淺談變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在橋梁監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
2015-06-18
1緒論
橋梁的建設(shè)展示了我國大橋梁發(fā)展的最新技術(shù)水平和成就，代表了大橋梁發(fā)展方向，使我國公路橋梁建設(shè)步人世界先進(jìn)行列，并對(duì)促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)繁榮和發(fā)展，完善國道主干線網(wǎng)起到十分重要作用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
本應(yīng)用研究通過對(duì)江陰長(zhǎng)江公路大橋的沉降和水平位移監(jiān)測(cè)，探討變形監(jiān)測(cè)理論在實(shí)際工程問題中的應(yīng)用，通過合適的數(shù)據(jù)處理方法，分析和總結(jié)橋梁變形的規(guī)律，為橋梁的養(yǎng)護(hù)、管理和決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。
2橋梁變形監(jiān)測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀
2.1橋梁結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容
2.1.1垂直位移監(jiān)測(cè)內(nèi)容
橋梁結(jié)構(gòu)豎向位移主要包括梁式橋施工期間橋墩、梁體以及運(yùn)營期間橋墩、橋面的豎向位移測(cè)量；拱橋施工期間的橋墩、拱圈以及運(yùn)營期間的橋墩、橋面垂直位移；懸索橋、斜拉橋施工期間索塔、梁體、錨碇以及運(yùn)營期間索塔、橋面垂直位移；橋梁兩岸邊坡垂直位移。
2.1.2水平位移監(jiān)測(cè)內(nèi)容
橋梁結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)主要包括梁式橋施工期間梁體以及運(yùn)營期間橋面的水平位移監(jiān)測(cè)；拱橋施工期間的拱圈以及運(yùn)營期間的橋面水平位移監(jiān)測(cè)；懸索橋、斜拉橋施工期間索塔傾斜，塔頂、梁體、錨碇以及運(yùn)營期間索塔傾斜、橋面水平位移；橋梁兩岸邊坡水平位移。
2.2 橋梁結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)控制測(cè)量
2.2.1 垂直位移監(jiān)測(cè)控制測(cè)量
高程控制測(cè)量等級(jí)的劃分，依次為二、三、四、五等。各等級(jí)高程控制宜采用水準(zhǔn)測(cè)量；四等及以下等級(jí)可采用電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量，五等也可采用GPS 擬合高程測(cè)量。
首級(jí)高程控制網(wǎng)的等級(jí)，應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模、控制網(wǎng)的用途和精度要求合理選擇。首級(jí)網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成環(huán)形網(wǎng)，加密網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成符合路線或節(jié)點(diǎn)網(wǎng)。
特級(jí)沉降觀測(cè)的高程基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于4個(gè)；其他級(jí)別沉降觀測(cè)的高程基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于3個(gè)。高程工作基點(diǎn)可根據(jù)需要設(shè)置?；鶞?zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)應(yīng)形成閉合環(huán)或形成由附合路線構(gòu)成的結(jié)點(diǎn)網(wǎng)。
高程基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選設(shè)在變形影響范圍以外且穩(wěn)定、易于長(zhǎng)期保存的地方。高程基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)之間宜便于進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。當(dāng)使用電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量方法進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，宜使各點(diǎn)周圍的地形條件一致。當(dāng)使用靜力水準(zhǔn)測(cè)量方法進(jìn)行沉降觀測(cè)時(shí)，用于聯(lián)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)的工作基點(diǎn)宜與沉降觀測(cè)點(diǎn)設(shè)在同一高程面上，偏差不應(yīng)超過±1㎝。當(dāng)不能滿足這一要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置上下高程不同但位置垂直對(duì)應(yīng)的輔助點(diǎn)傳遞高程。
2.2.2 水平位移監(jiān)測(cè)控制測(cè)量
平面基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)符合下列規(guī)定：
各級(jí)別位移觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)(含方位定向點(diǎn))不應(yīng)少于3個(gè)，工作基點(diǎn)可根據(jù)需要設(shè)置；基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)應(yīng)便于檢核校驗(yàn)；平面控制測(cè)量可采用邊角測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、GPS 測(cè)量及三角測(cè)量、三邊測(cè)量等形式。三維控制測(cè)量可使用GPS測(cè)量及邊角測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量和電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量的組合方法。
3橋梁變形監(jiān)測(cè)實(shí)例分析
3.1工程概況及項(xiàng)目監(jiān)測(cè)
江陰長(zhǎng)江公路大橋，位于江蘇省江陰市黃田港以東3200米的西山，主跨1385米（328+1385+295），橋塔高190米，為兩根鋼筋混凝土空心塔柱與三道橫梁組成的門式框架結(jié)構(gòu)，重力式錨碇，主梁采用流線型箱梁斷面，鋼箱梁全寬36.9米，梁高3米，橋面寬29.5米，雙向六車道。
本工程主要是通過布設(shè)控制網(wǎng)、變形觀測(cè)點(diǎn)等建立全線橋梁監(jiān)測(cè)體系，定期測(cè)量橋梁墩臺(tái)沉降及承臺(tái)水平位移，通過累積的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)橋梁情況進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)，為養(yǎng)護(hù)維修提供可靠的數(shù)據(jù)。
本次工程監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容是通過在江陰長(zhǎng)江公路大橋沿線布設(shè)水準(zhǔn)控制網(wǎng)，并增設(shè)水準(zhǔn)控制點(diǎn)進(jìn)行完善，對(duì)江陰長(zhǎng)江公路大橋進(jìn)行橋梁沉降監(jiān)測(cè)及承臺(tái)水平位移監(jiān)測(cè)，旨在了解橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營變形情況，指導(dǎo)下一步的養(yǎng)路工作。
3.2橋面沉降觀測(cè)
3.2.1沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)
本工程所有需監(jiān)測(cè)的橋梁監(jiān)測(cè)點(diǎn)已布設(shè)完成，對(duì)于少數(shù)破壞需補(bǔ)充布設(shè)的根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況在橋墩底部重新布設(shè)。同時(shí)，沉降觀測(cè)網(wǎng)采用閉合水準(zhǔn)路線或附合水準(zhǔn)路線，并按照三等水準(zhǔn)要求進(jìn)行，觀測(cè)點(diǎn)的精度按照四等要求控制。
3.2.2沉降監(jiān)測(cè)
本項(xiàng)目沉降監(jiān)測(cè)所采用的測(cè)量?jī)x器是DINI12高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀（±0.3mm/km），所用儀器事先經(jīng)過檢定合格并在項(xiàng)目具體實(shí)施前經(jīng)過校正。在布設(shè)水準(zhǔn)路線時(shí)，根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布情況埋設(shè)工作基點(diǎn)，采用閉合或附合水準(zhǔn)路線，保持前后視距，固定觀測(cè)路線同時(shí)滿足變形監(jiān)測(cè)的“三定”要求。
在對(duì)各沉降點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，每期測(cè)量前檢查工作基點(diǎn)至少三個(gè)以上。為保證工作基點(diǎn)的可靠性，每次觀測(cè)前應(yīng)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，并做出分析判斷，以保證觀測(cè)成果的可靠，工作基點(diǎn)穩(wěn)定性檢查資料也要存檔并隨每期報(bào)告上交。
3.2.3跨河橋沉降觀測(cè)方法
根據(jù)項(xiàng)目具體實(shí)施要求，對(duì)江陰長(zhǎng)江公路大橋進(jìn)行水平位移觀測(cè)，其監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)觀測(cè)及水平位移觀測(cè)點(diǎn)測(cè)量?jī)蓚€(gè)主要內(nèi)容。
3.3承臺(tái)水平監(jiān)測(cè)
橋梁承臺(tái)水平位移觀測(cè)采用TCA2003全站儀進(jìn)行，測(cè)距精度為 1mm+1ppm，測(cè)角精度為±0.5″。由于原有的控制網(wǎng)未采取強(qiáng)制對(duì)中裝置，無法滿足二等平面位移觀測(cè)的精度要求，故需要進(jìn)行觀測(cè)墩的埋設(shè)。
本項(xiàng)目擬采用方向觀測(cè)方法測(cè)量各觀測(cè)點(diǎn)與基線之間的夾角，同時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)至觀測(cè)點(diǎn)之間的斜距。計(jì)算出每個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，再同前期和第一期進(jìn)行比較。觀測(cè)采用的TCA2003具有自動(dòng)瞄準(zhǔn)功能，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上安裝棱鏡，測(cè)量時(shí)儀器自動(dòng)鎖定棱鏡中心，連續(xù)觀測(cè)，從而消除人的因素和車輛通行時(shí)橋梁震動(dòng)時(shí)的影響。
3.4監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析
3.4.1監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)與校核
受觀測(cè)條件的影響，任何變形監(jiān)測(cè)資料都可能存在誤差。誤差一般分為三類：粗差、系統(tǒng)誤差、偶然誤差。在觀測(cè)過程中，粗差需要避免，系統(tǒng)誤差可以通過一定的觀測(cè)程序加以消除或者減弱。在變形監(jiān)測(cè)中，由于變形量本身較小，接近測(cè)量誤差的邊緣，所以應(yīng)設(shè)法消除較大誤差，提高監(jiān)測(cè)精度，從而盡可能地減小觀測(cè)誤差對(duì)變形分析的影響。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)檢核的方法很多，主要可以分為野外粗檢和室內(nèi)精檢，且當(dāng)天測(cè)得的原始數(shù)據(jù)，應(yīng)于當(dāng)天檢核整理完畢。
3.4.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)
橋梁的空間特性和動(dòng)態(tài)變化是變形監(jiān)測(cè)和分析的主要內(nèi)容。其方法是選定某些橋墩或承臺(tái)特征點(diǎn)，對(duì)其周期性地進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)，通過數(shù)據(jù)處理研究被監(jiān)測(cè)點(diǎn)群的沉降、水平位移等隨時(shí)間變化規(guī)律，尋找一種能夠較好反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律的函數(shù)關(guān)系，對(duì)下一階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以評(píng)估建筑物和結(jié)構(gòu)的安全狀況，評(píng)價(jià)施工方法，確定工程措施。通過對(duì)各期成果進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，大部分橋梁墩柱比較穩(wěn)定，未發(fā)生明顯沉降，但有少部分橋梁墩柱有一定下沉，且無明顯破壞跡象并經(jīng)復(fù)測(cè)無誤。經(jīng)過加固處理后，后期觀測(cè)未發(fā)現(xiàn)下沉現(xiàn)象。
4結(jié)論
橋梁變形監(jiān)測(cè)涉及到橋梁的運(yùn)行、管理和維護(hù)，因而在保證公共出行交通等方面具有重要的意義。因?yàn)樽冃伪O(jiān)測(cè)本身是很小的形變量，所以除了要滿足較高的觀測(cè)精度要求之外，對(duì)控制網(wǎng)的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)、儀器的精度、測(cè)量人員的觀測(cè)技能都提出了更高的要求。
在目前的橋梁變形觀測(cè)中，其觀測(cè)的基本理論已經(jīng)成熟。但是在針對(duì)不同的工程應(yīng)用問題時(shí)，在變形觀測(cè)及其控制網(wǎng)的布設(shè)上，仍然有很大的靈活性。因而，需要根據(jù)不同的實(shí)地觀測(cè)情況，做出具體的布設(shè)方案來解決實(shí)際工程應(yīng)用。
