现浇箱梁施工精细化测控工法.pdf

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1、现浇现浇箱梁施工箱梁施工精细化测控精细化测控工法工法目目 录录 1、前言.1 2、工法特点.2 3、适用范围.2 4、工艺原理.2 5.1 施工工艺流程.3 5.2 操作要点.4 6、材料与设备.6 6.1 材料.6 6.2 设备.6 7、质量控制.7 7.1 技术规范.7 7.2 质量控制具体指标.7 7.3 质量保证措施.7 8、安全措施.8 9、环保措施.8 10、资源节约.9 11、效益分析.9 11.1 经济效益分析.9 11.2 社会效益.10 12、应用实例.10 12.1 工程概况.10 12.2、施工情况及实施效果.11 1 现浇箱梁施工精细化测控工法 1、前言 现浇箱梁施工

2、精细化测控工法 1、前言 我局承建的郑万铁路河南段（第一标段）联络线特大桥上跨郑西高铁转体斜拉桥，斜拉桥索塔采用钻石型索塔，桥面以上索塔采用倒 Y 形，桥面以下塔柱为独柱型。主梁按整体箱形梁布置，采用单箱双室预应力混凝土箱形截面，桥面箱宽 11.0m，梁高 2.5m。主梁转体部分混凝土分十个节段浇筑，桥塔两侧各 8m 与桥塔一同浇筑，后依次从塔中心向塔两侧逐孔现浇，节段长为 24m，边跨主梁采用原位支架现浇方案，节段混凝土长度 40.75m，在边墩靠近主塔方向 8m 位置设合龙段，长度 2m。主梁标准横截面顶板厚度为 25cm，底板厚度为 30cm，中腹板厚 30cm，斜底板厚 25cm。斜拉

3、桥位于 R=1400m 的平曲线上，纵坡 29.062，为目前国内铁路最大跨度曲线转体斜拉桥，本桥采用大吨位转体球铰支座，竖向荷载 16500KN，曲线横向偏心达 0.847m，为目前国内铁路最大横向偏心球铰。由于配重区域有限，由于梁体施工过程中造成的不平衡重在转体前梁体配重的重量受到很大的限制，因此需要对转体梁施工过程进行精细化控制，使梁体的外观尺寸与设计断面最大程度的匹配，以保证梁体两侧的重量尽可能达到自平衡，以减少转体前的配重。混凝土箱梁施工过程中通常采用全站仪对箱梁断面的特征点进行测控，预压完成后，对底模、侧模进行特征点放样、抄平，根据测量数据指导模板调校，钢筋绑扎完成后测设面板控制点

4、，进行混凝土面控制，想要达到精细化控制，只有增加点密度，这样将会成倍的增加测控工作量。基于转体斜拉桥箱梁施工中梁体测控精度要求高、测设点位较多过程较为繁琐的特点，基于三维激光扫描仪提出了一种现浇梁施工精细化测控方法，代替传统的三维空间坐标实时控制梁体线形，有效的解决了转体斜拉桥箱梁在施工过程中精细化测控的难题。2019 年 1 月 29 日一种转体球绞定位 装置发明专利已受理（申请号：201920151072.4），基于两个控制点的狭小区域测量装置申报专利已受理（申请号：201920150975.0）。本工法可应用于建设条件相类似的项2 目，其成果将为大跨转体斜拉桥箱梁的精细化施工定位、精确配

5、重等工作带来积极的推动作用。2 2、工法特点、工法特点 2.0.1、使用“现浇箱梁施工精细化测控方法”代替传统的三维空间坐标实现快速精准测量。2.0.2、三维激光扫描仪作为测控领域的前端技术，集成了多种先进测绘元器件，在复杂环境下采用非接触式高速激光进行测量，实现对被测物体进行快速扫描测量，直接获得激光点所接触的物体表面的距离，自动存储并计算，进而获得点云数据。2.0.3、通过对点云数据的后处理逆向建模，得到被观测物体的实体模型，既能保证测量精度，又能实现快速定位、提高测量效率、降低了人力消耗，解决了大跨曲线转体斜拉桥在施工过程中的测控难题，保证了曲线梁的配重准确。2.0.4、斜拉桥在施工过程

6、中的精细化测量，节约了施工资源。3 3、适用范围、适用范围 本工法适用于公路、铁路大跨曲线现浇梁施工定位和在梁体节段浇筑后对箱梁内外部进行精细化测量，解决隐蔽位置的难以控制的问题，最大化的保证梁体施工完成后两侧重量大致相等，从而使转体不平衡配重量将到最低。4 4、工艺原理、工艺原理 转体斜拉桥现浇箱梁施工定位主要包括两个方面：一是通过支架预压消除非弹性变形，在支立模板架设三维激光扫描仪上进行三维测量建模；二是通过建立模型与实体浇筑后梁体进行分析对比，进行箱梁模板的定向、定量调整，使其线形平顺、结构细部尺寸满足设计，从而达到整个外观尺寸与设计最大化的匹配。混凝土浇筑完成后在箱梁的内箱室进行扫描进

7、行隐蔽位置的外观尺寸检查，发现问题在下一节段进行针对性的调整，解决隐蔽位置的难以控制的问题，从而最大化的保证梁体施工完成后两侧重量大致相等，从而使转体不平衡配重量将到最低。3 图图 4 4-1 1 精细化测控精细化测控流程设计图流程设计图 5 5、施工工艺流程及、施工工艺流程及操作要点操作要点 5 5.1.1 施工工艺流施工工艺流程程 进行底模铺设时先对支架进行预压，通过在梁体特征位置埋设测量点位得到梁体预压过程中弹性变形和非弹性变形值，指导监控指令数据调整，底模铺设完毕后，架设三维激光扫描仪对梁体进行扫描建模，通过设计数据调整模板轴线、标高满足设计要求，在浇筑混凝土过程中对梁体特征点进行测量

8、，实时分析模板变形值；节段浇筑完毕后对箱梁表面、箱室内部进行全面扫描，得到数据与建模数据进行对比分析曲线梁体浇筑质量是否达到设计要求，以确保最终成型梁体与设计线型一致，减少配重影响。精细化测控工艺流程见下图 5.1-1。支架预压模板整理架设仪器、模板扫描三维建模、对比分析模板调整扫描检查建模分析满足要求箱梁施工内箱室扫描不合格隐蔽点下节段调整NY图图 5 5.1.1-1 1 精精细化测控细化测控工艺流程工艺流程图图 4 5.25.2 操作要点操作要点 5.2.1 支架预压 在支架顶部与托架位置布置反射棱镜片，预压前对反射片进行初始测量，测量三次数据稳定情况下确认初始值，预压过程中严格按照方案进

9、行加载，每次加载后静载 2h 进行测量，数据稳定后方可继续加载。荷载达到设计 120时停止预压，观测 24h 支架变化情况，数据反馈至项目部技术部门，直至连续三次测量数据不大于 2mm 方可卸载。图图 5 5.2 2-1 1 预压测点布置图预压测点布置图 5.2.2 模板整理 对预压后的模板进行清扫，并对预压破坏、扭曲、不平的位置进行处理，时期平顺。5.2.3 架设仪器、模板扫描 根据梁体长度合理划分扫描区段（为了保证扫描精度，扫描区段不可太长），根据划分的区段在稳定处架设三维激光扫描仪，对模板进行扫描。如果梁体分段，注意分段处要有一定的搭接，并设置明显的搭接点。5 图图 5.25.2-2 2

10、 三维激光扫描仪建模三维激光扫描仪建模 5.2.4 三维建模、对比分析 根据三维激光扫描仪获得的数据，采用随机佩戴的建模软件进行三维建模，并于设计断面尺寸进行软件内对比分析，确定差值，指导现场进行定向、定量模板调整。5.2.5 模板调整 根据建模数据于设计断面之间的差值报表，现场进行定点、定量调整。5.2.6 扫描检查、建模分析 对调整好的模板进行重新扫描、建模分析，判断，模板调整是否满足设计要求。5.2.7 箱梁施工 模板调整满足设计要求后，进行钢筋绑扎、内模安装、混凝土浇筑等工序。5.2.8 内箱室扫描 混凝土浇筑完成、内模拆除后，及时将内箱室清理干净，进行箱梁内箱室扫描，建模，与设计断面

11、进行分析比较，寻找隐蔽处的差值，尤其是内模的各项尺寸及施工后的缺陷。6 图图 5.25.2-3 3 箱梁内部扫描箱梁内部扫描 5.2.9 不合格隐蔽点下节段调整 根据内箱室的扫描结果，对不合格处在下一节段进行针对性的调整，使梁体最大程度的与设计相符。6 6、材料与设备、材料与设备 6.16.1 材料材料 本工法材料主要见下表 6.1-1。表表 6 6.1.1-1 1 主要材料计划表主要材料计划表 序号 材料名称 规格 用途 1 反射棱镜片 4*4cm 预压监测 2 预压块 50*50cm 支架预压 3 配重块 50*50cm 不平衡力配重 6.26.2 设备设备 本工法所需主要设备见下表 6.

12、2-1。7 表表 6.26.2-1 1 主要测量仪器设备主要测量仪器设备 序号 名称 数量 备注 1 三维激光扫描仪 1 台 标称精度（测角0.5，测距1+1ppm）2 对讲机 2 部 与现场联系 3 数据处理软件 1 套 7 7、质量控制、质量控制 7 7.1.1 技术规范技术规范 （1）混凝土索塔施工质量标准要求符合国家现行工程测量规范（GB 50026-2007）（2）斜拉桥配重施工前应符合下列规定：施工前认真复核设计单位提供的施工图并计算测量成果，保证数据准确性。预压时检查支架稳定性、支架与方木接触面是否存在托空，确保预压数据准确可靠。箱梁施工完毕后需进行全桥扫描，与设计方梁进行对比，

13、指导精确配重。7 7.2.2 质量质量控制具控制具体指体指标标 表表 7.27.2-1 1 斜拉桥斜拉桥施工质量标准施工质量标准 项目 规定值或允许偏差 中心偏位（mm）10，且与同侧箱梁顺直 梁体标高（mm）相邻梁段高差不大于 10 7 7.3.3 质量保证措施质量保证措施 （1）建立健全质量管理体系，所有施工人员均培训考核合格后方能上岗，并严格进行安全、技术交底，增强员工安全质量意识。（2）测量人员应熟悉相关规定、设计图纸。（3）施工测量放样方法、施工测量方案及施工测量计算数据经监理工程师审核批准后，方可进行结构物特征点、轴线点施工测量放样定位。（5）测量仪器精度满足要求，仪器的使用必须在

14、仪器检定有效期内。8（6）定期或不定期对测量仪器、对中杆进行检查校准。（7）在进行测量施工前对温度、气压等参数进行测量，并输入测量仪器中。（8）测量作业前，对测站点控制点三维坐标或后视高程进行校核，最简单的校核方法为双后视或多后视。（9）测量过程中要求严格遵循现行规范，工作完成后要求按设计及规范要求检查验收，不符合设计及规范要求的应查明原因，并予以纠正或重测，编制完成符合规范的测量资料。（10）各测量人员要各尽其职。8 8、安全、安全措施措施 斜拉桥转体施工属于高空作业，应在保证安全的前提下进行测量工作。（1）认真贯彻“安全第一，预防为主，综合治理”的安全方针，根据国家有关规定建立健全完善的安

15、全组织管理机构，实行安全生产责任制，确保安全生产的正常进行。（2）认真编制施工安全专项方案并组织学习宣贯，减少了高空作业风险，保证施工人员安全。（3）制订安全技术操作流程，各项作业严格按工艺流程进行。（4）开工前必须对测量人员及施工队伍进行详细书面的安全交底，交底内容必须有针对性，并注明施工中应注意的事宜与禁止事项。（5）所有进入施工现场的人员必须戴好安全帽，并按规定配戴劳动保护用品，高处作业时必须系好安全带等。（6）作业人员不得穿拖鞋、高跟鞋、硬底易滑鞋和裙子进入施工现场，严禁酒后作业。（7）在距边缘处应设置护栏或架设护网，且不低于 1.2 米，并要稳固可靠。高空作业走行用的脚手板，厚度不小

16、于 5cm，且两端用 8 号铁丝绑牢固定。（8）施工作业搭设的扶梯、工作台、脚手架、护身栏、安全网等，必须牢固可靠，并经验收合格后方可使用。（9）人员上下要由斜道或扶梯上下，不准攀登钢筋、模板上下。（10）恶劣气候条件下停止测量作业。9 9、环、环保措施保措施 9（1）施工过程中，应严格遵守国家及地方有关环境保护的法律、法规，防止对附近周边造成环境污染和人员损害。（2）建立工地环保制度，对全体施工人员进行环保教育，使作业人员从思想上认识环保的重要性。（3）施工期间的废弃物、边角料分类存放，集中处理，禁止向作业区外抛扔物体。（4）合理安排工作进度和工作面，减少在同一地区使用多种动力机械设备。（5

17、）施工中尽量选择产生噪声较小的工艺，并选用低噪声的施工设备；安装消声减震设施。（4）为保护工程或为公众及其他人员的安全和方便，在需要的时间和地点，设置照明、护栏、围墙、警告标志和守卫设施。1010、资源节约、资源节约 大跨曲线转体斜拉桥精细化测控工法，解决了斜拉桥在转体前由于各节段浇筑质量不同而引起的配重问题；其次本工法在施工过程中配合两个专利的运用，在降低人力资源投入和节约工期的同时，经济与社会效益显著，具有广阔的应用前景。1 11 1、效益分析、效益分析 1 11 1.1.1 经济效益分析经济效益分析 采用一种现浇箱梁施工测控方法代替传统的三维空间坐标测量方法，解决了桥梁在施工过程中因不平

18、衡力导致的配重难题。在保证桥梁施工过程定位精度及安全的前提下，加快了施工进度，根据该方法采用的主要设备及管理成本的计算分析，该装置及定位方法具有很强的经济优越性。现以郑万铁路河南段上跨郑西高铁转体斜拉桥施工为例，对其经济对比分析如表 11.1-1.表表 1 11 1.1.1-1 1 采用采用传统方法测量与创新方法测量经济效益对比表传统方法测量与创新方法测量经济效益对比表 序号 项目 单位 数量 传统测量方法（万元）创新测量方法（万元）节约成本（万元）1 工期 天 35 70 10 60 2 数字水准仪 台 1 8.2 0 8.2 10 3 人工及管理费 元/10.4 2.5 7.9 4 其他测

19、量设备 台 20 7.3 7.3 0 5 施工机械 台 4 8.2 2.1 6.1 合计 104.1 21.9 82.2 1 11 1.2 2 社会效益社会效益 本施工测量定位方法的改进，不但使转体斜拉桥桥箱梁的定位精度满足了要求，而且定位过程灵活、迅速，节省了人力物力，为斜拉桥施工后续赢得了宝贵时间，是一种切实可行的测量控制方法。1 12 2、应用实例、应用实例 应用实例：应用实例：郑万铁路河南段上跨郑万铁路河南段上跨郑西郑西高铁高铁转体斜拉桥施工转体斜拉桥施工定位测量控制定位测量控制。1 12 2.1.1 工程工程概况概况 新建郑州至万州河南段铁路自郑州东站引出，经郑州航空港区东侧设郑州南

20、站，西南行经长葛、禹州、郏县、平顶山，越过伏牛山区余脉至南阳，经邓州进入湖北境内。线路起点 DK000+000，终点 DK357+612.89，全长 350.825Km，桥隧比为 88.7%，新建郑州南、长葛北、禹州、郏县、平顶山西、拐河北（越行站）、方城、南阳南、邓州东 9 座车站，预留大关庄站。郑万铁路是沟通我国西南地区与中原、华北、东北地区的快速客运主通道，建成后将极大地方便周边及沿线居民的出行，对带动地区经济发展、加快旅游资源开发、促进地区间沟通与交流均具有重要意义。新建郑州至万州铁路河南段 ZWZQ-1 标段起讫里程为 DK9+428.643DK38+363.88，正 线 长 度28

21、.592km，上 行 联 络 线ZWSLDK0+246.54 ZWSLDK6+393.66，联络线长度 6.147km。该施工标段起于应急工程终点，终于郑州 南 站。郑 万 铁 路 河 南 段 上 行 联 络 线 特 大 桥 起 讫 里 程 为ZWSLDK0+246.54ZWSLDK6+393.66，长度 6.147km。该桥在 ZWSLDK5+309.45 里程处与郑西高铁交叉，夹角 17，设计采用（32+138+138+32）m 斜拉桥上跨通过。斜拉桥位于 R=1400m 的平曲线上，纵坡 29.062，为目前国内铁路最大跨度曲线转体斜拉桥，本桥采用大吨位转体球铰支座，竖向荷载 16500

22、KN，曲线横11 向偏心达 0.847m，为目前国内铁路最大横向偏心球铰。图图 12.112.1-1 1 桥梁纵向桥梁纵向布置布置图（图（c cm m）12.2、施工情况、施工情况及实施效果及实施效果 由于施工特点和安全等因素影响，大跨曲线斜拉桥在施工过程中由于只测控，容易导致外观不平顺、细部结构尺寸与设计有出入，从而导致梁体两侧的重量相差较大，在转体前需要进行大量配重以平衡两侧的不平衡力矩。斜拉桥位于R=1400m 的平曲线上，纵坡 29.062，曲线横向偏心达 0.847m，传统测控方法由于受浇筑质量和需复测点位较多给测量人员带来较大困难，如何优化测量工艺和提高测量效率，是保证精准配重的关

23、键，经对三维人工定位与精细化定位方案从技术可行性、成本投入和测量精度速度等多方面综合必选，选定使用精细化测控定位最终方案，该方案的改进，不但使斜拉桥施工精度满足了要求，而且定位过程灵活、快速，节省了人力物力，为斜拉桥后期施工赢得了宝贵时间，保证了现场施工进度的要求，是一种切可行的测量控制方法。表表 1 12.22.2-1 1 传统方法与智能化监控方法传统方法与智能化监控方法对比表对比表 常规方法 三维激光扫描仪 所用时间 同样时间只完成 1 个断面（30 点）10min 结果直观度 低，无法直观表示 高，三维成像 测量难度 高，倾斜处测量难度大 低，自动化测量 人员 2 1 从上表可以看出，三

24、维激光扫描仪的测量效率是常规方法的几十倍或上百倍，测量结果经过后处理，三维图像直观显示，能够精准化的指导现场进行模板调校，同时可以较少测量人员的投入、降低测量难度。12 总体工艺流程如下：1）、支架预压。2）、模板整理。3）、架设仪器、模板扫描。4）、三维建模、对比分析。5）、模板调整。6）、扫描检查、建模分析。7）、箱梁施工。8）、内箱室扫描。9）、不合格隐蔽点下节段调整。该现浇梁精细化测量是在传统定位基础上进行技术革新而来，本定位方法操作简单。三维激光扫描仪能够达到快速测量、成图计算分析的效果，采用此方法省去人工观测计算等繁琐程序，提高了观测速度，也节省了大量的人力物力，具有极大的推广价值。该工艺成功应用于郑万铁路河南段联络线特大桥转体斜拉桥，为后续类似工程提供了技术支持和丰富的施工经验，尤其是大跨度大偏心铁路、公路现浇箱梁施工项目，通过精细化测控技术能够更高效的完成施工任务，在大跨度大偏心桥梁精细化施工项目及具有类似特征的铁路、公路桥梁施工中具有广阔的应用前景。