空间曲梁单边悬索桥的施工形态监测与分析

上海建科院上海市工程结构新技术重点实验室 上海 200023

1 施工形态监测的对象选择及测点布置

1.1 监测对象的选择

上海国际旅游度假区空间曲梁单边悬索桥东西两桥作为自平衡体系，形态控制显得尤为重要。钢箱梁的空间坐标是制约桥下净空的主要因素；作为重要传力构件，主缆的长度误差将极大地影响结构受力，所以需要复核主缆在桥台处的锚固点坐标；受上海软土地基客观条件以及结构本身较大的水平力的影响，塔柱球铰和背锚基础的坐标也需跟踪监测；该结构主塔底端采用铰接，塔顶随着施工存在空间偏移，在落架完成后，通过监测主缆耳板销轴中心和背索耳板销轴中心的空间坐标，可以得出主塔的空间偏位，该测量值和理论值的差值可以成为主缆线形和钢箱梁线形变化的佐证，同时也决定了背索长度和吊索长度等参数。总而言之，在该项目的实践中，拟在施工前后通过测量钢箱梁的空间坐标、背锚基础坐标、塔柱球铰坐标、桥台锚固点的坐标、塔上主缆耳板销轴中心、塔上背索销轴中心等参数对景观桥的形态进行监测控制。

1.2 测点的布置

东西两桥主梁线形监测包括主梁立面和水平面内的轴线测量，以及纵、横坡测量，原则上每个断面4个测点，断面测点布置见图1，采用画线布点。其中，东桥边跨每三分点为测试断面，中跨每四分点为测试断面；西桥边跨每二分点为测试断面，中跨每四分点为测试断面。

背锚基础坐标、塔柱球铰坐标均是通过测量同一个平面4个方向的空间坐标值换算求得。其中背锚基础坐标选择测量锚固钢板上表面的4个点的空间坐标，塔柱球铰坐标球铰测点布置在球的四周，均距下边缘10 cm。

图1 断面线形测点布置

主缆桥台锚固坐标代表两侧桥台主缆锚固中心点处的空间坐标值，测点的计算如图2所示。

图2 边缆锚固中心测点示意（西桥）

主塔上主缆销轴中心和主塔上背索销轴中心的测量，是通过测量销轴2个外表面的中心点的坐标计算而得。

2 监测结果分析

各要素的监测结果均反应为整体坐标系中的空间坐标，其中+X方向代表东方向，+Y方向代表南方向，+Z方向代表高程增加方向[1-2]。

2.1 钢箱梁坐标复测结果分析

通过对东桥钢箱梁坐标复测结果分析可知：东桥钢箱梁落架施工后钢箱梁内弧高程坐标与理论值的最大偏差值为-272.00 mm，外弧高程坐标与理论值的最大偏差值为-325.00 mm。通过对西桥钢箱梁坐标复测结果分析可知：钢箱梁落架施工后钢箱梁内弧高程坐标与理论值的最大偏差值为-25.70 mm，外弧高程坐标与理论值的最大偏差值为-51.80 mm。东西两桥钢箱梁高程均比理论值低且整体形态均为内弧高外弧低。

2.2 背锚基础坐标复测结果分析

据东西桥背锚基础坐标复测结果，东桥钢箱梁落架施工后2个背锚基础空间坐标在整体坐标系里各方向的最大偏差为-33.90 mm；西桥钢箱梁落架施工后2个背锚基础空间坐标在整体坐标系里各方向的最大偏差为31.40 mm；由此可知落架施工后东西两桥背锚基础的空间坐标值与理论值相比较偏差较小，在考虑测量误差和施工放样误差的情况下，可以认为背锚基础空间坐标值的误差值在允许范围内；并通过多次间隔时间的测量对比背锚基础空间坐标值的数据，可以确定在落架前后背锚基础是稳定的，没有偏位。

2.3 塔柱球铰、桥台处锚固中心坐标复测结果分析

据东西两桥塔柱球铰及桥台处锚固中心空间坐标复测结果，东桥桥台处2个边缆锚固中心的空间坐标在整体坐标系里各方向最大偏差分别为-143.20 mm和134.30 mm，东桥2个边缆锚固中心空间坐标的实测值与理论值存在一定误差；西桥桥台处2个边缆锚固中心空间坐标在整体坐标系里各方向最大偏差为17.30 mm，西桥边缆锚固中心实测值与理论值相对偏差较小。

东桥2个塔柱球铰中心的空间坐标在整体坐标系各方向的最大偏差为-82.80 mm，西桥2个塔柱球铰中心的空间坐标在整体坐标系各方向的最大偏差为-67.80 mm；东西两桥球铰中心实测空间坐标与理论值相对偏差均较小。

由复测结果可知，东西两桥球铰中心、西桥边缆锚固中心的空间坐标的实测值与理论值相对偏差均较小；东桥2个边缆锚固中心的空间坐标的实测值与理论值存在一定误差，但是落架完成后，东桥两侧边缆线形均较为平顺，几何形态与设计符合较好[3-4]。

2.4 塔上耳板销轴中心坐标复测结果分析

实测表明，西桥塔上各主缆耳板销轴中心空间坐标复测结果与理论值亦相差较小，各方向空间坐标实测值在整体坐标系里的最大误差为53.80 mm；西桥塔上背索耳板销轴中心空间坐标复测结果与理论值相差较小，各方向空间坐标实测值在整体坐标系里的最大误差为39.80 mm。

据东桥主缆耳板销轴中心和背索耳板销轴中心空间坐标复测结果，东桥主缆耳板销轴中心和背索耳板销轴中心空间坐标的实测值与理论值均一定偏差，8′#塔上主缆耳板销轴中心空间坐标在整体坐标系里偏差为：X方向最大偏差值为154.60 mm；Y方向最大偏差值为-166.30 mm；Z方向各测点偏差均较小，最大偏差值为4.00 mm；8#塔上主缆耳板销轴中心空间坐标在整体坐标系里偏差为：X方向最大偏差值为-108.20 mm；Y方向最大偏差值为-129.00 mm；Z方向各测点偏差相对均较小，最大偏差值为25.00 mm；由此可知落架施工后东桥2个桥塔均向跨中及内弧方向偏移。8′#背索耳板销轴中心空间坐标在整体坐标系里偏差为：X方向偏差值为137.70 mm；Y方向偏差值为-131.70 mm；Z方向测点偏差较小，偏差值为8.30 mm；8#背索耳板销轴中心空间坐标在整体坐标系里偏差为：X方向偏差值为-67.10 mm。Y方向偏差值为-114.50 mm；Z方向测点偏差较小，偏差值为-11.60 mm。由此可知落架施工后东桥2个桥塔主要向跨中及内弧方向存在偏移偏差。

由东桥2个桥塔主要向跨中及内弧方向存在偏移可以分析出主桥钢箱梁标高应向下发生偏移，这一结论与东桥钢箱梁空间坐标复测结果相吻合。

3 结语

由本施工监测的实践可知[5-6]：

1）自平衡体系的结构施工应重点关注结构的几何形态。

2）通过施工前后的监测发现，上海国际旅游度假区景观桥东西两桥在施工后的几何形态与设计基本相符。

2）人行悬索桥几何形态的检测应重点观测以下几个参数：钢箱梁的空间坐标、背锚基础坐标、塔柱球铰坐标、桥台锚固点的坐标、塔上主缆耳板销轴中心、塔上背索销轴中心。各参数之间的实测值并非独立存在，可以进行互相印证。在数据分析时应考虑各参数监测数据的相关性，以期为桥梁的安全施工提供科学依据和保障。