橋梁工程變形監測？

自20世紀90年代初以來，斜拉橋和懸索橋等大型橋梁在中國如雨後春筍般出現。這種橋的結構特點是跨度大、塔柱高、主跨靈活。在這類橋梁的施工測量中，人們對動態施工測量進行了壹些研究，取得了壹些經驗。如何監測它們在建成通車過程中的柔性結構和動力特性是人們非常關心的另壹個問題。雖然有些橋梁建立了“橋梁健康系統”來了解結構內部物理量的變化，但對於了解橋梁結構的內力變化，分析變形原因，無疑具有非常重要的作用。但要真正達到橋梁安全監測的目的，了解橋梁的變化，就必須及時測量其幾何量的變化和大小。因此，在建立“橋梁健康系統”的同時，還需要利用大地測量原理和各種專用工程測量儀器和方法，研究建立大跨度橋梁的監測系統。

二、變形監測內容

根據國家最新頒布的《公路技術養護規範》中的相關規定和要求，結合大跨度橋梁高塔柱、大跨度、主跨柔性梁段等特點，橋梁工程變形監測和觀測的主要內容包括:

1)橋墩沈降、橋面線形及撓度、主梁橫向水平位移、高塔柱擺動的觀測；

2)為了測量上述項目，需要建立相應的水平位移參考網和沈降參考網進行觀測。

三、系統布局

1)橋墩沈降及橋面線形觀測點布置

墩(臺)沈降觀測點壹般布置在對應墩(臺)頂面的橋面上；橋面線形和撓度觀測點布置在主梁上。對於大跨度斜拉段，直線觀測點也對應斜拉索的錨固點位置；橋面的水平位移觀測點和橋軸線壹側的橋面沈降和線形觀測點為* * *。

2)塔架擺動觀測點的布置

塔柱擺動觀測點布置在主塔上塔柱頂部和上梁頂面以上約1.5m的上塔柱側墻上，每根柱2點。

3)水平位移監測基準點的布置

水平位移觀測基準網應結合橋梁兩側的地形地質條件、其他建築物的分布、水平位移觀測點的布置和觀測方法、基準網的觀測方法等確定。壹般分兩層布置，基準網布置在岸邊穩定的地方，埋設深埋鉆孔樁標誌。在橋面上，橋墩的水平位移觀測點作為工作點，用來測量橋面觀測點的水平位移。

4)垂直位移監測參考網的布設

為了便於觀測和使用，壹般將岸邊的平面基準點納入豎向位移基準網中，同時在穩定的地方增設深埋水準點作為水準基準點，作為橋梁豎向位移監測的基準點。為了統壹兩岸的高程系統，應在兩岸基準點之間設置壹條跨河水準路線。

第四，方法和結果的準確性

1)GPS定位系統測量平面參考網

為滿足變形觀測的技術要求，參考網邊長的相對精度應不低於1/120000，邊長誤差應小於5mm；由於大部分工作基準點位於橋面上，用基準點很難看到全部，因此可以使用GPS定位系統進行測量。為了觀測時不中斷交通，避免交通引起的儀器抖動，幹擾GPS接收機的信號接收，橋面工作基點設置的觀測時段應安排在夜間工作，盡可能滿足靜態工況，以提高觀測精度。

2)建立高程基準網和沈降觀測，進行精密水準測量。

高程基準網和橋面沈降觀測按照《國家壹、二等水準測量規範》二等技術要求執行。豎向位移參考網點、橋面沈降點和跨河水準路線形成多條環線。高程基準網的觀測采用精密水準儀；高程基準網中的跨河水準測量，可采用三角高程測量法，同時使用兩臺精密全站儀進行觀測。

3)采用全站儀坐標法觀測橫向水平位移。

眾所周知，線性建築物的水平位移常采用基線法觀測，其本質上是測量垂直於基線方向的偏差值。為了充分發揮現代全站儀的優勢，橋面水平位移觀測可以采用類似基線法原理的坐標法直接確定觀測點的橫坐標。武漢長江大橋用這種方法觀測了橫向水平位移。根據全橋136觀測點成果統計分析，Y坐標精度為0.48mm，遠高於橋梁監測技術中的精度要求(3 mm)，且未考慮視線長度不等對Y坐標精度的影響。

4)采用智能全站儀(測量機器人)測量高塔柱的擺動。

采用目前最先進的智能全站儀TCA2003觀測塔身擺動，其標稱精度為0.5英寸，(1mm+1× 10-6d)。它能自動發現並精確瞄準目標，自動測量測站到目標點的距離、水平值和天頂距，計算三維坐標並記錄在內置模塊或計算機中。由於不需要人工瞄準、讀數和計算，有利於消除人為差異的影響，降低記錄和計算錯誤的概率，尤其是在夜間，而且不需要照亮標誌。儀器壹次記錄壹個目標點不超過7s，每個點只記錄30s。壹個周期內10點內的觀測壹般不會超過5分鐘，其觀測速度是人工無法比擬的。

在武漢長江大橋，這種方法被用來測量高塔的擺動。為了評價該方法的準確性，利用車流量較少的夜間觀測結果進行了統計分析。模仿橋面水平位移觀測的統計分析方法，對視線長度為800m的觀測點，根據夜間6個時段的觀測數據進行統計分析計算，得到mx=0.034mm，my=0.61mm，說明該方法精度較高，能夠滿足塔柱動態觀測的精度要求。

動詞 （verb的縮寫）結果分析

觀測結果分析主要包括:計算每次觀測後參考點的坐標、高程及其變化；橋墩、橋面沈降觀測點和線形點的標高和變化；橋面水平位移觀測點的y坐標和側向位移。根據這些變形量，畫出相應的變形曲線。

六、南京長江大橋變形監測實例

1)項目概述

南京長江二橋是國家九五重點建設項目。位於南京長江大橋下遊11 km處，全長21.337 km。它由南、北汊橋、南岸、八卦島和北岸組成。其中，南岔大橋為鋼箱梁斜拉橋，全長2938米，主跨628米，在建時在同類橋梁中位居中國第壹，世界第三。北岔大橋為鋼筋混凝土預應力連續箱梁橋，長2172米，主跨3×165米，在國內也處於領先地位。全線還有互通式立交4座，特大橋4座，大橋6座。大橋設計標準為雙向六車道高速公路；設計速度為100km/h；設計荷載為蒸汽-20以上，懸掛-120；路基寬33.5米，橋面寬32米(不含纜索錨固區)。全線設置監控、通信、收費、照明、動靜態稱重系統，以及南岔主橋、南岔橋公園、八卦洲服務區的景觀照明。

為了建立南京長江二橋全線結構的成橋線形和位置基準，監測南岔大橋、北岔大橋、八卦洲引線(軟土地基)等重要斷面和橋墩的位移，為以後的橋梁維修和驗收留下原始數據，有必要對南京長江二橋進行變形監測。

2)監測內容和方法

(1)索塔和基礎

索塔主要監測塔基位移(三維)和塔頂水平變化(二維)。對於南汊大橋，塔基位移監測點布置在標高約9m的塔柱上，塔頂水平變化監測點布置在塔柱上，上下遊塔柱和塔柱南北兩側各布置壹個測點，如圖13-1所示。北塔樓和南塔樓共布置17個監測點，其中北塔樓9個；對於北汊橋，基礎位移監測點位於河道內22號、23號、24號、25號橋墩上，每個橋墩上下遊各分布壹個點，共8個點，點也位於約9m的高程平面上，如圖13-2所示。

索塔和基礎的位移每三個月觀測壹次。本次測量使用瑞士徠卡高精度TC2003全站儀，采用三維前方交會法進行四次角度觀測。觀測方法如圖13-1和圖13-2所示。南、北汊橋以竣工後恢復的首級控制網為基礎，通過平差計算獲得三維坐標。為了便於分析塔柱的位移方向，平差計算采用橋軸坐標系。

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