衢州火車站天橋監(jiān)測檢測方案

1、中南大學Civil Engineering Inspection and Test Limited Company of Hunan University衢州鐵路站天橋改造工程人行天橋鋼結構監(jiān)測檢測方案中 南 大 學湖南鐵院土木工程檢測有限公司二O一六年五月衢州鐵路站天橋改造工程人行天橋鋼結構監(jiān)測檢測方案一、 監(jiān)測檢測試驗概況工程位于浙江省衢州市高鐵站，鋼結構包括原天橋桁架下弦桿加固及天橋柱移位。天橋桁架下弦桿加固范圍為QL*QJ*/Q5、Q6軸線；需移位天橋柱為QK*、QJ*/Q5、Q6。鋼柱移位的順序為：設置臨時支撐拆除舊鋼柱安裝新鋼柱拆除臨時支撐。圖1 天橋鋼結構設置（一）設置臨時支撐，

2、桁架下方四根臨時支撐頂住桁架。支撐頂部設置液壓頂升裝置，且設置與頂升裝置等高的臨時支撐鋼管，桁架下弦底部與頂升裝置接觸部分設置50mm厚鋼板進行加固。圖2 設置臨時支撐（二）上部桁架腹桿施工，補齊上部桁架構件。圖3 上部桁架腹桿施工（三）焊接輔助桁架，以支撐原人行天橋桁架下弦桿。圖4 焊接輔助桁架（四）即有鋼柱切掉一段后進行節(jié)點替換圖5 即有鋼柱切掉一段后進行節(jié)點替換（五）即有鋼柱切割后，安裝新鋼柱。圖6 安裝新鋼柱在施工過程中，人行天橋在不同的施工過程中受力不同，可能導致鋼結構整體失穩(wěn)、局部構件和節(jié)點的破壞，并且有可能導致結構局部屈曲和失穩(wěn)。為掌握鋼結構施工過程的各項指標（如桿件和節(jié)點受力狀

3、態(tài)、結構橫向和豎向位移值等），保證鋼結構的施工安全性，根據(jù)設計院和施工方的要求，特制訂本監(jiān)測檢測試驗方案。二、監(jiān)測檢測的目的和依據(jù)（一）監(jiān)測試驗的目的1.及時了解和掌握人行天橋鋼結構及其鄰近屋架結構在施工過程中真實的受力和變形狀況；2.必要時，為天橋改造施工方案提供技術參考；3. 對鋼結構的對接焊縫進行超聲波檢測，保證鋼結構施工質量。4.為后續(xù)工程施工積累經(jīng)驗。（二）監(jiān)測試驗的依據(jù)1.滁州站天橋改造施工方案；2.建筑變形測量規(guī)程JGJ82007；3.工程測量規(guī)范GB500262007；4.精密工程測量規(guī)范GB/T1531494；5.中、短程光電測距規(guī)范GB/T1681897；6.國家三角測量規(guī)

4、范GBT179422000；7.國家一、二等水準測量規(guī)范GB/T128972006；8.新建鐵路工程測量規(guī)范TB10101-1999；9.建筑鋼結構焊接技術規(guī)程JGJ81-2002；10.市政橋梁工程質量檢驗評定標準；CJJ2-2008；11.鐵路鋼橋制造及驗收規(guī)范；TB10212-98；12.中厚板超聲波檢測方法GB/T2970-2007；13.鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分析GB/T11345-1989；14.鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級； GB3323 -2005。三、監(jiān)測試驗的范圍和內(nèi)容（一）監(jiān)測試驗的范圍滁州站人行天橋改建工程鋼結構的幾何變形和應力狀況，監(jiān)測工況為：設置臨

5、時支撐拆除舊鋼柱安裝新鋼柱拆除臨時支撐。監(jiān)測檢測的范圍是整個滁州站人行天橋改建工程鋼結構施工區(qū)域。（二）監(jiān)測試驗的內(nèi)容監(jiān)測試驗內(nèi)容主要包括：鋼結構的x和y向（即平面）位移監(jiān)測，以及z向（即高程）位移監(jiān)測；鋼結構的左支座、1/4跨、跨中、3/4跨和右支座的正彎矩和相應的負彎矩；具體試驗項目如下： 注：012數(shù)字為單側節(jié)點編號；為單側桁架梁單元編號圖7 鋼結構監(jiān)測位置圖表1：鋼結構監(jiān)測試驗的具體工程數(shù)量序號監(jiān)測對象監(jiān)測內(nèi)容布點位置設計工作量備注1鋼結構1）X、Y、Z位移監(jiān)測0-14左右兩邊主桁架節(jié)點處 反射片 302）關鍵截面的彎矩-平行于主桁架單元 應變片 1003）關鍵撐桿的軸力-平行于斜桿

6、應變片 30合 計反射片 30應變片 130 鋼結構單側應變監(jiān)測點布設圖 注：為應變計，為反射片。0，12,13,14節(jié)點如圖其他節(jié)點布設。圖8 鋼結構單側應變監(jiān)測點布設圖 （三）Midas建模分析 （1）人行天橋原結構圖9 人行天橋原結構下部支撐結構彎矩圖 圖10人行天橋原結構上部桁架結構受力圖（2）設置臨時支撐 圖11設置臨時支撐下部支撐結構彎矩圖 圖12設置臨時支撐上部桁架結構受力圖（3）拆除原柱 圖13拆除原柱下部支撐結構彎矩圖 圖14拆除原柱上部桁架結構受力圖（4）安裝新柱 圖15安裝新柱下部支撐結構彎矩圖 圖16 安裝新柱上部桁架結構受力圖（5）拆除臨時支撐 圖17拆除臨時支撐下部

7、支撐結構彎矩圖 圖18拆除臨時支撐上部桁架結構受力圖 臨時支撐附近的桁架內(nèi)力和梁的彎矩最大，所以在臨時支撐附近梁和桁架單元布設應力計和應變片。四、具體監(jiān)測試驗方案（一）幾何變形監(jiān)測試驗1.總體技術方案（1）鋼結構變形監(jiān)測試驗的核心內(nèi)容是對上述結構各重要點的空間位置變化進行精密觀測，通過觀測布設在結構物體關鍵部位的反射片三維坐標在一定時期內(nèi)變化來實現(xiàn)，三維坐標變化包括水平位移和沉降。（2）監(jiān)測精度指標：水平位移 ±1.0mm；沉降 ±1.0mm。（3）監(jiān)測點的觀測頻率以能系統(tǒng)反映變形過程且不遺漏其變化時刻為原則，根據(jù)鋼結構的實際變形狀態(tài)分析確定。觀測頻率原則如下： 若出現(xiàn)較大

8、變形或異常情況，則相應加大觀測頻率；若出現(xiàn)危險情況，則連續(xù)不間斷監(jiān)測；變形趨于穩(wěn)定，觀測頻率則適當減少。（4）根據(jù)現(xiàn)場條件，采用由基準點監(jiān)測工作基點、再由工作基點監(jiān)測變形點的兩級觀測層次。（5）水平位移監(jiān)測采用邊角網(wǎng)方案，以精密光電測距為主，方向觀測為輔。觀測精度設計指標：光電測距中誤差不大于±1.0mm；方向觀測中誤差不大于±2.0。（6）沉降監(jiān)測采用精密幾何水準和精密三角測量，幾何水準按一級變形觀測指標作業(yè)，觀測路線布設成多個閉合環(huán)，每次觀測前作i角檢核校正，其它要求按國家一、二等水準測量規(guī)范執(zhí)行。（7）為提高初始值的可靠性，首次觀測（零周期）的觀測量加倍。（8）基準網(wǎng)

9、的復測周期根據(jù)基準點和工作基點的穩(wěn)定情況確定。（9）變形檢驗在以穩(wěn)定點或相對穩(wěn)定點定義的參考系下，以相鄰兩周期平差值之差與兩倍測量中誤差相比較，并綜合考慮前若干期的成果。2.平面基準網(wǎng)基準點指遠離施工場地，且本身穩(wěn)定用于檢核和觀測工作基點穩(wěn)定性的點；工作基點指基本穩(wěn)定、且靠近結構物，用于測量變形點的位置或沉降變化的點（對水平位移監(jiān)測，工作基點埋設帶強制對中的觀測墩）；監(jiān)測點指埋設在變形體上反映監(jiān)測對象變形的點。（1）平面工作基準點布設采用強制對中固定觀測墩，安裝精密型不銹鋼強制對中盤，軸套和插軸公差小于0.1mm。（2）基準點在后期使用時仍需作穩(wěn)定性檢驗；工作基點則以基準點為參考系進行穩(wěn)定性檢

10、驗。（3）平面基準網(wǎng)觀測采用邊角網(wǎng)方案，以精密光電測距為主，方向觀測為輔，精度指標根據(jù)監(jiān)測要求確定，并考慮精度裕量，不采用等級標準。觀測精度設計指標：測距中誤差不大于±1.0mm/km；方向觀測中誤差不大于±1.0。成果精度設計指標：最弱點的坐標中誤差不大于±0.7mm，點位中誤差不大于±1.0mm；最弱相鄰點的相對坐標中誤差不大于±0.7mm，相對點位中誤差不大于±1.0mm。（4）光電測距依據(jù)中、短程光電測距規(guī)范、精密工程測量規(guī)范作業(yè)，并以工業(yè)測量方法確定隨機加常數(shù)，由于距離較短，不考慮“氣象代表性誤差”影響。（5）方向觀測依據(jù)國

11、家三角測量規(guī)范、精密工程測量規(guī)范作業(yè)，每次觀測前進行軸系檢核校正，保證軸系偏差存儲值為實際值；觀測過程中盡量保持照準部水準氣泡居中，以保證置平誤差始終處于補償器最佳補償范圍內(nèi)。（6）粗差檢驗采用M估計的選權迭代法，取Huber權函數(shù)。（7）作為首次觀測（零周期），平差計算采用獨立固定基準下的附有限制條件的間接平差，Helmert方差分量定權。平差過程中同時對點位、邊長、方位角、相鄰點相對點位的中誤差進行精度評定。3. 高程監(jiān)測網(wǎng)（1）在結構周圍的穩(wěn)定位置布設23個高程基準點，采用水準點標志。（2）高程基準網(wǎng)觀測采用精密幾何水準或精密三角高程，按一級變形觀測指標作業(yè)，觀測路線布設成多個閉合環(huán)，采

12、用一級變形觀測指標：每測站高差中誤差不大于±0.15mm。觀測路線布設成多個閉合環(huán)。每次觀測前作i角檢核校正，水準標尺選用銦鋼尺，其它要求按國家一、二等水準測量規(guī)范執(zhí)行。（3）粗差檢驗方法同平面基準網(wǎng)。（4）控制網(wǎng)基準和平差方法的選擇同平面基準網(wǎng)。（5）嵌巖基準點和水準基點的穩(wěn)定性檢驗同平面基準網(wǎng)。4. 水平位移（x和y向）監(jiān)測鋼結構的水平位移，包括x和y向。水平位移監(jiān)測方法采用方向交會和距離交會，交會角控制在30°150°之間，觀測數(shù)據(jù)整體構網(wǎng)平差。在工作基點觀測墩設置高精度LeicaTCA1201測量機器人（測角±1, 測距±1+1ppm）

13、，強制對中，每1監(jiān)測點安裝1片反射片，實現(xiàn)對“水滴”鋼結構等的高精度實時三維監(jiān)測（幾何變形），確保站房結構施工安全。具體技術要求如下：（1）平面監(jiān)測的精度設計指標：監(jiān)測點對相對于觀測控制點對的坐標中誤差不大于±1.0mm。（2）首次觀測（零周期）的觀測量加倍。（3）變形檢驗在以穩(wěn)定點或相對穩(wěn)定點定義的參考系下，以相鄰兩周期平差值之差與兩倍測量中誤差相比較，并綜合考慮前若干期的成果。（4）變形的物理解釋應確定變形體變形與變形因子之間的函數(shù)關系，并對引起變形的原因作出分析和解釋，以預報變形發(fā)展趨勢。根據(jù)需要和條件，采用回歸分析或函數(shù)模型法。圖19 三維位移測量控制點 圖20 三維位移測量

14、監(jiān)測點圖 圖21 強制對中盤（工作基點）5.豎向位移（z向）觀測豎向位移觀測鋼結構的左支座、1/4跨、跨中、3/4跨和右支座處的豎向位移觀測。監(jiān)測方法以精密幾何水準測量（以天寶DINI 03高精度數(shù)字水準儀（±0.3mm/km）或DINI 11高精度數(shù)字水準儀（±0.4mm/km施測）為基準，精密測量常規(guī)檢核；使用LeicaTCRA1201+測量機器人，在不同基準點設站，采用精密三角高程差分方法日常監(jiān)測 。沉降監(jiān)測點使用反射片，避免在鋼梁上焊接杯托，影響鋼結構美觀。水準高程和精密三角高程間的高差傳遞采用固定焊接小棱鏡杯托（如圖21）的方式進行。圖21 豎向位移測量工作基準圖

15、22 臨時支撐豎向位移監(jiān)測點幾何水準法觀測時，依據(jù)各工作基準點和監(jiān)測點的分布情況，按如下步驟進行：（1）布設水準路線水準路線布設的基本原則是，首先根據(jù)“水滴”鋼結構等監(jiān)測點的分布情況，布設首級控制網(wǎng)（起閉于水準基點），觀測各基準點與工作基點的高程；然后布設次級水準網(wǎng)（起閉水準基點或工作基點），觀測各沉降點高程。首級和次級水準網(wǎng)一般布設成閉合水準路線或水準網(wǎng)，具體采用那種路線，根據(jù)觀測點分布情況和建筑物密集程度決定。在布設水準路線時，為確保前后視距差滿足二級精度要求，同時滿足變形監(jiān)測的“三定”要求（路線固定、儀器固定、人員固定），要量測出每次儀器的安置位置，并用紅油漆或鋼釘在地面做出標記，固定觀

16、測路線。（2）水準觀測水準測量時，每次應根據(jù)預先選定的水準路線進行觀測，各站的觀測順序為：后、前、前、后。測定個別困難地段的沉降點高程時，也可采用支點觀測，但支點站數(shù)不得超過2站，且支點觀測必須進行兩次觀測。為保證高程基點的可靠性，每次觀測前應對基準點進行檢測，并作出分析判斷，以保證觀測成果的可靠。（3）使用儀器使用儀器必須是經(jīng)過國家批準的計量檢定部門進行檢定并取得合格證書的儀器，使用徠卡DINI 12高精度數(shù)字水準儀（±0.3mm/km）或DINI 11高精度數(shù)字水準儀（±0.4mm/km）。每次觀測前作i角檢核校正，水準標尺選用銦鋼尺，其它要求按國家一、二等水準測量規(guī)范

17、執(zhí)行。（4）水準閉合環(huán)站數(shù)的確定采用一級變形觀測標準：每測站高差中誤差不大于±0.15mm。觀測路線盡量布設成多個閉合環(huán)。假設使用儀器的精度是每公里往返測高差中數(shù)偶然中誤差為0.3mm，視線長度50m，設每公里的平均測站數(shù)為16站，則每站的高差中誤差為：。設一沉降水準環(huán)線共n站，i為環(huán)線上任一點，n1、n2分別為基點至i點的測站數(shù)。設為每測站的高差中誤差，Hi1、Hi2分別為從兩條水準路線(起于同一基點)推算到i點的高程。若不考慮起始誤差的影響，則Hi1、Hi2的中誤差分別為： ； 因i點高程Hi取Hi1和Hi2的加權平均值，即：因此i點的高程中誤差可按加權平均值中誤差公式計算：根據(jù)

18、誤差理論，水準環(huán)線的最弱點是環(huán)線的中點，即當n1=n2=n/2時，值為最大，即：由于沉降量S是由前后兩次所測高程求出的，即：，則S的中誤差為：，最弱觀測點其沉降量的中誤差為：按變形監(jiān)測一級精度進行水準測量，取0.25mm，按前述取0.1mm，則可得到沉降水準環(huán)線的站數(shù)n=25。（5）數(shù)據(jù)記錄及處理所有觀測數(shù)據(jù)由DINI 12（DINI 11）自動記錄，觀測過程中的各項限差完全按規(guī)范要求進行設置，并由DINI 12（DINI 11）自動進行控制。觀測完畢，將觀測數(shù)據(jù)傳入電腦，通過監(jiān)測系統(tǒng)對觀測原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理、平差計算、計算各點的高程及變化量、累積變化量和變形過程曲線圖。（二）應力應變等力學

19、性能監(jiān)測試驗針對相應位置貼應變片（具體見表1所示），以監(jiān)測上述結構的應力變化和分布情況，評估結構物的可靠度。（1）總體技術方案觀測頻率如下：日常一天觀測兩次，施工作業(yè)期間設置臨時支撐：臨時支撐施工期間每3小時觀測一次，24小時不間斷觀測，直至臨時支撐施工完畢后3天；拆除舊鋼柱：拆除舊鋼柱施工期間每3小時觀測一次觀測一次，24小時不間斷觀測，直至臨時支撐施工完畢后3天；安裝新鋼柱：安裝新鋼柱施工期間每3小時觀測一次，24小時不間斷觀測，直至臨時支撐施工完畢后3天；拆除臨時支撐：拆除臨時支撐每3小時觀測一次觀測一次，24小時不間斷觀測，直至臨時支撐施工完畢后3天。 若出現(xiàn)較大變形或異常情況，則相應

20、加大觀測頻率；若出現(xiàn)危險情況，則連續(xù)不間斷監(jiān)測；變形趨于穩(wěn)定，觀測頻率則適當減少。（2）布設位置應變布設分扭矩、彎矩測試兩種情況，其中扭矩需在截面4面上對稱布設8片、彎矩測試需在截面上下或左右兩面對稱布設4片，采用四芯屏蔽線、半橋測試法。 圖23 應力監(jiān)測控制室圖24 應力監(jiān)測現(xiàn)場作業(yè)（三）數(shù)據(jù)分析與預測工程建筑物的空間特性和動態(tài)變化是變形監(jiān)測和分析的主要內(nèi)容。其方法是選定某些特征點，對其周期性地進行重復觀測，通過數(shù)據(jù)處理，研究被監(jiān)測點群的沉降、水平位移等隨時間變化規(guī)律，尋找一種能夠較好反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律的函數(shù)關系，對下一階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預測，預測監(jiān)測點可能出現(xiàn)的最大位移值或應力值，以預測建筑

21、物和結構的安全狀況，評價施工方法，確定工程措施。五、天橋鋼結構焊縫檢測方案（一）焊縫檢測內(nèi)容（1）除注明外，所有頂板、底板和腹板的橫向和縱向對接焊縫；頂板、底板、腹板上的縱肋的對接焊縫均采用坡口全熔透焊，鋼箱梁梁段間工地連接全部采用焊接，對接接頭均采用單面焊雙面成型，全部要求熔透，焊接質量等級為一級；（2）其它對接焊縫；頂板、底板與腹板之間的縱向焊縫；鋼箱梁各板件間的所有連接焊縫。梁柱連接翼緣對接焊縫、主次梁剛接節(jié)點等級為二級；（3）其它焊縫（主要包含橋面附屬設施、角焊縫）質量等級為三級，其外觀質量應符合鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范二級焊縫的規(guī)定。除說明外，加勁板與梁的焊縫為雙面貼角焊縫，焊腳高

22、度 hf=0.5t，t為板厚。（二）焊縫檢測要求所有焊縫均應進行外觀檢查。對所有的對接全熔透焊縫進行超聲波探傷，抽檢率為100。對其它全熔透焊縫進行超聲波探傷，一級焊縫自檢率為100%，第三方檢測單位抽檢率為100；二級焊縫自檢率為100%，第三方檢測單位抽檢率為每條焊縫20，并且不少于200mm。焊縫經(jīng)檢測不合格者可以返修，同一部位返修次數(shù)不應超過2次。探頭移動區(qū)應清除焊接飛濺、鐵屑、油污及其他外部雜質。有 Z向性能要求的鋼板必須進行超聲波檢查，Z15級鋼板應對每一張原軋鋼板進行超聲波檢查。（三）焊縫質量檢測方法（1）設計要求全焊透的一、 二級焊縫應采用超聲波探傷進行內(nèi)部缺陷的檢驗，超聲波探

23、傷不能對缺陷作出判斷時，應采用射線探傷，其內(nèi)部缺陷分級及探傷方法應符合現(xiàn)行國家標準鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級法GB11345或鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級GB3323的規(guī)定。（2）一級、二級焊縫的質量等級及缺陷分級,應符合表1的規(guī)定。檢查數(shù)量：全數(shù)檢查。檢驗方法：檢查超聲波探傷記錄。表2 一、二級焊縫質量等級及缺陷分級焊縫質量等級一級二級內(nèi)部缺陷超聲波探傷評定等級檢驗等級B級B級探傷比例100100內(nèi)部缺陷射線探傷評定等級檢驗等級AB級AB級探傷比例100100注：探傷比例的計數(shù)方法應按以下原則確定：（1）對工廠制作焊縫，應按每條焊縫計算百分比，且探傷長度應不小于200mm時

24、，應對整條焊縫進行探傷；（2）對現(xiàn)場安裝焊縫，應按同一類型、同一施焊條件的焊縫條數(shù)計算百分比，探傷長度應不小于200mm，并應不小于1條焊縫。（3）T形接頭、十字接頭、角接接頭等要求熔透的對接和角對接組合焊縫，其焊腳尺寸不應小于t/4（如圖25）；設計有疲勞驗算要求的吊車梁或類似構件的腹板與上翼緣連接焊縫的焊腳尺寸為t/2，且不應大于10mm。焊腳尺寸的允許偏差為04 mm。檢查數(shù)量：資料全數(shù)檢查；同類焊縫抽查10%，并不應少于3條。檢驗方法：觀察檢查，用焊縫量規(guī)抽查測量。圖25 焊腳尺寸（4）焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷。一級、二級焊縫不得有表面氣孔、夾渣、弧坑裂紋、電弧擦傷等缺陷，且一級

25、焊縫不得有咬邊、未焊滿、根部收縮等缺陷。 檢查數(shù)量：每批同類構件抽查10%，但不應少于3件；被抽查構件中，每一類型焊縫按條數(shù)抽查5%，但不應少于1條；每條檢查1處，總抽查數(shù)不應少于10處。檢驗方法：觀察檢查或使用放大鏡、焊縫量規(guī)和鋼尺檢查，當存在疑義時，采用滲透或磁粉探傷檢查。（5） 二級、三級焊縫外觀質量標準應符合標準的規(guī)定。三級對接焊縫應按二級焊縫標準進行外觀質量檢驗。檢查數(shù)量：每批同類構件抽查10%，但不應少于3件；被抽查構件中，每一類型焊縫按條數(shù)抽查5%，但不應少于1條；每條檢查1處，總抽查數(shù)不應少于10處。檢驗方法：觀察檢查或使用放大鏡、焊縫量規(guī)和鋼尺檢查。（6） 焊成凹形的角焊縫，

26、焊縫金屬與母材間應平緩過渡；加工成凹形的角焊縫，不得在其表面留下切痕。檢查數(shù)量：每批同類構件抽查10%，但不應少于3件。檢驗方法：觀察檢查。（7）焊縫感觀應達到：外形均勻、成型較好，焊道與焊道、焊道與基本金屬間過渡較平滑，焊渣和飛濺物基本清除干凈；對焊縫磨平或磨光的具體要求由業(yè)主單位、設計單位、總包單位、監(jiān)理單位和加工單位根據(jù)首批構件加工效果共同確認。打磨后的焊縫余高的允許偏差，應符合國家標準的規(guī)定。檢查數(shù)量：每批同類構件抽查10%，但不應少于3件；被抽查構件中，每種焊縫按數(shù)量各抽查5%，總抽查處不應少于5處。檢驗方法：觀察檢查和焊縫量規(guī)檢查。（四）焊縫超聲波探傷檢測焊縫的超聲波檢測：可用直射聲束法或斜射聲束法（無需磨平余高）進行檢測。實際探傷中，超聲波在均勻物質中傳播，遇缺陷存在時，形成反射。此時缺陷即可看作為新的波源，它發(fā)出的波被探頭接收，在熒光屏上被解讀。JB/T4730