基于信息化检测的支架法现浇箱梁施工工法.pdf

1、1基于信息化检测的支架法现浇箱梁施工工法 1 前 言1 前 言 满堂支架现浇混凝土箱梁是桥梁工程中一种较为常见的施工方法。由于支架类型、搭设结构形式多样、施工中不确定因素多以及支架设计计算理论不够完善（目前计算简化不够完善）等特点，在地质结构或施工交通复杂环境复下，前关于满堂支架的整体监测和评价手段仍有限，因此在工程实践中，满堂支架在施工过程易出现支架体系局部失稳甚至整体垮塌等严重质量安全事故，不但给施工企业造成巨大的经济损失，而且也造成了恶劣的社会影响。鉴于此，我公司研究开发了基于互联网+的信息化检测系统，实现对满堂支架的实时、有效和快速检测，并成功应用于崇贤至东湖路连接线工程等实践中，效果

2、良好。现将其总结编制成工法。该工法涉及的一种支架现浇箱梁信息化检测装置，已获得国家实用新型专利授权，专利号为 ZL201721184826.3。2 工法特点2 工法特点 2.0.1 经济安全可靠。针对满堂支架现浇箱梁施工过程极易出现支架体系局部失稳甚至整体垮塌等严重质量安全问题，采用智能传感器配合无线通讯技术，不仅对支架立杆的应力和变形进行实时监测，同时对支架整体稳定性起重要作用的剪刀撑也进行转角监测，实现了对支架结构全方位的有效监控。2.0.2 快速高效先进。该工法支架应力监测采用无线网络控制器、振弦信号采集器并通过 USB接口与笔记本电脑或台式 PC 机连接，自动完成静态和动态数据采集，再

3、通过信息管理软件处理分析，实现了对支架应力和变形的快速、可靠和实时监测。2.0.3 工艺成熟可靠。该工法采用智能传感器配合无线通讯技术，设备投入少，操作简单、实用、工艺成熟、可操作性强并易于推广使用。2.0.4 节能低碳环保。该工法基于互联网+的信息检测系统，实现支架监测数据的自动采集和实时监测，解放了大量劳动力，低碳、节能，符合国家大力倡导的绿色工程施工理念。23 适用范围3 适用范围 适用于满堂支架法现浇箱梁，尤其适用于地质结构复杂、宽幅、大跨高支架法现浇箱梁施工。4 工艺原理4 工艺原理 城市建设发展中，高支架搭设越来越普遍，地质结构和施工交通环境越来越复杂，由于支架设计计算理论不够完善

4、（目前支架简化计算不够完善）特点，采用智能传感器配合无线通讯技术，形成支架互联网+的信息检测系统，对满堂支架立杆的应力、变形和对支架整体稳定性起重要作用的剪刀撑转角进行实时、快速、可靠监测和安全预警及信息化管理，实现对支架结构全方位的有效监控。支架监测按预压阶段和施工阶段进行，对支架每联每跨选择 L/4、L/2、3L/4 和支座处作为监测截面，每个截面布置 3 个应力测点和 3 个转角测点（两边腹板和中腹板）；每个截面选择 2 处横向剪刀撑布置转角测点；纵跨每跨选取 3 如图 4-1，4-2 所示。4-1 满堂支架现浇箱梁信息化检测平面布置示意图图4-2 传感网络系统结构示意图5 工艺流程及操

5、作要点5 工艺流程及操作要点 5.1工艺流程 施工工艺流程见图 5.1-1 所示：3图 5.1-1 施工工艺流程图图 5.1-1 施工工艺流程图 5.2 施工操作要点 5.2.1 施工准备 根据现浇箱梁结构设计参数，结合公司自有支架类型，合理选用现浇箱梁满堂支架类型，并进行搭设支架方案设计和受力验算。采购钢筋、钢铰线、锚具、支座、水泥、碎石、碎石等所需主要材料。对施工管理人员和施工班组进行安全“三级”教育。5.2.2 支架监测方案设计 根据工程实践经验，除对支架立杆进行应力和变形监测外，对支架整体稳定性起重要作用的剪刀撑也需进行转角监测。同时根据现浇箱梁施工流程，支架应力和变形监测方案分预压阶

6、段和施工阶段两个阶段进行，监测对象为立杆和剪刀撑，监测参数为应力和转角。1 预压阶段 支架每联每跨选择 L/4、L/2、3L/4 和支座处作为监测截面，每个截面布置 3 个应力测点和 3 个转角测点（两边腹板和中腹板）；每个截面选择 2 处横向剪刀撑布置转角测点；纵跨每跨选取 3 处纵向剪刀攩布置转角测点，如图 5.2.1-1(a),(b),(c)所示。4(a)(b)(c)图 5.2.1-1 满堂支架现浇箱梁信息化检测断面布置示意图 2 施工阶段 每一联每跨选择跨中截面处，每个截面布置 3 个应力测点和 3 个转角测点（两边腹板和中腹5板）；每个截面选择 2 处横向剪刀撑布置转角测点；纵跨每跨

7、选取 3 处纵向剪刀攩布置转角测点。5.2.3 支架搭设 1 地基处理 支架搭设前，对地基进行回填压实，测试地基承载力达到 100kpa 以上，视情况填筑 30-50cm宕渣或者其他合适材料，浇筑 10-15cm 厚 C20 混凝土。支架基础设双向横坡进行排水，支架地基外两侧设置纵向临时排水沟，排水沟位置在箱梁投影边线外 1m。2 支架搭设 支架搭设严格按照施工方案进行布置。安装时先确定起始位置，并根据地面标高确定立杆的长短分配，利用可调底托将标高调平，避免局部不平导致立杆不平、悬空或受力不均。第一层搭设完成后，抄平检查平整度。拼接立杆时用吊线锤检查其垂直度，防止立杆偏心受力。接头部位必须连接

8、牢固。剪刀撑设置时从顶到底要连续，搭接头保证不小于 100cm，接头卡不少于 3 个，与水平横向杆的夹角为 4560，两剪刀撑不允许自相交，布置在立杆两侧，如图 5.2.3-1，5.2.3-2 所示。图 5.2.3-1 满堂支架搭设 图 5.2.3-2 立杆伸出顶层水平杆的悬臂长度示意图 5.2.4 监测设备安装 支架立杆应力监测传感器采用具有高灵敏度、高精度和高稳定性的SJ-VW单通道振弦信号采集器/SJ-VW-4四通道振弦信号采集器，SJ-NC无线网络控制器，设备通过USB接口与笔记本电脑或台式PC机连接，可完成静态和动态采集，测量精度达0.1%，无线通讯距离可达300m。变形监测采用传感

9、器和无线通信单元整合封装的三轴加速度传感器由传感单元、微处理器、无线收发器三部分组成传感器节点硬件框架，采用6LoWPAN网关设计。软件框架由应用层、协议层和硬件抽象层构成。按预压阶段和施工阶段监测方案进行支架应力和变形监测仪器埋设，如图5.2.4-1(a)、(b)所6示。(a)(b)图 5.2.4-1 传感器安装 5.2.5 支架预压 1 支架预压 按设计要求进行不小于梁体结构自重的l.1倍的重量进行预压。预压材料若为砂袋，按实测容重和砂袋的空隙率换算成堆载高度以控制总的预压重量。加载按砼浇筑顺序，按50%、80%、110%三级进行加载，从跨中向两侧、左右对称、间隔跳跃加载（图5.2.5-1

10、所示）。每级加载完成后，进行观测和检查，符合要求进行下一级加载，发现问题及时解决。砂袋雨后需重新核定每袋的重量，预压时采取覆盖彩条布，防止雨淋。图 5.2.5-1 支架预压 2 应力变形监测 支架应力监测采用无线通讯方式进行，以实现快速、可靠和实时监测。施工过程不定期采用BGK-408 振弦式读数仪进行人工数据采集，可以对应力监测无线采集的数据进行对比和校核，如图5.2.5-2，5.2.5-3 所示。7变形监测采用传感器单元进行数据采集，经微处理器进行封装处理并通过无线发送给用户，同时无线收发器可以收取互联网的无线数据并倍微处理器处理后发给传感单元。对从应用层接收到的数据封装并由硬件抽象层发送

11、。接收来自硬件抽象层的数据包，并且根据 IP 地址判断数据包的发送目的地，如果自己是目的地就把数据包内的数据发送给应用层，如果自己不是目的地就把数据包经由硬件抽象已过去发送到下一节点。硬件抽象层的作用是在协议层和无线接口直接传递数据。利用采集到的测量数据，进行 X 轴、Y 轴和 Z 轴加速度计算，利用空间三轴加速度计算目标当前状态倾角。图 5.2.5-2 人工采集数据对比 5.2.6 箱梁模板钢筋骨架安装 1 模板安装 钢模板由专业厂家定制完成后，在加工场内检测拼装精度（要求小于 2mm），符合要求后运至现场安装校正。在支架上先进行底模安装，然后进行预压。预压完成后，先进行两侧模安装，绑扎底腹

12、板钢筋，再进行内模安装，如图 5.2.5-3 所示。图 5.2.5-3 模板安装图 5.2.5-4 钢筋绑扎 2 钢筋骨架加工安装 钢筋半成品在工棚内加工，由平板拖车将配置好的钢筋分批运输至各施工点安装。钢筋绑扎，8先进行底板及腹板钢筋绑扎，预先在模板上放样标记钢筋位置及间距，然后由下向上逐层安装钢筋。然后进行横梁和顶板钢筋绑扎，如图 5.2.5-4 所示。3 冷却管布设 箱梁横梁一般属大体积砼，为加快水化热散发，减小内外温差，钢筋骨架绑扎施工时同时进行横梁处冷却管铺设（见图 5.2.5-5、5.2.4-6），在混凝土浇筑完成后立即进行通水冷却。图 5.2.5-5 冷却管布置示意图 图 5.2

13、.5-6 冷却管安装图 5.2.6 箱梁砼浇筑和预应力张拉 混凝土由搅拌车运输至箱梁施工现场，汽车泵输送入模（如图 5.2.6-1 所示）。为确保箱梁砼外观质量，严格控制出机混凝土质量，到场后及时检测混凝土坍落度、入模混凝土等指标。混凝土浇筑完成后，及时进行二次抹面，为减少混凝土表面产生收缩裂缝，振捣后 2h 左右用电动抹面机进行第二次提浆抹面，然后用 3m、6m 铝合金直尺刮平，最后人工用木搓搓平。养护采用喷淋。图 5.2.6-1 箱梁砼浇筑 图 5.2.6-2 抹面机抹面 9 图 5.2.6-3 人工抹搓收面 5.2.6-4 箱梁顶板自动喷淋养护 5.2.7 信息化管理 对支架预压和混凝土

14、浇筑过程中应力和变形进行信息化检测，进行实时跟踪监控，该系统主要由硬件（智能无线传感器、路由器、协调器网关、远程 GPRS 设备和 GSM 短信报警设备）和软件（上位机监控软件和短信报警系统）组成，如图 5.2.7-1、5.2.7-2 所示。图 5.2.7-1 监控系统硬件设备 图 5.2.7-2 监控系统电脑监控端 5.2.8 落架 拆架程序遵守由上而下，先搭后拆的原则，即先松顶托，使底梁板、翼缘板底模与梁体分离。拆架时先拆箱梁翼板后底板或先外伸梁后主梁，并必须从跨中对称往两边拆。支架拆除分两阶段进行，先从跨中对称往两端松一次支架，再对称从跨中往两端拆，而且在整个拆架过程中必须有技术人员跟班

15、指挥与检查，以防拆架产生过大的的瞬时荷载引起不应有的施工裂缝，多跨连续梁应同时从跨中对称拆架，支架落架顺序如图 5.2.8-1 所示。10 图 5.2.8-1 支架落架顺序示意图 5.3 劳动力组织 主要劳动力见表5.3-1。表5.3-1 主要劳动力 人数人数 序号序号 作业组作业组 主要作业内容主要作业内容 技术员 技工 普工 1 技术组 施工、技术指导 5 3 /2 试验组 各种材料试验 2 2 2 3 作业组 支架作业 4 20 30 4 监测组 支架实时监测 2 2/5 钢筋组 钢筋加工、制作 2 20 6 模板组 模板加工、安装及混凝土施工 4 30 30 7 张拉组 预应力张拉、压

16、浆 2 8 10 6 材料与设备 6.1 工程材料 下表仅列举常规连续箱梁施工所需材料型号，具体根据项目实际或现有材料规格而定。主要工程材料见表 6.1-1。表6.1-1 主要工程材料 序号 材料名称 规格 序号 材料名称 规格 1 钢筋 HPB、HRB 7 剪刀撑 普通钢管 2 水泥、黄砂 PO 42.5/细度 2.47 8 网关 6LoWPAN 3 碎石/粉煤灰 516mm、1025mm/级 9 核心处理器 CC2538 4 支架 碗扣、HR 门式或盘扣式 10 H 钢 H588 5 预压材料 水泥块、砂袋或水囊 11 风冷冷水机 汉钟 R295Z 116 大型组合钢模 委托厂家定制 6.

17、2 机械设备 主要机械设备见表 6.2-1。表6.2-1 主要施工机械设备 序号 设备名称 型号 数量 序号 设备名称 型号 数量 1 无线网络控制器 SJ-NC 若干 8 搅拌运输车 10m 6 2 振弦信号采集器 SJ-VW/SJ-VW-4 若干 9 插入式振捣棒 20 个 3 加速度传感器 三轴 若干 10 电焊机 BX-500 15 4 水准仪 DZ2 2 11 钢筋弯曲机 4 5 吊机 50t 2 12 钢筋切断机 2 6 振弦式读数仪 BGK-408 13 砼泵车 H60 2 7 电脑 笔记本或台式 2 14 张拉压浆设备 智能 2 7 质量控制 7.1 质量控制标准 1.工法执行

18、公路桥涵施工技术规范（JTG TF 50-2011）；2.工法执行建筑施工安全检查标准JGJ59-2011；3.工法执行钢管满堂支架预压技术规程（JGJ/T194-2009）；4.工法执行钢筋焊接及验收规范（JGJ18-2012）；5.工法执行建筑机械使用安全技术规程JGJ33-2012;6.工法执行公路工程质量检验评定标准（JTG F80-2004）。7.2 质量控制措施 7.2.1 支架搭设及预压质量控制 严格按支架方案组织实施。堆载预压对称均匀进行，对支架进行预压消除非弹性变形及沉降得出弹性变形量，在预压的各个阶段及混凝土浇筑前后分别对支架进行监测。7.2.2 支架应力和变表监测实时动态

19、跟踪 1 根据项目实际工况和施工条件建立来设计支架信息化监测装置，基于互联网+和无线传感技术对支架应力和变形监测进行实时、快速和可靠监测。2 施工过程中不定期采用 BGK-408 振弦式读数仪进行人工数据采集，可以对应力监测无线采集的数据进行对比和校核。123 对支架预压过程中量测数据以及桥梁混凝土浇筑过程中监测数据进行信息化管理和评估，为混凝土浇筑过程中支架安全提供量化数据支持，为支架工程安全施工及管理提供及时、有效的反馈信息。7.2.3 大体积砼温控措施 1 明确质量控制参数。构件在入模温度基础上的最大温升值不宜大于 50；构件内表温差不大于 25；构件表面与大气温度不宜大于 20。2 加

20、强进场水泥质量控制。水泥为控制混凝土水化热的关键，除优化配合比降低水泥用量外，水泥进场时安排专人检测把关，并确保水泥在搅拌站的入机温度不大于 60。8 安全措施 8.0.1 现浇箱梁支架方案进行专项设计，对各类支架类型进行分项验算；8.0.2 箱梁施工属高空作业，操作时必须按要求采取相应的安全措施，佩戴安全帽、系安全绳，穿平底防滑软底鞋。8.0.3 进入施工现场，所有人员必须听从现场指挥人员指挥，严格执行各级安全纪律。8.0.4 施工机械设备进入施工现场安装位置与施工方案相符，起重机不靠近架空输电线，如限于现场条件必须在线路近旁作业时，采取安全保护措施后方可作业。9 环保措施 9.0.1 成立

21、对应的施工环境卫生管理机构，施工现场的环境管理符合国家及地方相关法律法规的规定。施工现场设置垃圾桶，废弃物材料统一堆放、分类处理。9.0.2 主要运输便道和车辆进出口采取定时洒水的措施，减少扬尘。10 资源节约 充分贯彻国家节能工程的有关要求，采用智能传感器配合无线通讯技术的支架应力监测和变形监测方法，实现快速、可靠和实时监测，大大解放了劳动力和生产效率，节能降耗。11 效益分析 11.1 技术效益 针对满堂支架现浇箱梁施工过程极易出现支架体系局部失稳甚至整体垮塌等严重质量安全问题，本工法采用了基于智能传感器配合无线通讯技术的支架应力监测和变形监测方法，可对支架应力和变形进行动态跟踪，实现快速

22、、可靠和实时监测。同时，支架监测中，不仅对立杆进行应力和变形监测，同时对支架整体稳定性起重要作用的剪刀撑也进行转角监测，实现了对支架结构全方位13的有效监控，实用性、可操作性强并易于推广使用，具有较好的社会经济效益。11.2 社会效益 本工法采用的基于互联网+和无线传感技术的支架应力和变形监测，其数据采用传感器单元进行采集，经微处理器进行封装处理并通过无线发送给用户，同时无线收发器可以收取互联网的无线数据并倍微处理器处理后发给传感单元，可 24 小时实时跟踪监测，解放了劳动力，提高了工效。对支架预压过程中量测数据以及箱梁混凝土浇筑过程中监测数据，通过信息化管理和分析评估，可以为混凝土浇筑过程中

23、支架安全提供量化数据支持，为支架工程安全施工及管理提供及时、有效的反馈信息，社会效益显著。但由于投入传感器监测硬件设备，因些其设备投入较常规人工监测成本高。12 应用实例 工程实例一 崇贤至东湖路连接线工程位于杭州市余杭区，工程线位利用现状 320 国道余杭段。一期工程的起点顺接现状秋石快速路高架，对现状高架落地段进行抬升改造，起点桩号为-K0+382.5(即秋石高架桩号 K20+822.3 处），沿线经过半山街道、崇贤街道、星桥街道、余杭经济技术开发区，终点到达星河路与 320 国道交叉口，终点桩号 K8+150，路线全长约 8.53 公里。其中第二合同段起讫桩号为 K4+189.6K8+1

24、50 段，含主线高架桥 1 座（长 3960.4m）和小林互通 1 座，路线长度 3960.4m。本合同总额为 122691 万元，总工期为 20 个月（2017.2.4-2018.10.3）。该项目 09 省道第 8 联（26+30+30）、第 9 联（30+30+30）、第 10 联(30+30+30)主线桥梁,为单箱三室等截面预应力钢筋混凝土连续箱梁（桥面宽 25.5m，支架高度约 27m），采用盘扣式支架现浇法。施工过程中采用了智能传感器配合无线通讯技术的支架应力监测和变形监测方法，对支架实现了实时、快速和可靠监测，保证了安全，社会效益显著，得到了业主及行业主管单位的一致好评。工程实例

25、二 义乌疏港高速公路工程第三合同段位于义乌市苏溪镇内，本合同段包括苏溪高架桥，设计为双向六车道高速公路，设计行车速度 100km/h，合同总造价 58200 万元，合同工期 2015 年 2 月 1 日2017 年 1 月 31 日，共计 24 个月。其中第三合同段的苏溪高架桥（K8+434K12+164.9），有 3 联（1 联 40+60+40、2 联45+75+45）采用整幅式变截面连续箱梁，桥面宽 33m，双向 6 车道。主跨 75m 分别上跨 S310 省道和阳光大道，均采用贝雷碗扣式满堂式组合门洞式支架。碗扣式满堂支架监测采用了智能传感器配合无线通讯技术的支架应力监测和变形监测技术

26、，得到了业主、监理单位的一致好评。14 工程实例三 崇贤至东湖路连接线工程位于杭州市余杭区，工程线位利用现状 320 国道余杭段。一期工程的起点顺接现状秋石快速路高架，对现状高架落地段进行抬升改造，起点桩号为-K0+382.5(即秋石高架桩号 K20+822.3 处），沿线经过半山街道、崇贤街道、星桥街道、余杭经济技术开发区，终点到达星河路与 320 国道交叉口，终点桩号 K8+150，路线全长约 8.53 公里。其中第二合同段起讫桩号为 K4+189.6K8+150 段，含主线高架桥 1 座（长 3960.4m）和小林互通 1 座，路线长度 3960.4m。本合同总额为 122691 万元，总工期为 20 个月（2017.2.4-2018.10.3）。该项目主线高架桥第一联至第七联，为单箱三室等截面预应力钢筋混凝土连续箱梁（桥面宽25.5m，支架高度平均约 15m），分别采用了碗扣式、HR 型门式支架现浇法。施工过程中采用了智能传感器配合无线通讯技术的支架应力监测和变形监测方法，对支架实现了实时、快速和可靠监测，保证了安全，社会效益显著，得到了业主及行业主管单位的一致好评。