控制反馈监控监测单位设计单位领导小组建设单位监理单位施工单位单位2二、施工监测控制网布设与上构施工前期准备1.施工监测控制网布设为了满足赣江公路大桥悬索上部构造施工测量和施工监控的需要，对原大桥施工测量控制网进行复测和加密。根据大桥施工范围实际地形条件，控制点选定以方便施工放样及施工监控为原则，主桥控制点有（GPS06、GPS05、J3、XJ3、XJ4、J5、XJ5）。控制网等级：平面控制网采用三级GPS精度施测，高程控制网采用四等水准测量精度施测并转换成四等三角高程网。控制网图如下：监测点的布设：塔柱与承台沉降观测点利用高程复测加密成果所布设的点位；塔柱变形观测点在塔顶封顶时，于各塔柱外测便于观测由不受后期施工干扰的地方预埋一个弯角棱镜杆，在塔顶封顶砼浇筑完毕并达到设计强度后，进行塔柱变形初始值的观测。2.施工监测人员及测量仪器配置根据测量监控精度需要，本项目预配置GPS一套、全站仪二台（拓普康及尼康各一套，达到或超过测角精度：±1”；测距精度：±3（2mm+2ppm））、接触式温度计15台、其它器具若干，在仪器装备上以满足监控需要。主要测量仪器配置如下：赣江公路大桥主要测量仪器配置表名称生产厂家型号标称精度检定日期状态全站仪尼康DTM352C1”/±（2mm+2ppm）2009.04合格全站仪拓普康GTS7221”/±（2mm+2ppm）2009.05合格水准仪徕卡WILDNA21mm2009.04合格水准仪索佳C32Ⅱ1mm2008.11合格电子水准仪天宝DiNi0.01mm2008.11合格3.主索鞍钢格栅和散索鞍底座测量定位上部构造施工前期测量工作主要有东、西塔主索鞍及其钢格栅和东、西锚碇散索鞍及其底座测量放样任务以及上述构件吊装中的施工监控，由于该项工作测量精度要求高，为了实现上述构件机械加工精度与土木实施精度的结合，务必做细外业的测量工作，其中严格控制各放样点间相对位置误差以达到机械加工精度要求。放样的方法是平面位置采用极坐标法放样出各构件及其预埋件各角点位置，然后利用标定过的钢尺丈量法来修正各角点的相对距离；高程利用悬挂钢尺法确定各构件的绝对标高，利用精密水准仪，采用四等水准测量精度要求来保证构件顶面的平整度及倾斜度要求。同时精确放样出东、西塔主索鞍的预偏位置和东、西锚碇散索鞍预倾角的位置。在东、西塔主索鞍的吊装过程中，要进行吊装门架的变形监控，特别是东、西塔主索鞍及其钢格栅的吊装，加强塔柱变形的观测。其4中吊装门架的挠度采用水准测量的方法进行，而吊装门架偏位与塔顶变形采用极坐标法。4.前期的几项变形监控原始数据采集工作1）索塔顶部标高和平面位置受温度影响的24小时~36小时的静态变形监测赣江公路大桥悬索桥的索塔高达69.803m，其塔顶标高和平面位置受温度影响的静态变形及其变形的规律，对大型悬索桥上部构造施工中的索塔偏位监测、跨径变化监测、主鞍座预偏量的控制、基准索股和主缆的垂度控制以及索夹的放样等，有着至关重要的影响，因此应在上部构造施工前进行此项监测。①
塔顶部标高位置受温度影响的24小时~36小时的静态变形监测标高位置的静态变形监测的基准点，布设在索塔承台基础的顶面，而监测点则布设在索塔顶部表面，在下横梁顶面布设一个转点，采用悬挂钢尺水准测量的方法进行观测。施测时，需准备2把50m钢卷尺和三台水准仪，所有钢卷尺和水准仪，必须经过有关计量部门的检测和较正，在承台和下横梁之间，悬挂一把50m的钢卷尺，在下横梁和上横梁之间，悬挂一把50m的钢卷尺，所悬挂的钢卷尺，必须施加标准的拉力（50N)；而三台水准仪则分别布设在承台、下横梁、上横梁上，对已悬挂好的钢卷尺同步进行观测，观测的同时测量空气温度、钢卷尺和索塔阴、阳面的表面温度，以便对钢卷尺施加温度改正。此项监测应连续观测24小时~36小时，每一小时观测一次。②索塔顶部平面位置受温度影响的24小时~36小时的静态变形监测索塔顶部的静态变形主要是由于日照方向的变化而引起的，如上午，阳光直射索塔的东面，此时东面砼的温度比西面的高，形成温差，由于热胀冷缩的作用，索塔向西扭转变形；到下午，则情况相反。而日照方向的变化和温差的大小，与时间有关系，因此扭转变形观测的内容，包括观测的时间、空气温度、索塔阴阳面砼表面的温度和萦塔5在顺横桥向方向的位移量，而且必须连续观测24小时~36小时，从而获取索塔在这一高度时，扭转变形量随时间和温度变化的数学模型，最后根据这一数学模型，推求任一时间的扭转变形量，以掌握其变形的规律。③索塔扭转变形监测的方法欲测量索塔顶部的扭转变形，常把监测点布设在索塔顶部的外侧表面，南北侧各布设一个监测点，而基准点则可采用局部控制网点，注意选择基准点的位置，使监测点和基准点间能构成良好的交会图形。在当前的交会定位测量手段中，测边交会相对测角交会而言，不但精度高，而且速度快，外业观测工作量少，易于被测量技术人员所采用。因此赣江公路大桥索塔的扭转变形，也将采用测边前方交会法监测。施测时两台全站仪同时架设在基准点A和B上，同时对监测点J1和J2进行水平距离测量，测量时记录气温、气压和索塔阴阳面的砼表面温度以及观测时刻，并对实测距离进行气象改正，由改正后的水平距离和基准点A、B的坐标，计算监测点当前的坐标。这样，不同时刻监测点的坐标变化量即为这一时段内索塔的扭转变形量。每隔60分观测一次，持续观测24~36小时，观测时索塔应为裸塔和处于停工状态，以减小外界条件对监测精度的影响。④索塔扭转变形监测的精度当采用测边标称精度为±（2mm+2ppm）的全站仪或测距仪进行边长前方交会时，可按以下方法分析监测点位移量监测的精度。假设距离前方交会的边长不大于500m(控制点至主塔距离最长为530m），交会角为P=（90±30）度时，交会点的点位精度可按下式估算：则位移量的中误差为（假设不同周期的扭转变形监测为同精度观测）：取两倍的中误差为允许极限误差，即ΔP=2*4.61=±9.22mm，说明按mmSinPSinmmmSSp26.3)3090())5.02(2(2)(222221mmmmpp61.426上述方法施测的监测点位移误差为±9.22mm，亦说明当索塔的扭转变形量大于±9.22mm时，上述监测方法有足够的精度和可靠性把它监测出来，这是最不利的情况下的精度估算，实际监测时精度应该在4~5mm之间。⑤索塔扭转变形监测的数据处理首先根据气象改正后的实测交会边长，计算监测点的本次观测坐标（Xi，Yi），并与首次观测坐标（X。，Y。）以及上一次观测坐标（Xi-1，Yi-1）进行比较，计算累计位移量（ΣΔXi，ΣΔYi）和相对位移量（ΔXi.i-1，ΔYi.i-1），全部观测结束后，根据实测的ΣΔXi和ΣΔYi与相对应时刻ti和温度Ti，进行二元线性回归分析，可建立扭转变形预测模型（ΣΔXi，ΣΔYi）=f（ti，Ti）及其预测的精度。根据测量监控测量数据，索塔顶部24小时静态变形监测表如下：项目温度变化值（℃）高程变化（mm）高程1℃0.28平面X(路线前进向)1℃0.592Y(路线前进向)1℃0.0562）大气折光系数取值的试验工作由于在整个施工监控中，三角高程测量是主要监测方法，如猫道承重索线形和索股线形控制等，均需采用该方法。赣江公路大桥控制点位相对处于高势及跨径较小（为408m），高程测量方法主要采用三角高程中间法，可以有效降低大气折光对三角高程测量的影响，但为提高测量精度，保证工程质量，须提前进行大气折光系数取值的试验工作。根据测量监控测量数据，大气折光系数如下表：时间大气折光系数0:30-0.425571:01-0.58052:00-0.53623:00-0.61924:00-0.56395:00-0.5632均值-0.5480三、主缆各施工阶段线型监控1.悬索桥猫道垂度控制与调整作为悬索桥上部构造施工平台，首先得铺设好猫道，只有控制好了猫道的线型，后续工作才能得到保证良好。作为猫道面承重的猫道承重索在架设的过程中，须调整到设计垂度，猫道承重索的调整应满足如下要求：沿全长的几何线型符合设计线型，自由悬挂时为悬链线型。猫道承重索的调整工作按边跨、中跨、边跨的顺序进行，在调整过程中，要求经常测量塔顶偏位、跨径、中跨和边跨的垂度及温度，计算中跨中点和边跨中点的垂度偏差，作为猫道承重索垂度调整的依据。猫道承重索垂度的测量应在气温变化小，大气对流稳定的时间进行，并以尽可能高的精度和可靠性来测量中跨和边跨的垂度。在猫道面层及横向通道的架设以及后续工作实施过程中，需不断监测猫道承重索的垂度，为整个猫道的垂度调整提供基础资料。猫道承重索垂度和猫道线型控制测量采用双测站无棱镜拨角三角高程测量方法。测量方法示意图如下：8锚道承重索北塔南塔ZSSZEZNNZJ13ZJ12南边跨跨中点北边跨跨中点中跨跨中点猫道控制网图欲测量猫道承重索各跨跨中点Zi（X、Y、Z）的标高，预设测站于平面控制点GPS06上，后视J5，反算测点至Zi点的设计方位角，然后拨角到设计方位角位置，实测各跨中点的竖直角，按如下公式计算猫道承重索的垂度：HZi=Z06＋Sitgαi＋[（1-K）/（2R）]Si2+Ii其中：Si为各测点至各置站点的设计平距；αi为各跨跨中点实测竖直角值；Z06为GPS06的高程；K为大气折光系数；9R为地球半径；Ii为仪器高度；HZi为各测点标高。按四等三角高程测量进行测量，其主要技术要求如下：等级仪器测回数指标差较差（”）垂直角较差（”）对向观测高差较差（mm）符合或环形闭合差（mm三丝法中丝法四等DJ2-3≤7≤740√∑D20√∑D注：垂直角观测，每照准一次，读数两次，两次读数较差不应大于3”。测量任务的分划为：GPS06负责中跨和西边跨侧猫道承重索的垂度测量，J5负责中跨猫道承重索的垂度测量，XJ5负责东边跨猫道承重索的垂度测量；XJ3、XJ4、负责中、边跨（复核作用）承重索的垂度测量，为避免由于塔柱变形的影响，并保证猫道承重索的整体线形均在同一平面内，进行剩余部分猫道承重索垂度调整时，须先进行已架设部分的垂度测量，当已架设部分的实测垂度误差在规范允许范围内（≤±3cm）时，以架设部分实测的垂度平均值作为剩余部分的控制基准，进行剩余部分的猫道承重索的线形控制。当猫道面层架设完成后，即可采用置棱镜的单向三角高程测量法10进行猫道线形的整体调整，确保猫道线形与主缆空载线形一致，在后续的工作实施过程中，需不断进行猫道的线形监测，监测频率定为：1次/1月。猫道承重索垂度测量记录表格见《附表》2.悬索桥主缆垂度控制与调整悬索桥主缆架设过程中，首先要安装基准索股并将基准索股调整到设计垂度。调整好的基准索股应满足：沿全长的几何线型符合设计线型，自由悬挂时为悬链线型。基准索股的调整工作按中跨、锚跨的顺序进行，在基准索股的调整过程中，要求经常测量塔柱变形及中跨和边跨的垂度，计算中跨中点和边跨中点的垂度偏差，作为基准索股垂度调整的依据。因为基准索股是调整主缆一般索股垂度的基准，它与主缆线型的架设精度有直接关系，因此，基准索股垂度的测量应在气温变化小、大气对流稳定的夜间（一般在晚上11点~早晨5点，风速小于12米/秒）进行，并以尽可能高的精度和可靠性来测量中跨和边跨的垂度，并对基准索股垂度稳定性坚持3~7天的观测，以确保主缆