無合作目標(biāo)橋梁變形應(yīng)急處置及監(jiān)測(cè)的研究
2015-05-21
1 概述
自20世紀(jì)90年代初期以來，交通建設(shè)在我國如雨后春筍般的發(fā)展，高等級(jí)道路越來越多，橋梁比例也越來越高，橋梁基數(shù)越來越大。如何及時(shí)準(zhǔn)確處置在建及運(yùn)營中的橋梁變形，尤其是橋梁的在突發(fā)狀況下的變形，變形監(jiān)測(cè)便是首先要取得的基礎(chǔ)資料。在突發(fā)狀況發(fā)生時(shí)，如何在第一時(shí)間快速準(zhǔn)確的取得初期資料顯得至關(guān)重要。
1.1 應(yīng)急處置變形監(jiān)測(cè)的需求
應(yīng)急處置監(jiān)測(cè)需要弄清楚兩方面的問題：
首先是橋梁目前的狀況，橋梁的平面、高程的變形量，橋段的傾斜度等橋梁變形情況，結(jié)合地質(zhì)等其他專業(yè)數(shù)據(jù)確定橋梁受損狀態(tài)，從而確定橋梁應(yīng)急處置方式及后續(xù)監(jiān)控設(shè)計(jì)實(shí)施工作；
其次應(yīng)測(cè)定橋梁的穩(wěn)定狀態(tài)，確定橋梁的相對(duì)變形量，用以對(duì)橋梁應(yīng)急方案實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)估，為進(jìn)一步工作和橋梁運(yùn)營提供依據(jù)。
1.2應(yīng)急處置面對(duì)的困難
橋梁變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的安置困難：許多橋梁上不基本沒有檢修等可供攀爬的通道，安裝設(shè)備危險(xiǎn)性大，非專業(yè)人員很難進(jìn)行設(shè)備的安裝；
時(shí)間要求緊：應(yīng)急處置分秒必爭(zhēng)，越早對(duì)橋梁受損狀態(tài)定性，越早進(jìn)行處置越好；
精度要求高：較小的變形對(duì)橋梁安全來說影響都比較大，而且相對(duì)橋梁變形量一般來說量不是很大，需要較高的精度才能反映出來；
人員與設(shè)備良莠不齊：由于是突發(fā)狀況，加之時(shí)間要求緊，人員與設(shè)備準(zhǔn)備時(shí)間不足，難以保證調(diào)配到位。
1.3 橋梁變形監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀
橋梁變形監(jiān)測(cè)現(xiàn)有一般方式為以下幾種：
在橋梁上安置測(cè)量標(biāo)志，采用全站儀進(jìn)行觀測(cè)，這種方式可以達(dá)到較高的精度，但是設(shè)備安裝比較困難。
采用無棱鏡測(cè)距全站儀進(jìn)行測(cè)量，通過測(cè)量橋墩的多點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)行橋墩的線性回歸，這種方式可以快速的測(cè)定先期數(shù)據(jù)，但其無棱鏡測(cè)距受物體表面入射角等因素影響，入射角較大時(shí)精度明顯下降，同時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算比較復(fù)雜。無棱鏡測(cè)距全站儀擁有單位不是太多，應(yīng)用受到一定的限制。
2橋梁變形應(yīng)急處置的模式
結(jié)合多個(gè)項(xiàng)目橋梁應(yīng)急處置，我們基本形成如下的測(cè)量模式
第一步，先行測(cè)定橋梁的現(xiàn)有情況，由于對(duì)于大橋的變形現(xiàn)狀了解不夠深入，同時(shí)建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要一段時(shí)間，先行建立臨時(shí)控制點(diǎn)，測(cè)量橋梁的偏移、傾斜、沉降。由此確定
第二步，控制系統(tǒng)的完善
在進(jìn)行第一步工作的同時(shí)，進(jìn)行控制點(diǎn)的布設(shè)，包括平面及高程控制點(diǎn)的建立；進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完善。同時(shí)對(duì)臨時(shí)建立的控制點(diǎn)進(jìn)行精確測(cè)定。
第三步，變形監(jiān)測(cè)的進(jìn)行，以及對(duì)先期測(cè)定橋梁的首期數(shù)據(jù)根據(jù)臨時(shí)控制點(diǎn)重新測(cè)定的精確坐標(biāo)進(jìn)行重新計(jì)算，并與后期變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。
3橋梁應(yīng)急處置的測(cè)量方法
3.1控制的建立過程
先期根據(jù)監(jiān)測(cè)范圍選定工作基點(diǎn)，并進(jìn)行初步控制測(cè)量。確保監(jiān)測(cè)橋墩都有2-3個(gè)工作基點(diǎn)可以測(cè)定。根據(jù)橋梁變形敏感度進(jìn)行工作基點(diǎn)布設(shè)，比如滑坡導(dǎo)致的橋梁變形就必須保證滑動(dòng)方向有足夠的精度。同時(shí)為確保測(cè)量的精度，工作基點(diǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離不宜太遠(yuǎn)，宜控制在150米范圍內(nèi)。如果受地形限制邊長較長，則需要選用精度較高的儀器進(jìn)行觀測(cè)。
在工作基點(diǎn)建立同時(shí)，進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)的建立，在基準(zhǔn)沒有建立使用前，使用校準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)工作基點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，基準(zhǔn)點(diǎn)建立并穩(wěn)定后，進(jìn)行精密系統(tǒng)控制測(cè)量。使用基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)工作基點(diǎn)進(jìn)行校正，并校正監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。同時(shí)建立獨(dú)立的監(jiān)測(cè)坐標(biāo)系（如橋軸坐標(biāo)系），方便測(cè)量誤差的分析。
3.2橋墩平面位移的測(cè)定
墩柱一般是圓柱體，或者正方體，沒有辦法直接測(cè)定其中心，只能間接獲得，通過兩個(gè)工作基點(diǎn)分別對(duì)墩柱頂部和底部左右兩側(cè)進(jìn)行水平角觀測(cè)，左右兩側(cè)水平角測(cè)量后，取平均數(shù)就得到了墩柱觀測(cè)點(diǎn)中心的水平角。
利用兩個(gè)工作基點(diǎn)的坐標(biāo)及墩柱觀測(cè)點(diǎn)中心的水平角，我們可以通過前方交會(huì)公式計(jì)算出橋墩中心坐標(biāo)（如下）。
在測(cè)量中，由于每一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)中心的水平角均由兩處測(cè)量值而來，其就可以減少施工誤差對(duì)于成果的影響，在實(shí)際工作中，為提高成果的可靠性、精度及減少施工誤差影響，通常采用三方或者多方交會(huì)方式進(jìn)行。測(cè)量成果采用通用的控制測(cè)量平差程序均可進(jìn)行平差處理。在測(cè)量平面角度的同時(shí)，測(cè)定豎直角，可計(jì)算得出上下測(cè)點(diǎn)的高程。
通過與施工放樣坐標(biāo)對(duì)比，可以得出橋墩的平面偏移量；
墩柱頂部和底部中心的坐標(biāo)和高程，采用反正切函數(shù)就得到了“墩柱”的傾斜度。
一般來說交會(huì)角應(yīng)大于30度，小于150度，根據(jù)測(cè)量角度，計(jì)算測(cè)點(diǎn)的誤差橢圓，進(jìn)行誤差分析。在150米距離時(shí)，2”的測(cè)角誤差所造成的偏差為0.7mm, 在距離小于150m的情況下，只要交會(huì)角滿足要求，其精度是能滿足規(guī)范規(guī)定變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位中誤差小于3mm的要求。采用J2級(jí)的全站儀即可滿足變形監(jiān)測(cè)的需求。
3.3橋墩沉降的測(cè)定
橋墩的沉降測(cè)定將絕對(duì)沉降與相對(duì)沉降分開來做
橋墩的沉降測(cè)定將絕對(duì)沉降通過測(cè)定特定結(jié)構(gòu)點(diǎn)的方式來測(cè)定，由于施工誤差的存在，取多個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)的沉降量均值作為橋墩沉降量。
測(cè)量采用前方交會(huì)三角高程測(cè)定結(jié)構(gòu)點(diǎn)，通過平面交會(huì)確定其坐標(biāo)，通過豎直角及反算距離可測(cè)定結(jié)構(gòu)點(diǎn)的高程。
相對(duì)沉降量宜按照“國家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范”的二等技術(shù)規(guī)定要求實(shí)施。并將垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)、沉降點(diǎn)水準(zhǔn)線路之間構(gòu)組成多個(gè)環(huán)線。高程基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測(cè)采用精密水準(zhǔn)儀。個(gè)別水準(zhǔn)無法到達(dá)處可采用前方交會(huì)三角高程方法測(cè)定結(jié)構(gòu)點(diǎn)的方式實(shí)施。
4 案例分析
在貴州某工地，由于滑坡導(dǎo)致橋面開裂，橋位所在位置坡度及其陡峭，設(shè)備安裝及其困難我們?cè)诖颂幨褂脽o合作目標(biāo)橋梁應(yīng)急處置測(cè)量，受地形限制，交會(huì)角不是十分理想，為確保成果質(zhì)量，我們進(jìn)行了連續(xù)兩次觀測(cè)，以驗(yàn)證測(cè)量精度，其對(duì)比成果如下：
可以看出兩次測(cè)量其成果最大偏差為1.6mm，滿足規(guī)范小于3mm的要求，其方法是可靠地。
5 結(jié)束語
隨著橋梁基數(shù)不斷擴(kuò)大，橋梁應(yīng)急處置的數(shù)量也不斷增大，如何充分的已有人力物力，第一時(shí)間進(jìn)行快速準(zhǔn)確的應(yīng)急測(cè)量，第一時(shí)間為橋梁的維護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保障橋梁的健康安全。在此把我們的工作思路和操作方法介紹給工程測(cè)量的同行，希望能起到拋磚引玉的作用，把橋梁變形監(jiān)測(cè)工作搞得更好。
