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1、财务管理风险控制大跨度桥梁工程施工质量控制与风险研究讲义大跨度桥梁工程施工质量控制与风险研究摘要大跨度桥梁桥半个世纪来在世界范围内大量建造，已成为世界桥梁的发展趋势。大跨度桥梁一般采用分段施工的方法，在施工过程中主梁的结构、内力、荷载都在不断发生变化。各阶段产生的误差涉及因素繁杂，需要对各阶段的施工参数不断监测、校验、修正。施工质量控制技术在连续梁桥的建设过程中是不可或缺的一部分，对其研究比较重要。本文对大跨度桥桥在国内外的发展情况进行了比较，并且通过对施工控制技术的发展情况的陈述，阐述了连续梁桥建设和施工控制的不足。然后介绍了施工控制理论与方法，尤其是采用自适应控制方法，结合相应的施工手段和
2、检测方法，对主梁线形、内力等关键指标实施控制。随着桥梁的发展和跨径的不断增大,各种不确定性对结构的影响也越来越大。但是,现有研究大多是针对结构中的确定性问题,对于影响结构安全的各种不确定性问题研究较少。而事实上,和其它结构物一样,大跨度桥梁结构中存在着大量的不确定性。大跨度桥梁施工风险有必要进行分析。本文的工程背景是天池特大桥。以大型通用软件Midascivil为基础，建立了全桥有限元模型。通过仿真计算分析，得到主梁各节段在每一步施工步骤中的预拱度和应力值，作为施工过程中对立模标髙的调整依据和应力监测的预判依据。通过实测数据同有限元计算结果的对比分析，可以有效地证明有限元模型的准确性和在施工过
3、程中的指导性。桥梁在建设期间直至成桥状态的内力都在安全范围之内，主梁实际高程均高于设计高程，符合建设要求和目标。并对天池特大桥施工中存在的各种风险进行识别，通过现场实测调研及监测数据，提出了5项主要的风险因素，根据风险发生概率和风险损失，确定了本桥施工过程中的风险等级，为高度风险，并通过采取有效控制措施和制定的应急预案，完成达到将项目建设风险降低到最低程度，保证安全实施的目标本文所得结论可为今后同类桥梁的建设提供有意义的借鉴。1绪论1.1引言目前采用的大跨桥梁施工技术一般为分段施工法。分段施工中桥梁结构的最终形成必然要经过许多的施工阶段,尽管每个阶段都严格控制施工时的结构几何尺寸、容重、收缩、
4、徐变、弹性模量、预加力和索力等可以人为控制的因素,但是不可避免地会出现实际结构状态与理想结构状态的偏差。这种偏差可能来自于施工本身的误差,也可能是环境误差的干扰,还可能是测量系统的误差。随着桥梁结构跨径和结构复杂性的增大,这种误差已经到了影响结构的几何线形、改变结构内力状态、甚至威胁结构施工的安全。如何消除或修正这些误差,确保施工过程中的结构稳定安全,力求最终成桥受力状态基本符合理想状态要求,已经成为目前桥梁结构分段施工中的关键问题。桥梁结构的施工质量控制是现代控制理论与桥梁工程结合的必然产物,随着桥梁跨径的不断增大,以及新材料、新工艺、新的施工方法在桥梁工程中的应用,桥梁结构施工控制所涉及的
5、范围越来越广。桥梁施工质量控制是指在各施工阶段通过测量关键参数识别结构的状态参数,预测估计实际结构状态,最优控制成桥状态。确保施工质量是工程的关键,施工质量控制的目的在于保证施工过程中桥梁结构截面应力分布、挠度变化都能处于安全合理的范围之内,特别是确保大桥顺利合拢,使合拢段两悬臂端实际标高与设计相应标高目标的偏差不大于监控允许值,合拢后桥面线形良好,结构受力合理。同时，随着桥梁的发展和跨径的不断增大,各种不确定性对结构的影响也越来越大。但是,现有研究大多是针对结构中的确定性问题,对于影响结构安全的各种不确定性问题研究较少。而事实上,和其它结构物一样,大跨度桥梁结构中存在着大量的不确定性。由于大
6、跨度桥梁结构体系复杂,施工难度大,尤其是大跨度混凝土桥梁,多采用悬臂浇注的施工方法,施工工序多,施工工艺复杂,施工周期又短,这些不利因素进一步增加了大跨度桥梁在施工过程中的不确定性。天池特大桥一座桥型布置为520228.8320m的大跨度上承式拱桥，本文将以该桥为工程背景，研究桥梁结构的施工质量控制问题和风险问题。1.2工程背景1.2.1工程概况天池特大桥（原行对岔大桥）是世行贷款福建公路项目福建省省道S303线连接宁德市与屏南县的宁德八都桥头至屏南城关公路焦城段二期工程中的一座特大桥，大桥位于宁德市蕉城区洪口乡。桥梁长度405.40米,桥宽10.0米，桥梁高度142.0米。桥梁起点桩号K43
7、+474.53，终点桩号K43+879.93，桥型布置为:520228.8320m。主拱圈横截面采用单箱三室箱型截面，采用节段预制、缆索吊装工艺施工。桥梁总体布置图如图1-1。图1-1天池特大桥总体布置图1.2.2总体布置受峡谷两岸地形限制，本桥上承式钢筋混凝土空腹箱型拱主桥采用了较大的矢跨比，为1/4。总体布置为：净跨径L0=204.959m，净矢高f0=51.227m；计算跨径L=207.2m，计算矢高f=51.73m。桥宽为10m，其中车行道净-9m。为减少主拱分段长度，拱上结构跨度布置采用12.66m、12.68m两种跨度形式，共布置18孔。桥面系由8片预应力混凝土空心板梁组成。主桥左
8、岸设5孔20m预应力空心板引桥与道路连接，右岸设3孔20m预应力空心板引桥与隧道出口道路连接。桥面系简支空心板梁支撑在拱上立柱的盖梁上。桥面设2的双向横坡，横坡通过拱上立柱帽梁形成，铺装采用C40钢纤维混凝土，厚为12cm。1.2.3主拱结构主拱圈采用宽8.0m，高3.0m的单箱三室普通钢筋砼箱型断面，顶板、底板和腹板厚度均为25cm。主拱结构采用预制吊装法施工。主拱圈截面分三次形成，其中两个边室采用分段预制拼装成拱，中室采用拱上现浇顶、底板施工。预制标准段边箱宽2.8m，顶板预制部分厚度为10cm，腹板和底板厚度均为25cm。拱脚根部段设置一定长度的实体段，实体段通过变厚截面拱箱与标准断面连
9、接，形成过渡段。上下游拱肋共预制34节段，各节段长度不一。最长节段为2节段，沿拱轴线长度为15.881m，最大吊重118T。1.3大跨度桥梁施工的质量控制的研究现状1.3.1国外大跨度桥梁施工质量控制的研究现状国外最早采用桥梁施工质量控制技术，世纪年代初，日本在修建日野预应力混凝土连续梁桥时，建立了桥梁施工监测所需的应力、晓度等参数的观测系统，应用计算机对所测量参数进行现场处理，然后将处理后的实测参数送回控制室进行结构计算分析，最后再将分析结果返回到桥梁施工现场进行桥梁施工控制。上述方法也是国外传统的桥梁施工质量控制方法。国外在桥梁施工质量控制技术方面的研究和应用起步较早，现今众多发达国家已经
10、形成了较为完善的桥梁施工质量控制系统，并已将桥梁施工质量控制纳入到常规的桥梁施工管理工作之中桥梁施工质量控制方法已从人工测量、分析与预报，发展到由计算机自动控制的自动测量、分析与预报、参数调整等，并已形成了较为完善的桥梁施工控制系统。由于影响桥梁施工的因素太多、太复杂，目前尚有很多问题还亟待进一步解决；同时不断涌现的新型桥梁、规模（跨径）更大的桥梁也对桥梁施工质量控制工作提出了更高的要求，因此国外对桥梁施工质量控制技术的研究还在继续。20年代时首座的桥梁Stromsund把怎样让索力以及标高符合规划纳入建造中。在修TheodonNess桥梁时对桥的标高与初始索力中第一次加入了后退剖析法，这种核
11、算发法在加拿大等国建桥时也纳入。在日本的桥梁项目建造期中真实对比全部详尽地把桥梁施工操控理论使用起来，施工操控中请求的应力及挠度各方面元素的检查办法是由日本构建预应力的混凝土中的接连梁桥工程时创立，把这些得出来的参数用计算机实现了实际演算接着把这些处理过的参数用来结构核算处理然后又把处理得出的成果转到施工中用在工程操控方面。1.3.2国内大跨度桥梁的施工质量控制的研究现状我国在桥梁施工质量控制技术方面的研究相对起步较晚，然而发展却较为迅速。悬臂浇筑施工的桥梁施工质量控制内容主要为结构变形、结构应力和结构稳定性控制个方面。桥梁施工质量控制的工作重心一般放在结构变形控制上，由于影响应力测量精度的因
12、素较多，直接测试得到的应力不能精确反映结构实际应力状态，必须采用一定的修正措施对测试得到的应力进行修正，修正后的应力方能近似反映结构的应力状态，因此应力控制一般起安全预警的作用。文献1以成都东客站跨成渝右线立交连续梁桥为工程背景，实施了该桥的施工质量控制，获得了较好的效果。文章总结了悬臂浇筑施工的连续梁桥施工质量控制中存在的主要问题，指出连续梁桥施工质量控制的工作重点为应力监测和线形控制，其中影响应力监测效果的因素复杂，很难获得精确结果，往往作为一种“安全预警”作用，而桥梁线形控制较为精确，能够反映梁体真实状态，应作为桥梁施工质量控制的重点控制对象。作者计算分析了该桥梁结构受力情况，得出梁底最
13、大应力位置在悬臂根部、四分点和中跨跨中，因此应在这些位置处布置应力测点，保证梁体的施工安全和施工质量。文献2以沧德特大桥为工程背景，成功实施了该桥的施工质量控制。作者制定了该桥梁的施工质量控制方案，实施了具体的桥梁施工质量控制，保证了该桥成桥的线形和内力满足规范要求。作者研究了连续梁桥悬臂浇筑的施工工艺，对影响桥梁施工质量的关键工艺进行了验算，提出了挂篮、临时固结、0号块施工、合龙段施工为关键工艺，直接影响到桥梁成桥质量和施工安全，论述了0号块施工的具体步骤，强调了0号块施工中的预压方案，这些措施为桥梁的顺利建成提供了保障；作者利用有限元软件建立了挂篮的仿真计算模型，根据挂篮实际受力情况施加荷
14、载，对挂篮的安全性和变形能力进行了计算，验算了挂篮各个部件的强度，计算结果表明，该挂篮结构强度足够。临时固结是保证悬臂浇筑施工的连续梁桥抵抗倾覆力矩的构造措施，它对保证桥梁施工安全性至关重要文献讨论了临时固结措施的计算方法，对苏丹西纳公路大桥墩梁临时固结的设计进行了验算，证明了该桥梁临时固结的安全性。文献3以南水北调丹江口大桥为工程背景。作者在文章中详细分析了悬臂浇筑施工方法中的体系转换对施工控制的影响和临时固结措施对主梁挠度的影响，计算结果表明，计算模型误差引起的主梁挠度误差在悬臂段施工时小，体系转换后变大，误差主要出现在体系转换后，且体系转换后的模型误差不能在施工控制过程中进行修正，所以建
15、立的计算模型应尽量与实际情况相吻合，这是保证桥梁施工控制计算理论值与实测值相吻合的重要条件；关于临时固结解除后边界条件的模拟，采用固定铰支座模拟会引起结构误差，误差的大小取决于桥墩刚度的大小，桥墩刚度大误差小，桥墩刚度小误差大；建议对桥梁柱也采用有限元模拟，连接采用弹性连接模拟支座真实情况，刚度系数参照。文献4以田螺大桥为工程背景，进行了该桥的施工质量控制。釆用自适应控制理论实施了该桥的施工质量控制，获得了较好的成果。由于实际施工中结构自重与理论值普遍存在偏差，该偏差对桥梁的结构状态影响较大，是引起结构状态偏差的主要来源，为了保证桥梁施工安全和成桥质量，必须在桥梁施工中严格控制自重误差；混凝土
16、弹性模量直接影响到结构的刚度，对结构变形有影响，弹性模量大，结构刚度则大，结构变形相应要小，反之相反，但是其对结构的应力状况影响不大；预应力损失是预应力混凝土梁桥施工质量控制误差产生的另一个主要因素，预应力损失不仅影响到桥梁变形，还影响到结构应力，因此正确选取预应力参数是保证准确估计预应力影响的前提条件，在大跨度桥梁施工中，必须对预应力管道磨阻系数及偏差系数进行现场实测；混凝土收缩徐变对主梁跨中变形影响较明显，对结构内力也有一定影响。结构参数误差是引起结构实际状态和理想状态偏差的主要因素。通过参数识别和修正，减小误差，进而达到计算模型能较为真实反映实际结构情况的要求，可以很好地预测结构下一阶段变形，达到桥梁施工控制的目标。文献5以某预应力混凝土连续梁桥为工程背景，实施了该桥的施工质量控制，获得了较好的效果。采用自适应法进行施工质量控制，介绍了利用有限元软件建立结构计算模型时关键参数的
