空間曲梁單邊懸索橋的施工形態監測與分析

上海建科院上海市工程結構新技術重點實驗室 上海 200023

1 施工形態監測的對象選擇及測點布置

1.1 監測對象的選擇

上海國際旅游度假區空間曲梁單邊懸索橋東西兩橋作為自平衡體系，形態控制顯得尤為重要。鋼箱梁的空間坐標是制約橋下凈空的主要因素；作為重要傳力構件，主纜的長度誤差將極大地影響結構受力，所以需要復核主纜在橋臺處的錨固點坐標；受上海軟土地基客觀條件以及結構本身較大的水平力的影響，塔柱球鉸和背錨基礎的坐標也需跟蹤監測；該結構主塔底端采用鉸接，塔頂隨著施工存在空間偏移，在落架完成后，通過監測主纜耳板銷軸中心和背索耳板銷軸中心的空間坐標，可以得出主塔的空間偏位，該測量值和理論值的差值可以成為主纜線形和鋼箱梁線形變化的佐證，同時也決定了背索長度和吊索長度等參數。總而言之，在該項目的實踐中，擬在施工前后通過測量鋼箱梁的空間坐標、背錨基礎坐標、塔柱球鉸坐標、橋臺錨固點的坐標、塔上主纜耳板銷軸中心、塔上背索銷軸中心等參數對景觀橋的形態進行監測控制。

1.2 測點的布置

東西兩橋主梁線形監測包括主梁立面和水平面內的軸線測量，以及縱、橫坡測量，原則上每個斷面4個測點，斷面測點布置見圖1，采用畫線布點。其中，東橋邊跨每三分點為測試斷面，中跨每四分點為測試斷面；西橋邊跨每二分點為測試斷面，中跨每四分點為測試斷面。

背錨基礎坐標、塔柱球鉸坐標均是通過測量同一個平面4個方向的空間坐標值換算求得。其中背錨基礎坐標選擇測量錨固鋼板上表面的4個點的空間坐標，塔柱球鉸坐標球鉸測點布置在球的四周，均距下邊緣10 cm。

圖1 斷面線形測點布置

主纜橋臺錨固坐標代表兩側橋臺主纜錨固中心點處的空間坐標值，測點的計算如圖2所示。

圖2 邊纜錨固中心測點示意（西橋）

主塔上主纜銷軸中心和主塔上背索銷軸中心的測量，是通過測量銷軸2個外表面的中心點的坐標計算而得。

2 監測結果分析

各要素的監測結果均反應為整體坐標系中的空間坐標，其中+X方向代表東方向，+Y方向代表南方向，+Z方向代表高程增加方向[1-2]。

2.1 鋼箱梁坐標復測結果分析

通過對東橋鋼箱梁坐標復測結果分析可知：東橋鋼箱梁落架施工后鋼箱梁內弧高程坐標與理論值的最大偏差值為-272.00 mm，外弧高程坐標與理論值的最大偏差值為-325.00 mm。通過對西橋鋼箱梁坐標復測結果分析可知：鋼箱梁落架施工后鋼箱梁內弧高程坐標與理論值的最大偏差值為-25.70 mm，外弧高程坐標與理論值的最大偏差值為-51.80 mm。東西兩橋鋼箱梁高程均比理論值低且整體形態均為內弧高外弧低。

2.2 背錨基礎坐標復測結果分析

據東西橋背錨基礎坐標復測結果，東橋鋼箱梁落架施工后2個背錨基礎空間坐標在整體坐標系里各方向的最大偏差為-33.90 mm；西橋鋼箱梁落架施工后2個背錨基礎空間坐標在整體坐標系里各方向的最大偏差為31.40 mm；由此可知落架施工后東西兩橋背錨基礎的空間坐標值與理論值相比較偏差較小，在考慮測量誤差和施工放樣誤差的情況下，可以認為背錨基礎空間坐標值的誤差值在允許范圍內；并通過多次間隔時間的測量對比背錨基礎空間坐標值的數據，可以確定在落架前后背錨基礎是穩定的，沒有偏位。

2.3 塔柱球鉸、橋臺處錨固中心坐標復測結果分析

據東西兩橋塔柱球鉸及橋臺處錨固中心空間坐標復測結果，東橋橋臺處2個邊纜錨固中心的空間坐標在整體坐標系里各方向最大偏差分別為-143.20 mm和134.30 mm，東橋2個邊纜錨固中心空間坐標的實測值與理論值存在一定誤差；西橋橋臺處2個邊纜錨固中心空間坐標在整體坐標系里各方向最大偏差為17.30 mm，西橋邊纜錨固中心實測值與理論值相對偏差較小。

東橋2個塔柱球鉸中心的空間坐標在整體坐標系各方向的最大偏差為-82.80 mm，西橋2個塔柱球鉸中心的空間坐標在整體坐標系各方向的最大偏差為-67.80 mm；東西兩橋球鉸中心實測空間坐標與理論值相對偏差均較小。

由復測結果可知，東西兩橋球鉸中心、西橋邊纜錨固中心的空間坐標的實測值與理論值相對偏差均較小；東橋2個邊纜錨固中心的空間坐標的實測值與理論值存在一定誤差，但是落架完成后，東橋兩側邊纜線形均較為平順，幾何形態與設計符合較好[3-4]。

2.4 塔上耳板銷軸中心坐標復測結果分析

實測表明，西橋塔上各主纜耳板銷軸中心空間坐標復測結果與理論值亦相差較小，各方向空間坐標實測值在整體坐標系里的最大誤差為53.80 mm；西橋塔上背索耳板銷軸中心空間坐標復測結果與理論值相差較小，各方向空間坐標實測值在整體坐標系里的最大誤差為39.80 mm。

據東橋主纜耳板銷軸中心和背索耳板銷軸中心空間坐標復測結果，東橋主纜耳板銷軸中心和背索耳板銷軸中心空間坐標的實測值與理論值均一定偏差，8′#塔上主纜耳板銷軸中心空間坐標在整體坐標系里偏差為：X方向最大偏差值為154.60 mm；Y方向最大偏差值為-166.30 mm；Z方向各測點偏差均較小，最大偏差值為4.00 mm；8#塔上主纜耳板銷軸中心空間坐標在整體坐標系里偏差為：X方向最大偏差值為-108.20 mm；Y方向最大偏差值為-129.00 mm；Z方向各測點偏差相對均較小，最大偏差值為25.00 mm；由此可知落架施工后東橋2個橋塔均向跨中及內弧方向偏移。8′#背索耳板銷軸中心空間坐標在整體坐標系里偏差為：X方向偏差值為137.70 mm；Y方向偏差值為-131.70 mm；Z方向測點偏差較小，偏差值為8.30 mm；8#背索耳板銷軸中心空間坐標在整體坐標系里偏差為：X方向偏差值為-67.10 mm。Y方向偏差值為-114.50 mm；Z方向測點偏差較小，偏差值為-11.60 mm。由此可知落架施工后東橋2個橋塔主要向跨中及內弧方向存在偏移偏差。

由東橋2個橋塔主要向跨中及內弧方向存在偏移可以分析出主橋鋼箱梁標高應向下發生偏移，這一結論與東橋鋼箱梁空間坐標復測結果相吻合。

3 結語

由本施工監測的實踐可知[5-6]：

1）自平衡體系的結構施工應重點關注結構的幾何形態。

2）通過施工前后的監測發現，上海國際旅游度假區景觀橋東西兩橋在施工后的幾何形態與設計基本相符。

2）人行懸索橋幾何形態的檢測應重點觀測以下幾個參數：鋼箱梁的空間坐標、背錨基礎坐標、塔柱球鉸坐標、橋臺錨固點的坐標、塔上主纜耳板銷軸中心、塔上背索銷軸中心。各參數之間的實測值并非獨立存在，可以進行互相印證。在數據分析時應考慮各參數監測數據的相關性，以期為橋梁的安全施工提供科學依據和保障。