合川市合阳嘉陵江大桥施工控制

合川市合阳嘉陵江大桥

施 工 控 制 方 案

重庆交通学院

2000．4．23．

一、 合川合阳嘉陵江大桥构造特点

合川合阳嘉陵江大桥是一座58＋130＋200＋130＋58米连续拱桥，其中130m、200m跨均采用钢管砼中承式拱桥，属特大跨桥梁。

钢管砼拱桥是国内近十年来发展最为迅速的一种拱桥结构型式，因其结构承载能力大，跨越能力强，地基适应广，施工快捷，外形美观等优点，在160～360m跨径内具有很强的竞争力。

二、 合川合阳嘉陵江大桥的施工特点

根据大桥的构造特点，其主要施工方法是无支架缆索吊装钢管骨架，松索合拢成拱，调整标高，封铰，浇筑缀板和弦杆砼，形成钢管砼拱桁架，安装拱上结构，最终形成钢管砼拱桥。

钢管砼拱桥是一种逐步形成的自架设体系的结构，主要特点是利用其自身的结构强度和刚度来承受外加荷载，如浇筑弦杆砼和临时施工荷载，待砼强度达到设计要求时，与钢管骨架一起形成一个组合结构，共同参与后浇筑砼和其它荷载的作用。

钢管砼结构与斜拉桥不同，其结构的形成过程只具有“前进性”，不具备“倒退性”，也就是说，拱轴线（标高）、钢管与砼的应力应变一旦变化，不能象斜拉桥那样在成桥后通过张拉拉索的办法来调整标高、应力，而只能在施工过程中采取一定的措施，通过扣索张拉来确保拱圈均匀变形，使应力（尤其是砼拉应力）控制在容许范围内。

钢管内砼的浇筑是逐根完成的，在浇筑砼过程中拱圈会发生不均匀的变形，尤其是拱脚截面的砼，肯定会在浇筑的某些阶段内出现超过容许的拉应力值。图1是某钢管砼拱桥在砼浇筑过程中拱脚截面砼应力变化曲线图。从图中可以发现，砼从拱脚向拱顶浇筑过程中，拱脚截面的应力由零逐渐增大到拉应力的最大值，而后又逐渐减小，进而变成压应力，显然，在有些区段拉应力超出容许值，而通过张拉扣索后砼应力得到调整，最大拉应力值控制在容许范围内。

合阳嘉陵江大桥是一座5孔连拱桥，除了控制拱圈的变形外，还必须监控、验算桥墩在整个施工过程中承受的不均匀推力，确保桥墩的稳定性。

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图1 某拱桥混凝土浇筑过程中拱脚截面上缘混凝土应力变化过程曲线

三、 开展施工控制的必要性和重要性

（一）、开展施工控制的必要性

目前钢管砼拱桥的跨径比较大，一般都在160m以上。钢管砼拱桥的施工主要有两种，一种是无支架缆索吊装，斜拉扣挂，另一种是转体施工。从目前国内修建的钢管拱桥来看，除了广东的丫髻沙大桥采用转体施工外，其余都采用无支架缆索吊装法。

考虑到缆索吊装的实际承载能力，常常将钢管拱桁架划分为若干段，拱桥的跨径越大，节段的划分数就越多。

在拱肋节段在吊装过程中，为了准确控制各个节段的标高，必须计算出各根扣索在任意一个扣挂阶段的索力值，以便选择合理的扣索直径和规格。然而，节段超过5段后，扣索索力的计算就非常困难，计算工作量相当大，常规的力矩平衡法，计算假定粗糙，力臂计算不精确，运算繁琐，而且每增加一个节段数，计算工作量就增加一倍。这对精度要求很高的钢结构拱而言，是相当不安全的，势必造成拱肋合拢困难，因此，必须采用一种计算精确，方法可行，便于反复计算的算法。

钢管拱肋合拢后，缀板和弦杆内砼浇筑是钢管砼拱桥施工的关键，其成败的关键也就在于此，这时由于砼浇筑过程中，随着砼从拱脚向拱顶连续泵送，拱肋各个截面的变形、应力都在不断的变化，尤其是拱脚上缘的截面，其砼最大拉应力在某个阶段内必然会出现超过容许拉应力的过程，如果不加任何调整，拱脚截面的砼将开裂，而开裂的砼是不能承受力的。如果将钢管划分成若干个节段，然

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后分节段施工，不仅会给施工带来巨大困难，而且难以保证各个节段内砼浇筑质量。

事实上，我们完全可以通过斜拉扣挂的方法，通过张拉扣索的办法来调整砼浇筑过程中拱脚截面可能出现超过拉应力的区段，这种技术已有许多成功的经验，这样既能保证施工质量，又能保证砼不出现超过容许拉应力的应力值。

（二）、开展施工控制的重要性

钢管砼拱桥开展施工控制的重要性，概括起来有以下几点： 1． 钢管砼拱桥是一个自架设体系；

钢管砼拱桥是一个自架设体系，这意味着钢管砼拱桥结构是随着施工的推进而逐渐形成的，从钢管拱桁架的吊装、合拢，到缀板砼与弦杆砼的浇筑，从拱上立柱、吊杆的安装，到桥面系统的形成，都是一步一步形成的。纵观整个施工过程，钢管砼拱桥在拱桁架吊装合拢和砼浇筑阶段是是否成功的关键，尤其是砼浇筑过程中控制截面拉应力的出现，必须通过施工控制才能实现；

2． 钢管砼拱桥施工是一个不具“可逆性”的过程，在施工过程中必须按照设计意图，均匀变形和受力；

钢管砼拱桥施工是一个只具有前进而不倒退性的施工过程，这就意味着拱轴变形、应力应变一旦产生，就在不能再通过其它途径来调整。理论分析和施工实践都表明，砼浇筑过程拱轴线型呈不均匀变化，这对以受压为主的拱桥是非常不利的，通过施工控制，可以改善拱圈变形，使拱圈均衡变形，以满足设计意图；

3． 钢管砼拱桥是一个逐步形成的组合结构，其施工过程中的强度、稳定性在不断变化，确保施工安全是施工控制的一个重要方面。

钢管砼拱桥之所以得到迅速推广，原因之一就在于它的施工。钢管拱自重轻，便于吊装，安装容许，强度高。钢管既是砼的模板，又是很好的承重结构。然而，钢管砼拱桥结构是逐步形成的，先是钢管拱桁架的合拢，而后是缀板砼和弦杆砼的浇筑，不同的浇筑顺序对钢管拱结构的受力、变形、稳定性是不一样的，通过施工控制，就可以方便的安排施工顺序，控制施工过程中各个阶段的稳定性，保证拱桥安全顺利的建成；

4． 施工控制是本桥本身的结构需要。

合阳嘉陵江大桥是一座五跨拱桥，跨径各不相同，在施工过程中必然存在不

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平衡过程，这对桥墩的安全和稳定性是相当重要的，通过施工控制，可以合理的调整桥墩受力，避免桥墩承受过大的不平衡力，确保施工安全。

四、 测试方案

有关测试方案详见合川合阳嘉陵江大桥测试方案。

五、 目前已开展的工作和现有的设备

重庆交通学院在拱桥的设计理论、空间结构行为、施工控制理论和实践方面作了大量的卓有成效的工作，先后承担了万江大桥、广西邕宁邕江大桥等世界先进水平的拱桥的监控任务，对确保大桥的顺利建成作出了重大贡献，先后获得国家科技进步二等奖、三等奖、交通部科技进步特等奖、交通部科技进步一等奖、二等奖多项。1998年桥梁与隧道工程学科被评为交通部唯一的重点学科，1999年结构工程实验室被评为交通部重点实验室。

六、 合作内容与成果

1． 钢管砼拱桥施工控制软件维护开发 2． 现场指导施工控制 3． 参与施工方案的制定 4． 监控完成后6个月递交报告

七、 施工控制费用概算

（一）、测试材料费 ：106000元

1． 钢弦计 100个×720元/个＝72000元 2． 温度片 50个×80元/个＝4000元 3． 导线 10000米×3元/米＝30000元 （二）、研究试验费：50000元 包括砼弹模、抗压强度等。 （三）、软件维护开发费：60000元 （四）、科研人员补贴 ：168000元 8人×20000元/年×1.5年×0.7＝168000元 （五）、差旅费：6人×30次×50元/次＝9000元

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（六）、课题鉴定、成果资料费：65000元 （五）、学院课题管理费：114500元 合计人民币：572500元。

八、设计监理

合川合阳嘉陵江大桥是一座特殊大桥，进行设计监理是非常有必要的。为了能准确、有效、快速地完成设计监理任务，建设方应要求设计单位提供大桥设计计算的主要成果。

设计监理是最近才开始的一种特殊监理方式，目前国家尚未颁布这方面的收费标准，只是上海市建委颁布了地方性的法规，规定设计监理费按设计费的15％收取。

重庆交通学院简介

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重庆交通学院是交通部直属的一所培养交通高级专门人才的工科院校。学院位于重庆市南岸交通大道，校园面积34万多平方米。学院有一流的结构试验中心等25个实验室，有设备先进的计算中心和电教中心。有8个科研所，7个硕士点，1个部级重点学科，1个部级重点实验室，8个院级重点学科梯队。

学院现有硕士及全日制本专科学生3200余人，成人教育学生1500人，拥有一支500余人的高级职称或高学历教学骨干力量、实力比较雄厚的教学科研队伍。现设有道路工程系、桥梁工程系等八系一部和成教分院，按教育部新颁布专业目录及专业方向。

学院科研实力雄厚。共承接了三峡枢纽工程施工期及建成后通航的研究，成渝高速公路、广东虎门大桥、万江大桥等国家重点建设工程的科研项目和重大工程的设计施工研究近百个，其中，获国家、部、省、市科技进步奖四十于项。

桥梁及结构工程系师资力量雄厚，专业优势突出，拥有“桥梁与隧道工程”、“结构工程”两个硕士点，其中“桥梁与隧道工程”为交通部部级重点学科，“结构实验室”是部级重点实验室。近年来，在大跨径桥梁体系及非线性空间分析、施工控制、新材料、新结构、新技术开发及应用研究、桥梁损伤及减灾防灾等方面取得突出成绩，获得多项国家和省部级科技进步奖，为交通建设输送了大批优秀人才。

项目负责人简介

周水兴，男，1967年生，副教授，硕士，交通部十百千第三层次人选。

1990年毕业于重庆交通学院桥梁与隧道工程专业，同年免试保送攻读硕士学位，1993年硕士毕业留校至今，1994年破格晋升为讲师，1998年破格晋升为副教授。

自参加工作以来，主要从事桥梁设计理论研究，尤其在钢管砼拱桥的设计理论、施工控制、旧桥加固等方面的教学与科研工作。除承担本科生、研究生的教学任务外，先后参与或主持多项科研项目，其中交通部行业联合攻关项目“大跨钢管砼劲性骨架拱桥砼收缩徐变及几何、材料、温度非线性因素影响”获1998

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年度国家科技进步三等奖，1997年交通部和重庆市科技进步二等奖。在国内学术刊物、全国性学术会议上发表论文近30篇，主编或参与编写的教材、专著5部。

自工作以来，主持及主研的项目有（注：以参加项目的时间为序）： 1. 大跨径钢管砼劲性骨架砼拱桥收缩、徐变等非线性因素影响研究

主研 获1998年度国家科技进步三等奖 获1997年度交通部科技进步二等奖 获1997年度重庆市科技进步二等奖 获重庆交通学院科技进步特等奖 2.广西邕宁邕江大桥施工控制 参研 已完成 3.异形桥跨结构CAD研制 项目负责人 获重庆交通学院科技进步二等奖 4.浙江省三门键跳大桥施工控制 项目负责人 正在进行 5.巴彭公路江阳桥病害分析及处治 项目负责人 已完成 6.湖北江汉五桥施工控制 主研 正在进行 7.重庆市万州区双青公路杨柳大桥病害分析与加固 项目负责人 已完成 8.重庆市九龙广场公路桥1＃桥台病害分析与处理 项目负责人 已完成

刘德炎，男，19年生，副教授，硕士。1982年毕业于重庆建筑大学，1985

年攻读华中理工大学硕士研究生，1988年毕业分配到重庆交通学院，主要从事结构计算与程序开发的教学与科研工作，曾参加过多座大桥的结构分析和施工监控工作。

附件：项目负责与主要参与人员

参与人员 姓 名 职 称 学 历 从事专业 7

周水兴 项目负责人 刘德炎 顾安邦 周志祥 施尚伟 参加人员 杨 刚 张 敏 张雪松 陆 萍 胡免溢 副教授 副教授 教授 教授 副教授 实验师 讲师 助教 助教 助教 硕士 硕士 本科 博士 本科 本科 本科 硕士 硕士 本科 桥梁与结构工程 结构分析与计算 桥梁工程、顾问 结构工程、顾问 工程测试 试验测试 结构工程 桥梁结构计算 桥梁工程 桥梁工程

（一）、测试材料费

1．钢弦计 100X720元/个＝72000元 2．.频率计 4X2000元/个＝8000元

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3．应变片测点 40X100元/个＝4000元 4．加长专用导线 10000米X3元/米＝30000元 5．绝对应力计 30X850元/个＝25500元 6．设备调迁费 5000元

7．绝对应力仪 1X2000元＝2000元 8．测站工棚 2X2000元/个＝4000元 合计： 143000元 管理费 20％ 28600元 总计： 171600元

（二）、施工监控软件分析设备购置费

1．计算机两台（一般式＋便携式） 15000元＋30000元＝45000元 2．打印机一台 6000元 3．笔墨纸张 2000元 合计： 53000元 管理费 20％ 10600元 总计： 63600元

（三）、试验研究费

包括砼弹性模量、抗压强度测试，徐变变形对结构的影响的测试费用55000元 管理费 20％ 11000元 总计： 66000元

（四）、变形观测

施工变形观测费 50000元 管理费 20％ 10000元 总计： 60000元

（五）、监控分析费

1．软件编制及使用费 50000元

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2．结构监控分析费 20000元 合计： 70000元 管理费 20％ 14000元 总计： 84000元

（六）、住宿费

住宿费 2人（常住）X25元/天X500天＝25000元 管理费 20％ 5000元 总计： 30000元 （七）、差旅费、生活费、通讯费

1、差旅费 8人X30次X50元/次＝12000元 2．生活费 3人X300元/月X18月＝16200元 3．通讯费 3人X300元/月X18月＝16200元 合计： 44400元 管理费 20％ 8880元 总计： 53280元

（八）、科研人员补贴

科研人员补贴 10人X5000元/人X1.5年＝75000元 管理费 20％ 15000元 总计： 90000元 （九）、课题评审鉴定、成果资料及管理费 30000元 （十）、学院科技处课题管理费 20％ 8480元X0.2＝129696元 （十一）、税金 5.7％ 778176元X5.7％＝44356元 经费总计： 822532元

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