重慶朝天門長(zhǎng)江大橋的施工監(jiān)測(cè)與控制

1、重慶朝天門長(zhǎng)江大橋的施工監(jiān)測(cè)與控制張輝1,周仁忠2,李宗哲3(1.南陽理工學(xué)院土木工程系,河南南陽473004;2.中交二航局技術(shù)中心,長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢430071;3.中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北武漢430071摘要:文中對(duì)重慶朝天門長(zhǎng)江大橋施工控制監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行了詳細(xì)的分析和總結(jié),監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括對(duì)臨時(shí)墩、主桁、扣塔的應(yīng)力監(jiān)測(cè);扣塔扣索和臨時(shí)系桿索的索力監(jiān)測(cè);主桁偏差、主拱合龍和剛性系桿合龍的線形監(jiān)測(cè)。施工控制監(jiān)測(cè)及成果分析在保證大橋建設(shè)安全中起到了重要作用,也為以后同類橋梁施工與控制技術(shù)提供借鑒參考。關(guān)鍵詞:朝天門長(zhǎng)江大橋;鋼桁架系桿拱橋;施工控制;

2、監(jiān)測(cè)中圖分類號(hào):U445.46文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1003-3688(201004-0001-07Construction Monitoring and Controlling forChaotianmen Yangtze River Bridge in ChongqingZHANG Hui 1,ZHOU Ren-zhong 2,LI Zong-zhe 3(1.Nanyang Institute of Technology ,Department of Civil Engineering ,Nanyang ,Henan 473004,China ;2.Technology Center o

3、f The Second Harbor Engineering Co.,Ltd.,Key Lab of Large-span BridgeConstruction Technology ,Ministry of Communication ,Wuhan 430071,China ;3.CCCC Wuhan Harbor Engineering Design and Research Institute Co.,Ltd.,Wuhan 430071,China Abstract :In this paper,the construction controlling and monitoring r

4、esults of Chaotianmen Yangtze River Bridge were analyzed in detail and summarized,which include stress monitoring of temporary piers,main trusses and cable towers;monitoring for cable tension force of bulke towers and temporary tie-beams;linear monitoring for the line shape of main trusses,main arch

5、es and rigid tie-beams when closing.The construction controlling and monitoring results played an important role in guaranteeing bridge construction safety,it will also provide references for the construction monitoring and controlling of similar bridges in future.Key words :Chaotianmen Yangtze Rive

6、r Bridge;Steel truss arch bridge;construction control;monitoring 中國港灣建設(shè)China Harbour Engineering2010年8月第4期總第168期Aug .,2010Total 168,No.4收稿日期:2010-03-15作者簡(jiǎn)介:張輝(1972,男,講師,碩士,從事數(shù)理研究、檢測(cè)與分析工作。2施工工藝流程主橋鋼桁梁施工先架設(shè)邊跨再架設(shè)主跨。在邊跨架設(shè)中設(shè)3個(gè)臨時(shí)輔助墩,包括北岸LN1、LN2和LN3,南岸1工程概況重慶朝天門長(zhǎng)江大橋主橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為:190+552+190m 的三跨連續(xù)中承式鋼系桿拱橋,為世界上

7、第一大跨度的鋼桁架系桿拱橋,見圖1。雙層橋面,上層布置雙向六車道和兩側(cè)人行道,橋面總寬36m ,下層中間布置雙線城市軌道交通,兩側(cè)各預(yù)留1個(gè)7m 寬的汽車車行道。圖1主橋上部結(jié)構(gòu)立面示意圖2×140005×16000140008×12000128000南岸14000142000140005×160002×140005×1600040650中國港灣建設(shè)2010年第4期3施工監(jiān)測(cè)1施工監(jiān)測(cè)目的:重慶朝天門長(zhǎng)江大橋主橋施工難點(diǎn)多,包括扣塔系統(tǒng)安裝及扣索索力控制、邊跨鋼梁整體調(diào)整、臨時(shí)墩脫空、鋼梁大懸臂安裝防傾覆及應(yīng)力安全控制、臨時(shí)系桿安裝和

8、臨時(shí)系桿索力控制、主拱無應(yīng)力合龍、主桁軸線偏差控制等。為保證大橋施工過程的安全性與穩(wěn)定性,確保大橋順利安全建成及成橋后線形和內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,必須對(duì)大橋施工期間關(guān)鍵部位的應(yīng)力、線形、索力、溫度進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)。2施工監(jiān)測(cè)內(nèi)容:根據(jù)施工特點(diǎn)和監(jiān)控方案,針對(duì)主橋結(jié)構(gòu)位移、索力、應(yīng)力、溫度4大類參量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。表1為大橋監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。LS1、LS2和LS3。其中1號(hào)、2號(hào)節(jié)段用1000t ·m 塔吊架設(shè),其余用2100t ·m 爬行架梁吊機(jī)懸臂吊裝架設(shè)。邊跨鋼梁架至LN3臨時(shí)墩時(shí)脫空LN1臨時(shí)墩,架至14號(hào)節(jié)間菱形到主墩開始受力時(shí)脫空LN2臨時(shí)墩。中跨架設(shè)時(shí)采用先拱后梁的順序。鋼桁梁

9、架至18號(hào)節(jié)間時(shí)整體調(diào)整鋼梁,使中支座位置和中支點(diǎn)位置精確對(duì)位,同時(shí)開始安裝扣塔。架至21號(hào)節(jié)間,脫空LN3臨時(shí)墩。鋼梁架至26號(hào)節(jié)段時(shí),掛1號(hào)扣索并一次性完成張拉。繼續(xù)懸臂拼裝鋼梁至32號(hào)節(jié)間時(shí),掛2號(hào)扣索并一次性完成張拉,懸臂拼裝33號(hào)、34號(hào)節(jié)間,南邊架設(shè)35號(hào)節(jié)間,調(diào)整合龍口誤差,架設(shè)北35號(hào)節(jié)間,實(shí)現(xiàn)主拱合龍。拆除臨時(shí)節(jié)間鋼梁和臨時(shí)節(jié)間配重。掛設(shè)臨時(shí)系桿并進(jìn)行張拉,架設(shè)剛性系桿至剛性系桿合龍。架設(shè)橋面板,同時(shí)拆除臨時(shí)系桿拆除2號(hào)扣索拆除1號(hào)扣索拆除扣塔橋面焊接。張拉體外預(yù)應(yīng)力索橋梁附屬結(jié)構(gòu)安裝橋面鋪裝全橋最后一次涂裝成橋驗(yàn)收。大橋總體施工布置見圖2。圖2總體施工布置圖表1朝天門大橋監(jiān)

10、測(cè)項(xiàng)目表項(xiàng)目結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)部位監(jiān)測(cè)方法位移支座主墩(P6/P7/P8/P9墩全站儀扣塔(偏位塔頂全站儀鋼桁梁懸臂前端上弦桿節(jié)點(diǎn)全站儀拱肋線型(高程、軸線全站儀關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)和位移全站儀應(yīng)力主桁桿件應(yīng)力各工況下的主桁控制桿件應(yīng)力和對(duì)照性桿件應(yīng)力鋼弦應(yīng)變計(jì)扣塔應(yīng)力扣塔鋼管立柱和錨箱應(yīng)力鋼弦應(yīng)變計(jì)臨時(shí)墩1號(hào)和3號(hào)臨時(shí)墩鋼管立柱應(yīng)力鋼弦應(yīng)變計(jì)索力臨時(shí)系桿桁拱主跨節(jié)點(diǎn)E17-E17之間臨時(shí)系桿索索力動(dòng)測(cè)儀、油壓表、壓力傳感器永久系桿桁拱主跨E18-E18之間的永久索索力動(dòng)測(cè)儀、油壓表、壓力傳感器扣塔斜拉索主跨內(nèi)、外索動(dòng)測(cè)儀、油壓表、壓力傳感器主跨內(nèi)、外索動(dòng)測(cè)儀、油壓表、壓力傳感器吊桿短吊桿動(dòng)測(cè)儀、油壓表抗彎剛

11、度小的吊桿動(dòng)測(cè)儀、油壓表溫度主桁拱鋼桁梁溫度和大氣溫度數(shù)字式溫度傳感器、大氣溫度計(jì)1號(hào)中跨索2號(hào)中跨索2號(hào)邊跨索1號(hào)邊跨索18號(hào)節(jié)間14號(hào)節(jié)間P8墩P9墩壓重區(qū)域LS3塔吊LS2LS1南岸說明:1.本圖尺寸單位以m 計(jì);2.表示應(yīng)力測(cè)點(diǎn),表示索力測(cè)點(diǎn)江北扣塔1號(hào)、2號(hào)永久節(jié)間壓重區(qū)域P6墩邊跨最大懸臂80m棧橋桅桿吊1號(hào)、2號(hào)臨時(shí)節(jié)間P7墩LN1LN2LN3A1026號(hào)節(jié)間21號(hào)節(jié)間32號(hào)節(jié)間A11A16A17中跨最大懸臂276m35號(hào)節(jié)間橋面吊機(jī)臨時(shí)系桿架梁吊機(jī)2··2010年第4期其中主桁桿件應(yīng)力、扣塔應(yīng)力和臨時(shí)墩應(yīng)力、扣塔扣索索力、臨時(shí)系桿索力、主桁軸線偏差、主桁懸臂

12、端節(jié)點(diǎn)位移為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。其它為次要監(jiān)測(cè)對(duì)象。4應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果分析4.1應(yīng)力監(jiān)測(cè)方案應(yīng)力測(cè)試采用表貼式鋼弦應(yīng)變計(jì),通過測(cè)試各個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變,然后通過公式=E臨時(shí)墩應(yīng)力測(cè)試成果臨時(shí)墩的應(yīng)力測(cè)試對(duì)象包括江北和南岸LN1、LN3、LS1和LS3臨時(shí)墩,測(cè)試內(nèi)容為各個(gè)鋼管立柱在各個(gè)施工工況下的應(yīng)力。圖3為江北LN3臨時(shí)墩各工況下應(yīng)力測(cè)試結(jié)果圖。江北LN3臨時(shí)墩應(yīng)力變化規(guī)律為:1從開始到邊跨14號(hào)節(jié)間架設(shè),壓應(yīng)力在增大,上游下游最大壓應(yīng)力分別為-70.7MPa 和-65.9MPa ,理論最大壓應(yīng)力為-60.3MPa 。隨后到邊跨21號(hào)節(jié)間架設(shè)至脫空,應(yīng)力一直在減少,為脫空創(chuàng)造條件。扣塔應(yīng)力測(cè)試成果扣塔應(yīng)力測(cè)

13、試對(duì)象包括江北和南岸扣塔立柱、扣塔塔頂錨箱應(yīng)力。測(cè)試各個(gè)工況下各個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力,測(cè)點(diǎn)布置見圖2。圖4為江北和南岸扣塔在各個(gè)工況下應(yīng)力測(cè)試結(jié)果曲線圖。測(cè)試結(jié)果分析表明,扣塔立柱應(yīng)力變化規(guī)律為:1從23節(jié)段架設(shè)到主拱合龍,扣塔立柱應(yīng)力一直在增大,至主拱合龍時(shí)達(dá)全橋架設(shè)時(shí)最大值,江北和南岸分別為-148.1MPa 和-148.9MPa ;從主拱合龍至臨時(shí)系桿張拉完成,扣塔立柱應(yīng)力減小,在剛性系桿架設(shè)至合龍過程中,扣塔立柱應(yīng)力又開始增加,直到剛性系桿合龍前,達(dá)到第二個(gè)峰值,江北和南岸分別為-108.7MPa 和-109.1MPa ;從剛性系桿合龍到橋面板架設(shè)完,扣塔立柱應(yīng)力減小,這是因?yàn)榭鬯髟诓鸪?整

14、個(gè)過程中南北扣塔立柱應(yīng)力均小于施工容許應(yīng)力229.4MPa ,且南北扣塔應(yīng)力曲線基本吻合,南北差值最大為7.6MPa 。主桁應(yīng)力測(cè)試成果1最不利工況下桿件應(yīng)力:大橋主橋在鋼桁梁架設(shè)過程中,有多個(gè)對(duì)主桁桿件應(yīng)力不利的工況,對(duì)于不同工況,主桁應(yīng)力控制桿件有所不同,表2列出了北岸在各個(gè)不利工況下各控制桿件實(shí)測(cè)應(yīng)力并與理論計(jì)算值的對(duì)比情況。從表2中可以看出:LN1臨時(shí)墩脫空、邊跨架至最大懸臂、LN2臨時(shí)墩脫空、LN3臨時(shí)墩脫空、北岸鋼梁整體移梁和合龍時(shí),拉應(yīng)力控制桿件和壓應(yīng)力控制桿件的實(shí)測(cè)和理論應(yīng)力均小于施工容許應(yīng)力。在26號(hào)節(jié)間架完和32號(hào)節(jié)間架完時(shí),控制拉應(yīng)力桿件A10-A11實(shí)測(cè)最大拉應(yīng)力分別為

15、285MPa 和300.2MPa ,理論最大拉應(yīng)力分別為289MPa 和294MPa ,均大于TB10002.2-2005鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范相應(yīng)的施工容許應(yīng)力。但小于JTJ025-86公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(施工容許應(yīng)力=不同厚度鋼材屈服強(qiáng)度×施工提高系數(shù)1.4/設(shè)計(jì)安全系數(shù)1.7中的施工容許應(yīng)力329.4MPa ,主橋在施工過程中結(jié)構(gòu)是安全的。在以上各個(gè)工況下實(shí)測(cè)應(yīng)力和理論應(yīng)力相差在10%以內(nèi)。實(shí)測(cè)值和理論值吻合比較好。南岸各個(gè)不利工況下控制桿件的測(cè)試結(jié)果分析可得類似結(jié)論。2掛扣塔扣索時(shí)主桁桿件的應(yīng)力變化規(guī)律:表3為1號(hào)和2號(hào)扣索架設(shè)時(shí)主橋控制桿件實(shí)測(cè)和理論應(yīng)力變化圖3

16、江北LN3臨時(shí)墩實(shí)測(cè)應(yīng)力和理論應(yīng)力對(duì)比圖圖4江北南岸扣塔立柱實(shí)測(cè)應(yīng)力對(duì)比圖0.0-10.0-20.0-30.0-40.0-50.0-60.0-70.0-80.0應(yīng)力/M P a邊跨10號(hào)節(jié)間架設(shè)架梁吊機(jī)移到9邊跨11號(hào)節(jié)間架設(shè)架梁吊機(jī)移到10邊跨12號(hào)節(jié)間架設(shè)架梁吊機(jī)移到11邊跨13號(hào)節(jié)間架設(shè)架梁吊機(jī)移到12架梁吊機(jī)移到1314號(hào)節(jié)間菱形北2號(hào)臨時(shí)墩脫空14節(jié)間架完中跨15節(jié)間架設(shè)中跨16節(jié)間架設(shè)中跨17節(jié)間架設(shè)中跨18節(jié)間架設(shè)中跨19節(jié)間架設(shè)中跨20節(jié)間架設(shè)中跨21節(jié)間架設(shè)理論應(yīng)力下游應(yīng)力上游應(yīng)力工況10.0-10.0-30.0-50.0-70.0-90.0-110.0-130.0-150.

17、0應(yīng)力/M P a24號(hào)節(jié)間架完23號(hào)節(jié)間架完26號(hào)節(jié)間架完25號(hào)節(jié)間架完27號(hào)節(jié)間架完張拉1號(hào)扣索29號(hào)節(jié)間架完28號(hào)節(jié)間架完30號(hào)節(jié)間架完31號(hào)節(jié)間架完32號(hào)節(jié)間架完張拉2號(hào)扣索33號(hào)節(jié)間架完34號(hào)節(jié)間架完臨時(shí)系桿掛索完臨時(shí)系桿張拉一半臨時(shí)系桿張拉完架剛性系桿25號(hào)節(jié)間橋面板架設(shè)完架剛性系桿29號(hào)節(jié)間剛性系桿合龍橋面板35節(jié)間架完工況主拱合龍南岸扣塔實(shí)測(cè)應(yīng)力江北扣塔實(shí)測(cè)應(yīng)力張輝,等:重慶朝天門長(zhǎng)江大橋的施工監(jiān)測(cè)與控制3··中國港灣建設(shè)2010年第4期表31號(hào)和2號(hào)扣索架設(shè)時(shí)主桁控制桿件應(yīng)力變化表表。從表3中可以看出:1號(hào)扣索架設(shè)過程中南北主橋結(jié)構(gòu)控制桿件應(yīng)力發(fā)生大幅度減

18、小,如E3-E4,A10-A11,A16-A17北岸實(shí)測(cè)值分別減小了88.7MPa ,165.9MPa ,137.3MPa ;南岸實(shí)測(cè)值分別減小了80.5MPa ,184.6MPa ,125.5MPa ;2號(hào)扣索架設(shè)過程中南北主橋結(jié)構(gòu)控制桿件應(yīng)力再次發(fā)生大幅度減小,E3-E4,A10-A11,A16-A17北岸實(shí)測(cè)值分別減小了98MPa ,144.6MPa ,137.6MPa ;南岸實(shí)測(cè)值分別減小了79.1MPa ,142.2MPa ,110.3MPa ;結(jié)構(gòu)應(yīng)力得到大大地改善,為下一步施工創(chuàng)造有利條件。1號(hào)和2號(hào)扣索架完,南北岸實(shí)測(cè)和理論應(yīng)力變化量在12%以內(nèi)。3全過程主桁桿件應(yīng)力變化規(guī)律:

19、為探求主桁桿件應(yīng)力在整個(gè)施工過程中的變化規(guī)律,根據(jù)監(jiān)測(cè)和計(jì)算結(jié)果繪制出主桁桿件在各個(gè)工況下的應(yīng)力變化曲線,圖5為北岸A10-A11桿件在整個(gè)施工過程中的實(shí)測(cè)和理論應(yīng)力對(duì)比變化情況。北岸A10-A11桿應(yīng)力規(guī)律如下:兩個(gè)最高峰值在1號(hào)和2號(hào)扣索架設(shè)前,實(shí)測(cè)分別表2主桁桿件最不利工況下北岸控制桿件應(yīng)力實(shí)測(cè)和理論對(duì)比表工況工況說明控制桿件材質(zhì)施工容許應(yīng)力實(shí)測(cè)理論(實(shí)測(cè)-理論/理論×100%邊跨最大懸臂架完A10-A11Q420qd 282160165.4 3.26E10-M11Q345qd -202.6-129.6-137.3 5.6126號(hào)節(jié)間架完中跨懸臂,1號(hào)扣索張拉前E3-E4Q37

20、0qD -250.6-129.5-123 5.28A10-A11Q420qD 282.4285289 1.3832號(hào)節(jié)間架完中跨懸臂達(dá)276mE3-E4Q370qD -250.6-228.4-220.5 3.58A10-A11Q420qD282.42041879.09注:根據(jù)鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,施工容許應(yīng)力=不同板厚鋼材屈服強(qiáng)度×施工提高系數(shù)1.2/設(shè)計(jì)安全系數(shù)1.7應(yīng)力測(cè)點(diǎn)位置掛索前實(shí)測(cè)值掛索后實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)應(yīng)力增量理論應(yīng)力增量(191.681.3-110.3-124.5-11.41控制桿件應(yīng)力E3-E4A10-A11A16-A17E3-E4A10-A11A16-A17扣索號(hào)1號(hào)2

21、號(hào)MPaMPa4··2010年第4期為285MPa 和300.2MPa ,理論分別為289MPa 和294.0MPa ;5個(gè)應(yīng)力上升區(qū):10號(hào)至21號(hào)節(jié)間架設(shè)完、LN3臨時(shí)墩脫空到1號(hào)扣索張拉前、27號(hào)節(jié)間架設(shè)到2號(hào)扣索張拉前、33號(hào)節(jié)間架設(shè)到合龍、臨時(shí)系桿張拉完到安裝橋面板。4個(gè)應(yīng)力下降區(qū):LN3臨時(shí)墩脫空、張拉1號(hào)扣索、張拉2號(hào)扣索和架設(shè)臨時(shí)系桿;在這些過程中A10-A11桿件應(yīng)力得到改善,為下一步施工創(chuàng)造有利條件。從圖5應(yīng)力變化曲線可以看出,大橋在整個(gè)施工過程中,增設(shè)扣塔方案、扣索架設(shè)時(shí)機(jī)及控制措施是合理的。5索力監(jiān)測(cè)成果分析5.1索力監(jiān)測(cè)方案1索力監(jiān)測(cè)部位:扣塔南北

22、1號(hào)、2號(hào)內(nèi)外扣索和臨時(shí)系桿索在各個(gè)工況下的索力測(cè)試。測(cè)點(diǎn)布置見圖2。2索力監(jiān)測(cè)方法。索力測(cè)試采用以下三種方法:壓力表測(cè)定法;壓力傳感器測(cè)定法;動(dòng)測(cè)法。其中扣塔扣索、臨時(shí)系桿索和永久系桿索索力主要采用動(dòng)測(cè)法進(jìn)行測(cè)試,其它兩種測(cè)試用作校核。動(dòng)測(cè)法理論基礎(chǔ)是弦振動(dòng)理論。通過測(cè)出拉索的自振頻率,再由索力與拉索自振頻率之間的關(guān)系求得索力。朝天門大橋扣塔扣索較長(zhǎng),在150200m 之間,屬于長(zhǎng)索,抗彎剛度較小,用動(dòng)測(cè)法測(cè)試扣索索力,精度能滿足要求。在扣索張拉時(shí),采用壓力表測(cè)定法,以控制好初張拉的索力;同時(shí)在基準(zhǔn)索上布置了壓力傳感器。在施工過程中共用這三種方法來控制索力值。互相校核。測(cè)試數(shù)據(jù)表明,三種方法測(cè)定的索力相差不大。5.2索力監(jiān)測(cè)成果扣塔扣索索力測(cè)試成果分析表5為扣塔1號(hào)