第11卷第12期中国水运V ol.12
N o.11
2011年12月Chi na W at er Trans port D ecem ber 2011
收稿日期：2011-10-15
作者简介：楼伟中（），男，浙江永康人，杭州市港航管理局航道养护管理处高级工程师，全国注册土木工程师（港
航）、注册一级建造师（港航、桥梁、房建）、全国注册咨询、造价、监理工程师，从事港口及航道专业工作。 楼伟中
（杭州市港航管理局航道养护管理处，浙江杭州310015）
摘
要：航道桥梁顶升工程目前在航道桥梁改造中迅速推广，作为一门新技术，施工监控是重要的一环。文中在总
结多座航道桥梁顶升的经验基础上，对桥梁顶升监控各个环节进行初步的总结与探讨，供施工同仁参考。关键词：航道；桥梁；顶升；监控中图分类号：U 448.23
文献标识码：A
文章编号：1006-7973（2011）12-0166-04
过去我国交通发展往往是重视陆路交通轻视水运运输，所以造成许多临跨河桥梁净空高度不能满足航运发展的要求，成为了水运发展的瓶颈。随着经济的发展和航运的回归，原有的很多桥梁不能满足航运通航净空要求。航道桥梁顶升由于其环保及对交通影响少等优势，目前在航道改造中得到迅速推广，并取得了良好的社会和经济效益。航道桥梁顶升
技术作为一种建筑新技术，其中一些工艺可能对结构安全产
生不利影响。目前由于相关研究较少，还不能完全通过设计和施工组织设计来完全保证结构或构件的可靠性。为此，施工中采用现场实时监测的方法进行质量控制，以保证结构安全和平移工程的顺利进行[1]。 桥梁施工监控是一个系统工程，主要包括两部分。一部分是数据采集系统，即监测；另一部分是数据分析处理系统，即控制。施工监测是利用事先在顶升梁主要部位安装数种性能各异的传感器和相关的测试仪器，按施工方案的工序和工况，不间断地测得大量数据，包括几何参量和力学参量。施工控制则是利用高效计算机程序，对数据进行分析处理；与原设计方案进行比较和误差分析，并确定和指导下一个阶段的施工参数；预报施工中可能出现的不利状况及避免措施，即施工预警。
一、施工监控的组织机构[2]1．机构组成
顶升施工控制不是孤立的施工技术问题，它涉及设计、施工、监理等单位的工作。为做好顶升的监控工作，建议在组织形式上分两个层次开展控制工作，即设立施工控制领导小组与施工控制办公室。重大技术问题由领导小组讨论决定，具体工作由施工控制办公室实施。其组织机构人员建议安排如下：
施工控制领导小组：组长：业主负责人；成员：监控、设计、监理和施工等方面负责人。
施工控制工作办公室：主任：监控方负责人；副主任：业主、监控、设计、监理和施工等方面现场负责人；成员：全体监控人员、现场监理和施工相关人员。
2．各单位分工
业主：协调各成员单位的工作，及时召开施工控制会议。设计单位：提供结构计算数据文件、图纸、结构最终内力状态和线形。成桥状态下的主梁和主墩控制截面内力和应力；成桥线形要求。讨论决定重大设计修改，负责变更设计后各种验算。
施工单位：施工组织设计与进度安排，如有变更原定施工方案应及早提出。挂篮和支架挠度计算与试验。混凝土弹性模量、强度、容重等相关试验。桥面施工荷载调查与控制。负责测试元件的现场保护，并为监控单位提供现场测试的便利条件。
监控单位：负责监控方案和实施细则的编制，按批准方案和实施细则对施工进行监控。全过程参与施工技术方案讨论并提供技术支持，负责计算形成施工控制数据文件。施工过程结构应力应变和温度观测，并汇总所有数据。识别设计参数误差，并进行有效预测。负责预告梁体在顶升过程中的薄弱部位，分别报送施工单位、监理单位和总监办。发生重大修改及时通报参建各方，并会同设计、监理、施工单位提出调整方案，并报建设单位。及时向建设单位提交施工工况报告。主桥竣工后两个月内向建设单位提交施工监控总报告。
监控工程主要人员有技术负责人、项目负责人、计算分析负责、计算复核、现场组织负责、现场监测负责等。
二、监控工作流程及前期准备1
．监控工作流程
图1施工控制工作程序
1970-
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地震云与地震预测
由施工控制领导小组从总体上指挥施工控制工作，具体实施由施工工作办公室完成。首先由施工控制方发出施工控制指令表，然后报监理方确认签发至施工单位具体实施。一个阶段施工完成后，施工监控方进行简要小结，如正常则进入下一阶段的施工工作程序。施工控制工作程序见图1：在施工过程中，误差的产生是不可避免的。当主梁的线形、内力误差每工况能控制在精度要求范围之内，则不必调整，可按原方案继续施工。当这种误差超出控制范围时，则必须及时地预警。根据误差分析和计算确定是否需对原施工方案进行适当的调整。
2．顶升准备工作
（1）基础资料和试验数据的收集
顶升基础资料和试验数据的收集主要有：施工图设计文件；桥梁主体结构施工组织设计（含施工方案、施工记录）；桥梁顶升施工组织设计；气象资料：晴雨、气温等；施工荷载在桥上布置及设置；水文资料及地质资料；混凝土试验资料。
（2）施工仿真计算
施工监控要想达到良好的控制效果，事前充分的预测分析是必须的，也是最实在的，要做到施工过程受力特点参建各方人人心中有数。
仿真计算包括以下两方面的内容：首先对施工图设计文件进行全面复核计算，确定桥梁结构本身受力相对薄弱的部位，同时确定顶升过程中应力、位移控制的理论值。其次，对施工各阶段进行模拟计算。根据已有的顶升施工方案，模拟所有可能的受力工况，全面关注桥梁各主要受力截面的应力、位移变化规律，确定顶升施工过程的理论“轨道”。
根据施工前的模拟计算，可以了解全桥结构受力的相对薄弱环节，预告主梁顶升施工过程中的不利工况和关键环节，提前编写施工控制手册，以供施工过程参考。建立施工监控预警系统，施工过程中若监测发现应力、位移变化超标或与计算值相差过大等情况，将及时预警，并由施工控制领导小组组织设计、监理和施工各方，必要时聘请专家，召开专题会议，共同商议解决。
三、顶升一般要求
1．原则与方法
桥梁顶升监控的主要目的是要保证桥梁在顶升施工过程中的安全，首先以设计的成桥状态为目标，按照规范规定的各项设计参数确定每一施工步骤应达到的分目标，并建立施工过程跟踪分析程序，并测量实际施工中结构的变形和应力等数据，根据实际测量的数据分析和调整各统计参数，重新确定以后各施工步骤的分目标，建立新的跟踪分析程序，通过反馈计算分析预报施工中的不利状况，确保顶升施工对桥梁主体结构内力和线形不造成影响。监测时按以下原则安排：（1）预先制定监测计划；（2）
关键的施工环节进行必要的监测；（3）特殊工况发生时，补充监测；（4）监测结果出现异常时，补充监测。
桥梁顶升施工同样是分阶段、分步骤的施工，而且已经形成的主体结构参数可能与理论计算的有所差异，根据监控项目的实际情况选用自适应控制方法，施工前监测：主要是对各监测点取得各项监测参数的初值。如观测点坐标情况、标高等。整体顶升监测：包括顶升、支撑、落梁等过程的监测。监测内容主要包括位移监测、桥梁的整体姿态监测等。
2．顶升监测的一般规定如下[3]：
（1）应进行沉降和裂缝监测。对于特别重要的建筑物，还应对结构内力进行监测；
（2）测点应布置在对移位较敏感或结构薄弱的部位，测点的数量和监测频率应根据设计要求确定；
（3）应对建筑物各轴线移位的均匀性、方向性进行监测，有偏移或倾斜应及时调整处理；
（4）应对托盘和底盘结构体系进行检测，发现安全隐患应及时处理；
（5）根据具体情况规定预警值、报警值，并及时反馈监测结果；
（6）现场应设专职人员监测整个移位过程，及时发现和排除影响移位正常进行的因素。
四、顶升监测参数及内容
1．顶升精度及监测参数
各测点误差及控制断面应力值均应控制在规范规定和设计要求的范围之内，根据《公路工程质量检验评定标准》和《公路桥涵施工技术规范》的要求，并适当从严。
顶升过程以控制结构安全为主要目标，以应力为直接指标，但同时位移指标能更准确地反映顶升过程的稳定性，因此监控预警以应力和位移双重指标控制，只要有一项超标，则进行预警。监控预警后应立即停工，共同排查可能的原因，预警解除后才能进行下一工序的施工。具体数值根据设计要求和计算确定，下表为湖州南林大桥顶升示警值参考值[2]：
开钻表1监测项目与示警表
序号监测项目报警值
1主桥桥面同步顶升不同步移位监测不同步位移±2mm
2主桥桥面同步顶升不同步沉降监测累计不同步位移4mm
3
引桥不同步顶升桥面不同步沉降监
太空风洞测
顶升累计位移偏差2cm 4桥面中心水平位移监测偏离中心线2cm
5主桥应力监测
上缘最大拉应力1.30MPa
下缘最大拉应力0.24MPa 6主桥裂缝观测出现较大扩展或大于规范要求
根据多座桥梁顶升的施工总结，桥梁同步顶升过程中一般可采取以下监控参数：
（1）力监控：实时监测各千斤顶的实际顶升力，当与理论顶升力相差10%以上时应停机检查分析原因。
（2）位移监控：在墩顶位置设置位移传感器（百分表），安排专人在顶升时对各个百分表数据实时监控，若同步顶升过程中两墩处的位移差超过±2mm，应立即停止顶升。同时利用同步顶升系统自带的位移监控功能，实时监控各个千斤顶间的顶升位移，各千斤顶间的位移差亦不能超过±2mm。
（3）桥面高程监控：在桥台、墩顶及墩中设置高程测点，每顶升一个步阶，采用精密水准仪对各点进行高程测量，要求各墩顶间的竖向位移差不大于±，否则应停止顶升查
2mm
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明原因。
施工监测的最基本要求是保证桥梁结构的安全和确保施工结束后的桥梁线形和内力状态符合设计要求。桥梁顶升过程是一个动态过程，随着箱梁和盖梁的提升，箱梁、盖梁的纵向偏差、立柱倾斜率、板梁间隙等会发生较大变化，盖梁的支承点的相对变化对盖梁受力状态将会发生变化。为此要设置一整套监测系统，并要设定必要的预警值和极限值，以便将姿态数据反馈给施工加载过程。对异常情况监控小组均提供一份文字说明上报监控领导小组会知。
2．施工监控工作的主要内容及方法
施工前，应取得各监控点的各项监测参数初值。监控包括结构平动、转动和倾斜，主要有以下几方面内容和方法：（1）反力基础沉降观测：设置反力沉降观测体系来观测承台沉降，及时作出相应措施；
（2）桥面标高观测：在桥面设置高程观测点来推算每个桥墩的实际顶升高度，设置桥面标高观测点来验证实际顶升高度值，使顶升到位后桥面标高得到有效控制；
（3）桥面底面标高测量：它是桥面标高控制和测量的补充，提供辅助的顶升作业依据；
（4）箱梁、盖梁纵向位移观测：为了对顶升过程中箱梁、盖梁纵向位移及立柱垂直度的观测，在外立柱外侧面用墨线弹出垂直投影线，墨线须弹过切割面以下，在垂直墨线的顶端悬挂一个铅球。通过垂球线与墨线的比较来判断箱梁、盖梁的纵向位移及箱梁、盖梁是否倾斜。
（5）支撑体系的观测：钢支撑在顶升过程中将承受桥梁的全部恒载和施工荷载，其强度和稳定性对施工的安全起着决定性的影响，也是施工监控的重点部位。计算表明，由钢支撑等构件组成的空间支撑体系受力较为复杂。若施工过程中各千斤顶顶升的高度产生差异，将使各钢支撑的轴力发生变化，通过观测，能及时掌握支撑体系的受力和变形情况及时采取措施控制支撑体系的变形量，使施工在安全可控的环境下进行。
（6）伸缩缝间隙观测：通过伸缩缝间隙观测得到的数据，及时采取措施使施工顺利地进行。
（7）应力观测：应力观测主要通过粘附在重点结构部位的应变片进行实时监测，应变片主要通过结构变形参数来推算，并把相关数据传输至中央控制器，与设计设定应力值进行比较，当应力观测值超过设定值时，便会进行预警。
（8）裂缝观测：一般来讲，应变片测得的应变值超过设定值时，便会产生裂缝，但实际移位工程中，应变片的埋设不可能是全方位的。所以对关键受力部位进行裂缝观测是确定结构安全的最直观的方法。顶升工程施工中，重点观测的部位主要有：托换梁较大的弯矩和剪力部位，顶升点或应力集中部位，上部结构中薄弱部位或顶升中受力较大的部位。
目前应用较广的动力顶升系统，由“工控机＋可编程控制器＋液压控制系统”组成，实现执行机构的分散控制、集中操作和信息的集中管理，既满足多千斤顶载荷不均衡同步升降，又能对各顶升点压力、位移和应力进行实时监控，十分方便安全［5］。
五、南林大桥监控实例[，]
1．工程概况
因航道等级提升，桥梁净空不满足要求，需要将桥梁顶升3m，应业主要求，对该桥主、引桥的顶升施工过程进行监控。该桥施工采用PLC液压同步控制技术进行顶升，分级顶升10cm，通过浇筑上、下抱柱梁，安装桥梁顶升支撑体系顶升，接长立柱后凿除主梁抱柱梁，从而完成整个顶升过程，不同步高差控制在±2mm以内。
主桥为预应力混凝土变截面连续箱梁，顶升难度较大，顶升过程中的不同步高差会引起桥梁结构的附加内力。引桥为简支板梁，顶升难度较小。因此，顶升施工的关键是要保证顶升时千斤顶的同步性。
图2主桥立面图（尺寸单位：cm）
2．施工监控实施内容及程序
（1）位移监测
该桥顶升施工监控的位移监测主要达到两个目的，一个是顶升过程中梁体变形的同步性；另一个是顶升完成后梁体标高是否与设计标高相符。
非晶型磷酸盐结晶位移监测截面为各墩台顶截面，梁顶标高监测点采用往主梁顶板打入钢钉的方法，钢钉露出混凝土面约1cm左右，并在其周围用红漆标明编号。截面布置如图3所示。
主桥8、9号墩主桥7、10号墩
南引桥北引桥
图3主梁标高监测截面测点布置
监测重点内容：由于顶升的同步精度（±2m m）要求很高，根据图3所示位移观测点，在测点1、3位置处布设静力水准仪测试点，利用静力水准仪监测顶升过程同步位移及主桥累计不同步高差，根据理
论计算，控制在4m m以内；利用精密水准仪监测测点2在桥梁顶升后桥面标高及桥梁中心水平位移，尤其在换千斤顶施工阶段加强观测。
监控实施程序：（1）主、引桥施工前预先布置好所有标高监测点，梁顶测点读取初始读数；（2）各级施工工况下，随施工进程实时监测横向位移变化；（3）累积不同步位移应控制在以内，如有偏差应在下级顶升过程中对顶升位移加以调整；．根据设计要求判断梁体位移变化是否正常，
244m m
自动检测系统
4
第12期楼伟中：航道桥梁顶升施工监控
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如果有异常情况应立即暂停施工并查原因；（5）现场监控小组经分析后认为对主体结构无不良影响，可继续进行施工，否则应上报监控领导小组会议决定。
（2）应力监测
主桥应力监测是监控桥梁顶升施工过程是否安全最直接的手段，应力监测截面可根据计算确定。应力监测数值可通过应变片的参数进行推算而得。根据理论计算，在顶升过程中内力最大的截面是墩顶截面，但由于墩顶横梁处应力分布方向不明确，因此监测截面均设在墩顶两侧横梁范围以外约50cm 的位置，以取得较好的监测效果。应力测试截面和测点布置，如图4
所示。
a ）工况弯矩示意图
b
）监测截面布置图
c ）各截面测点布置图图4应力监测截面及测点布置图
监测重点内容：①顶升过程中关键截面应力不超过理论控制值；②顶升结束后关键截面理论上不产生附加应力。
监控实施程序：①施工前预先布置好所有应力监测点，并调试好设备，在顶升施工前读取初始读数；②顶升施工开始后，随施工进程实时监测主梁应力变化，应力要求同时测量当前施工墩（台）截面和相邻两个墩（台）截面的应力变化；③根据手册数据初步判断梁体应力数据是否正常，如果有异常情况应立即暂停施工并查原因；④现场监控小组经分析后认为对主体结构无不良影响，可继续进行施工，否则应上报监控领导小组会议决定。
（3）裂缝监测
在顶升施工前，对主桥已有裂缝处安装表面式传感器，在顶升施工过程中关注裂缝发展的情况。观测到的结构裂缝宽度应符合现行规范对结构裂缝宽度的要求。移位过程中如发现新裂缝，并经分析后认为所出现的裂缝对结构安全或移位施工有影响时，应及时进行加固或调整加荷方案。
（4）温度监测
本桥施工监控中的温度监测主要为配合应力和位移监测分析使用，根据现场情况布设。
3．施工监控监测频率
根据工况合理安排监测时间间隔，做到既经济又安全。根据设计图纸和施工方提供的施工组织设计计划安排，本工程工期为20d ，平均每天顶升约15cm 。拟定监测频率见下表。
表2监测频率表
序
号
监测项目
观测次数施工准备阶段
顶升阶段
顶升结束
后一周内
调坡结
束后1主桥桥面沉降监测
（自动化）170
2次初始值
1次/小时
1次/天
1次/3天
2主桥桥面沉降监测
（人工）27
2次初始值
1次/天
1次/2天
1次/3天
3
引桥桥面沉降监测（人工）27
2次初始值
1次/天
1次/2天
1次/3天
4
主、引桥桥面水平位移监测
27
2次初始值
1次/天
1次/2天
1次/3天
5主桥应力监测1702次初始值1次/小时1次/天1次/3天
6主桥裂缝观测232次初始值1次/天1次/2天1次/3天
六、结语
航道桥梁顶升工程目前虽发展迅猛，但仍处于起步阶段，
其理论远远落后于工程实践，没有成熟的设计和施工规范和规程可循，且缺少对移动过程中建筑物受力状态的研究[6]。所以施工监控就显得特别重要，笔者通过对湖州岂风大桥、南林大桥、西溪湿地等多座桥梁顶升工程的技术总结与研究，提出了一些操作性较强的施工监控重点与要点，经过实践，上述监控手段基本达到了预期的效果。希望对施工同仁能有借鉴作用，也为今后规范各方行为抛砖引玉。
参考文献
[1]李爱，吴二军，高仁华.建筑物整体移位技术[M].北京：
中国建筑工业出版社，2006.
缓冲块
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申线（浙江段）航道扩建工程湖州市南林大桥主、引桥顶升施工过程监控实施方案.2009，10.
[3]中国工程建设标准化协会标准.CECS225：2007.建筑物移
位纠倾与增层改造技术规范[S].北京：中国计划出版社，2008.
[4]多座桥梁顶升施工桥梁监测资料汇总.
[5]林耿雄，姜海波.桥梁顶升技术的探讨[J ].广东建材，2008，
10：65-68.
[6]叶利平.土木工程科学前沿[M].北京：清华大学出版社，
2006，295-304.
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