浅谈变形监测技术在桥梁监测中的应用
2015-06-18
1绪论
桥梁的建设展示了我国大桥梁发展的最新技术水平和成就，代表了大桥梁发展方向，使我国公路桥梁建设步人世界先进行列，并对促进区域经济繁荣和发展，完善国道主干线网起到十分重要作用，并产生了巨大的经济效益和社会效益。
本应用研究通过对江阴长江公路大桥的沉降和水平位移监测，探讨变形监测理论在实际工程问题中的应用，通过合适的数据处理方法，分析和总结桥梁变形的规律，为桥梁的养护、管理和决策提供依据和指导。
2桥梁变形监测发展现状
2.1桥梁结构变形监测内容
2.1.1垂直位移监测内容
桥梁结构竖向位移主要包括梁式桥施工期间桥墩、梁体以及运营期间桥墩、桥面的竖向位移测量；拱桥施工期间的桥墩、拱圈以及运营期间的桥墩、桥面垂直位移；悬索桥、斜拉桥施工期间索塔、梁体、锚碇以及运营期间索塔、桥面垂直位移；桥梁两岸边坡垂直位移。
2.1.2水平位移监测内容
桥梁结构水平位移监测主要包括梁式桥施工期间梁体以及运营期间桥面的水平位移监测；拱桥施工期间的拱圈以及运营期间的桥面水平位移监测；悬索桥、斜拉桥施工期间索塔倾斜，塔顶、梁体、锚碇以及运营期间索塔倾斜、桥面水平位移；桥梁两岸边坡水平位移。
2.2 桥梁结构变形监测控制测量
2.2.1 垂直位移监测控制测量
高程控制测量等级的划分，依次为二、三、四、五等。各等级高程控制宜采用水准测量；四等及以下等级可采用电磁波测距三角高程测量，五等也可采用GPS 拟合高程测量。
首级高程控制网的等级，应根据工程规模、控制网的用途和精度要求合理选择。首级网应布设成环形网，加密网应布设成符合路线或节点网。
特级沉降观测的高程基准点数不应少于4个；其他级别沉降观测的高程基准点数不应少于3个。高程工作基点可根据需要设置。基准点和工作基点应形成闭合环或形成由附合路线构成的结点网。
高程基准点应选设在变形影响范围以外且稳定、易于长期保存的地方。高程基准点、工作基点之间宜便于进行水准测量。当使用电磁波测距三角高程测量方法进行观测时，宜使各点周围的地形条件一致。当使用静力水准测量方法进行沉降观测时，用于联测观测点的工作基点宜与沉降观测点设在同一高程面上，偏差不应超过±1㎝。当不能满足这一要求时，应设置上下高程不同但位置垂直对应的辅助点传递高程。
2.2.2 水平位移监测控制测量
平面基准点、工作基点的布设应符合下列规定：
各级别位移观测的基准点(含方位定向点)不应少于3个，工作基点可根据需要设置；基准点、工作基点应便于检核校验；平面控制测量可采用边角测量、导线测量、GPS 测量及三角测量、三边测量等形式。三维控制测量可使用GPS测量及边角测量、导线测量、水准测量和电磁波测距三角高程测量的组合方法。
3桥梁变形监测实例分析
3.1工程概况及项目监测
江阴长江公路大桥，位于江苏省江阴市黄田港以东3200米的西山，主跨1385米（328+1385+295），桥塔高190米，为两根钢筋混凝土空心塔柱与三道横梁组成的门式框架结构，重力式锚碇，主梁采用流线型箱梁断面，钢箱梁全宽36.9米，梁高3米，桥面宽29.5米，双向六车道。
本工程主要是通过布设控制网、变形观测点等建立全线桥梁监测体系，定期测量桥梁墩台沉降及承台水平位移，通过累积的观测数据对桥梁情况进行分析、预测，为养护维修提供可靠的数据。
本次工程监测的主要内容是通过在江阴长江公路大桥沿线布设水准控制网，并增设水准控制点进行完善，对江阴长江公路大桥进行桥梁沉降监测及承台水平位移监测，旨在了解桥梁结构运营变形情况，指导下一步的养路工作。
3.2桥面沉降观测
3.2.1沉降观测点布设
本工程所有需监测的桥梁监测点已布设完成，对于少数破坏需补充布设的根据现场实际情况在桥墩底部重新布设。同时，沉降观测网采用闭合水准路线或附合水准路线，并按照三等水准要求进行，观测点的精度按照四等要求控制。
3.2.2沉降监测
本项目沉降监测所采用的测量仪器是DINI12高精度数字水准仪（±0.3mm/km），所用仪器事先经过检定合格并在项目具体实施前经过校正。在布设水准路线时，根据监测点的分布情况埋设工作基点，采用闭合或附合水准路线，保持前后视距，固定观测路线同时满足变形监测的“三定”要求。
在对各沉降点进行观测时，每期测量前检查工作基点至少三个以上。为保证工作基点的可靠性，每次观测前应对基准点进行检测，并做出分析判断，以保证观测成果的可靠，工作基点稳定性检查资料也要存档并随每期报告上交。
3.2.3跨河桥沉降观测方法
根据项目具体实施要求，对江阴长江公路大桥进行水平位移观测，其监测内容主要包括水平位移基准网观测及水平位移观测点测量两个主要内容。
3.3承台水平监测
桥梁承台水平位移观测采用TCA2003全站仪进行，测距精度为 1mm+1ppm，测角精度为±0.5″。由于原有的控制网未采取强制对中装置，无法满足二等平面位移观测的精度要求，故需要进行观测墩的埋设。
本项目拟采用方向观测方法测量各观测点与基线之间的夹角，同时测量基准点至观测点之间的斜距。计算出每个水平位移监测点的坐标，再同前期和第一期进行比较。观测采用的TCA2003具有自动瞄准功能，在监测点上安装棱镜，测量时仪器自动锁定棱镜中心，连续观测，从而消除人的因素和车辆通行时桥梁震动时的影响。
3.4监测数据处理与分析
3.4.1监测数据检验与校核
受观测条件的影响，任何变形监测资料都可能存在误差。误差一般分为三类：粗差、系统误差、偶然误差。在观测过程中，粗差需要避免，系统误差可以通过一定的观测程序加以消除或者减弱。在变形监测中，由于变形量本身较小，接近测量误差的边缘，所以应设法消除较大误差，提高监测精度，从而尽可能地减小观测误差对变形分析的影响。监测数据检核的方法很多，主要可以分为野外粗检和室内精检，且当天测得的原始数据，应于当天检核整理完毕。
3.4.2监测数据分析与预测
桥梁的空间特性和动态变化是变形监测和分析的主要内容。其方法是选定某些桥墩或承台特征点，对其周期性地进行重复观测，通过数据处理研究被监测点群的沉降、水平位移等随时间变化规律，寻找一种能够较好反映数据变化规律的函数关系，对下一阶段的监测数据进行预测，以评估建筑物和结构的安全状况，评价施工方法，确定工程措施。通过对各期成果进行对比分析发现，大部分桥梁墩柱比较稳定，未发生明显沉降，但有少部分桥梁墩柱有一定下沉，且无明显破坏迹象并经复测无误。经过加固处理后，后期观测未发现下沉现象。
4结论
桥梁变形监测涉及到桥梁的运行、管理和维护，因而在保证公共出行交通等方面具有重要的意义。因为变形监测本身是很小的形变量，所以除了要满足较高的观测精度要求之外，对控制网的网形结构、仪器的精度、测量人员的观测技能都提出了更高的要求。
在目前的桥梁变形观测中，其观测的基本理论已经成熟。但是在针对不同的工程应用问题时，在变形观测及其控制网的布设上，仍然有很大的灵活性。因而，需要根据不同的实地观测情况，做出具体的布设方案来解决实际工程应用。
