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大跨度悬索桥施工索塔变形成因分析与监测90年代中后期单跨长度超过600m的大跨度悬索桥成为一种跨越大江大河并满足大江大河通航标 准的主要桥型如已通车的西陵长江大桥跨径900m和虎门大桥跨径888m），以及正在修建的厦门海浴 大桥跨径648m）江阴长江大桥跨径1358m和重庆鹅公岩大桥跨径600m）大跨径悬索桥的一个共 同特点是为满足桥下大吨位轮船的通航净空要求和由于长跨所引起的结构方面的考虑支撑主缆的两索塔 距地面垂直高度均在150m左右如此高大的塔状钢筋混凝土建筑物在外界环境的影响下以及在悬索桥上 部结构施工即猫道施工、索股牵引和钢箱梁吊装过程中均处在不断的变形之中引起这些变形的原因是什 么？变形量有多大、有什么规律是否危及索塔和施工安全应该进行变形的成因分析并进行变形监测，以便 配合施工，为施工决策服务。 大家知道变形监测中的变形量是指监测点在某一施工状态下的空间三维坐标相对于该点在某一基 准状态下的三维坐标的坐标差值因此索塔在不同的工况下监测所得的变形量具有不同的含义对施工的 指导作用也不一样。本文结合虎门大桥、厦门海沧大桥施工变形监测实践，介绍大跨悬索桥不同施工阶段索 塔变形的成因分析和变形监测的方法、特点。
索塔受日照温差影响的静态变形监测
页后上部构造施工前应该对索塔塔顶在日照温差作用下的静态变形进行监测。 高 土建筑物，由于日照方向的影响阳面的混凝土温度比阴面混凝土温度高该温差将
的混凝土膨胀，而阴面的混凝土收缩，使索塔顶部产生无外力作用下的扭转变形随着时间推移，日照的方向 在周期性地变化因此这种扭转变形在一日24h内呈周期性变化。 此阶段索塔变形监测的目的是掌握索塔静态变形的大小和规律从而获知索塔在一日中变形最小的时 间段并在此时段内放样索塔的几何轴线测量两锚跨和中跨的跨径，作为主鞍座安装定位和主缆施工线型 计算的基准同时还在此时段内测量索塔顶监测点的基准坐标，作为以后不同工况下索塔变形量计算的侬 据因此可以说此阶段索塔的变形监测是悬索桥施工监控工作的基础。 此阶段的索塔变形具有弹性变形的特征变形的幅度随高度的增加而增大在南方地区夏李塔高150 m左右最大变形量约为土4cm索塔的静态变形与日照方向及温度变化呈滞后反应的性质例如在日落后的 晚8~12h环境温度已趋于一致但索塔的静态变形仍在持续进行之中1]。
索塔封顶及主鞍座安装就位后进入悬索桥猫道施工阶段。在此之前索塔处于无外力作用的空缆状 态，一旦索塔被挂上猫道索塔顶即受到猫道索锚跨和中跨方向的水平力作用，当作用在塔顶两侧水平力不 相等时索塔即产生顺桥向方向的变形。猫道施工要求作用在索塔上的锚跨方向和中跨方向的水平力应相 等，使索塔在猫道施工中不产生顺桥向方向的变形并保证在设计跨径下的猫道施工垂度。由于锚跨和中跨 猫道索荷载不同，以及受张拉力和应力测试误差等因素的影响，作用在索塔两侧水平力很难相等，因此索塔 在此施工阶段必然产生变形。如表1中第二行数据为某悬索桥猫道架设后实测的的跨径变化和塔顶变形情 况说明此施工阶段索塔产生了变形而且东西塔的变形量不一致。
索桥上部构造各个施工阶段跨径变化和塔柱变形
此阶段索塔变形监测的目的是监测索塔在猫道施工阶段的变形大小和方向，为猫道索应力控制和垂度 调整提供依据。此外，作为主缆施工便道的猫道其垂度控制也较为严格。猫道过高影响索股牵引猫道过 低施工又不方便，而猫道垂度是指一定跨径下的垂度，若主塔产生顺桥向方向的变形，则跨径必然随之而 变猫道的垂度也会发生变化。所以此阶段的变形监测直接为施工服务是上部构造施工监控的内容之 此阶段变形监测的特点是作用在索塔上的外力方向已知不是锚跨方向即为中跨方向此时的变形量仅为 维且变形量随作用在塔顶不平衡力的变化而变化
索股牵引阶段的索塔变形监
猫道施工后进入索股牵引和主缆施工阶段。在索股牵引过程中索塔在卷扬机牵引力和索股荷载的 用下产生顺桥方向的动态变形若把某一根索股从西锚牵引到东锚当锚头还在西边跨时西塔和东塔均 生向西的位移变形当锚头牵引到中跨时西塔逐渐开始向东侧位移变形而东塔仍向西位移变形当锚头 东边跨时，西塔仍继续向东位移变形东塔则开始向东位移变形。当索股牵引到位后通过调整索力和垂 以及鞍座的预偏使索股作用在索塔两侧的水平力相等，从而达到在主缆施工阶段索塔尽可能不偏位的 求。 由于塔较高其上部的柔性较大受外力作用易产生变形，但每座悬索桥索塔的动态变形是有限制的， 虎门大桥索塔允许变形的最大值为300mm若变形值超过此值，则可能危及索塔的安全，此外，由于施工 差以及其他难于顾及的因素影响在主缆施工阶段同样难于保证索股作用在索塔两侧的水平力相等，因 在索股牵引过程中以及在索股垂度调整阶段同样应对索塔的变形进行监测并将监测结果及时反馈给监
刘成龙等：大跨悬索桥施工索塔变形成因分析与监测
部门以指导施工。如根据索股牵引时索塔变形监测结果决定卷扬机的牵引力和牵引速度根据索股垂度调 整时索塔变形监测结果决定索股调整的垂度值和索股的张拉力。 此阶段索塔变形监测的特点是既有索股牵引过程中的索塔动态变形监测，又有索股垂度调整时的静态 变形监测，而且变形值是一维的变形方向只能是顺桥向方向。某悬索桥主缆110根索股全部牵引结束后 实测的跨径变化和塔顶位移情况见表1中第三行数据此阶段的跨径变化和索塔变形比猫道施工阶段要大 而且方向相反
钢箱梁吊装阶段的索塔变形监测
主缆竣工及索夹、吊索安装后进入悬索桥上部构造施工的最后一个施工阶段一钢箱梁吊装阶段。在 钢箱梁吊装过程中由于悬索桥每一块标准钢箱梁重量均在250+左右所以钢箱梁的荷载通过吊索和主缆 最终作用在索塔上，使索塔产生变形；此外，由于悬索桥的中跨钢箱梁荷载与边跨钢箱梁荷载不对称在钢箱 梁吊装阶段必然使索塔产生中跨方向的位移变形而且这种变形一般很大若不考虑在吊装过程中逐步减 弱这种变形则索塔变形必然超过其限值而危及索塔安全，为解决这一问题在设计和施工中采用预偏主鞍 座后逐步顶推主鞍座的方法，以消减钢箱梁吊装时索塔的累计变形，使索塔在此施工阶段的变形尽可能地 小以确保施工质量和安全。 预偏主鞍座后逐步顶推主鞍座以消减索塔累计变形的原理可用图1予以解释。
? 鞍座预偏与顶推及其变形方向示意图
图1a）中在吊装前予偏主鞍座，向两岸侧方向予偏，使索塔的几何中心与主鞍座的几何中心不一致 吊装中跨某一梁段时东西索塔向跨中方向位移变形。 图1b中东西塔同时向中跨方向顶推主鞍座，使两塔上的主鞍座中心相对塔中心移动一定量，产生的 反作用力使两塔向岸侧移动从而消减由吊装钢箱梁引起的索塔向中跨的变形量。 主鞍座顶推一般分多次完成通常吊装几块钢箱梁后实测塔的变形值据此确定是否顶推主鞍座以 顶推的位移值。由此可见钢箱梁吊装阶段的索塔变形监测有两个目的，一是监测吊装过程中的动态变开 量，以确定起吊速度和确保施工安全二是监测索塔的累计变形量，以确定顶推主鞍座的时间及顶推量的 小。 某悬索桥钢箱梁吊装第一片后和主鞍座第一次顶推后的跨径变化和塔顶变形情况见表1。实测数据表 明，钢箱吊装和主鞍座顶推所引起的跨径变化和塔顶变形明显比猫道架设和丝股牵引阶段要大的多，而且 推主鞍座对调整跨径和塔柱变形的作用非常有效。
由以上分析可知除日照温差引起的索塔扭转变形其变形量为二维外猫道施工、索股牵引和钢箱梁吊 装所引起的索塔变形其变形量均为一维，且变形方向可预先知道，此外索塔变形监测既需常规的静态变 形监测又需实时的动态变形监测。在选择索塔变形监测方法时应结合上述特点，同时要求所选的变形监 测方法应简洁、快速、可靠、高效并易于实现
图2距离差监测法场地布设示意图
由于索塔的位移变形值为同一段距离的两次观测值之差，因此距离观测过程中的系统误差和部分偶 误差双碟染料项目工程 施工组织设计，可在位移变形值的计算中得到大部分的消减从而使距离差观测法”具有较高的精度据理论分析 实践证明可监测±2～土3mm以上的变形量2。 由于基准点A和D之间的距离为固定值所以每一次监测观测值应满足以下关系
S=SAB+SBC+SCD=SAB+SBC+SCD
上式可作为外业观测数据是否可靠的检核公式。 由此可见"，距离差观测法”具有作业原理简单、观测量少、观测时间短和监测结果可靠的特点。
为大跨悬索桥施工服务的索塔变形监测只有在充分理解不同工况下产生变形的原因、性质和变形监测 结果对施工指导作用的前提下才能制定出行之有效的索塔变形监测方法，才能使索塔变形监测更好地为悬 索桥上部构造的施工监控提供数据依据，才能达到配合施工、保证施工质量和安全的作用此外文中提出的 距离差监测法”是索塔变形监测的一种较为有效的、易于被施工单位接受的方法。
[1］瞿国万刘成龙.虎门悬索桥索塔施工测量控制方法与精度分析A]中国土木工程学会桥梁及结构工程学会第十 年会论文集C1.广州1996209～215 [2]李振伟刘成龙.汕头宕石大桥施工测量控制11公路1999（1）：10~13