變形監測在重慶市五童路小石壩高架橋應急搶險工程中的應用

郝中峰

摘要：本文以重慶市五童路小石壩高架橋應急搶險工程為實例, 簡述變形監測常規大地測量方法在大橋變形監測中的應用以及其在橋梁安全隱患分析評估中的作用。

關鍵詞：變形監測；智能機器人；基準網；變形點

0引言

變形監測是利用測量儀器對變形體的變化狀況進行監測的工作，其目的是要獲得變形體的空間位置隨時間的變化特征，同時還要解釋變形的原因。變形監測研究的對象范疇很大，可以包括全球性和區域性的變形體，也可以小到一個工程建（構）筑物。變形監測的測量方法主要有：常規大地測量方法，GPS方法，數字近景攝影測量方法，激光掃描方法，InSAR方法。變形監測的成果主要利用文字、照片、表格和圖形等形式進行直觀表達。它科學上的意義包括更好地理解變形的機理，驗證有關工程的理論，以及建立正確的預報變形的理論和方法。

1工程概述

重慶市五童路小石壩高架橋橋梁總長502.81m，為三跨一聯或四跨一聯鋼筋混凝土預應力連續箱梁；分左右兩幅，單幅橋寬15米；橋梁跨徑組合為第一聯（30+35+35+30m）+第二聯（34+38.111+34）+第三聯（30+35+35+30m）+第四聯（30+35.5+35.5+29m）預應力連續箱梁；設計荷載為城市-A級，人群荷載4.0kN/m2。

該橋于2003年竣工。2010年11月，五童路小石壩高架橋第二聯第七跨伸縮縫嚴重變形，梁端出現20cm左右的水平位移，第二聯第七跨梁端支座縱向和橫向均出現約8cm左右的位移。為保障車輛行人安全，管理單位對道路交通實施封閉。

為了進一步掌握橋梁變形的狀況，對小石壩高架橋進行全橋檢測并對橋梁及周邊地形進行1:200地形圖測量。與橋梁竣工現狀地形圖做比較，發現小石壩高架橋橋下和周邊新增大量棄土，特別是6、7號橋墩下棄土高度達8米之多。檢測結果發現： 6號墩左右幅偏移都較大，達120～131mm，方向朝填土邊坡下側；7號墩左幅偏移較大，偏移量93～133mm，方向朝填土邊坡下側；7號墩右幅偏移量很小，偏移量1～19mm；左幅橋蓋梁上個別支座存在承壓不均現象，伸縮縫止水帶有所損壞，橋頭跳車現象嚴重。

是棄土推力的影響使橋梁發生變形還是設計和施工的缺陷使橋梁在重載之下發生形變？為了準確地分析和查找橋梁變形的原因和變形趨勢，決定對小石壩高架橋橋面箱梁、橋墩、伸縮縫進行變形監測工作。在小石壩高架橋周邊穩定區域布設平面基準網，使用測量機器人，采用雙極坐標測量方法，對橋梁橋面進行平面位移觀測、橋墩進行平面位移觀測、伸縮縫變形點觀測，描繪橋梁現有變化特征，為深入分析大橋現有狀態及未來變化提供盡可能完備信息。

2變形觀測

2.1 大橋坐標系的建立

為了更好地分析橋梁變形情況，建立大橋坐標系。沿大橋縱軸線以五里店到童家院子前進方向為X軸正方向，左邊為左幅橋梁，右邊為右幅橋梁；從橋梁左幅到右幅（垂直與橋梁縱軸方向）為Y軸正方向。

2.2 基準網的建立

為確保基準網的穩定性及便于長期觀測需要，本次變形監測前小石壩高架橋周邊穩定區域布設三等GPS平面基準點5點，平面工作基點1點。平面基準網采用8臺Trimble5800 GPS接收機進行觀測，觀測方法及數據處理精度滿足《衛星定位城市測量技術規范》（CJJ/T 73-2010）要求。

控制點均澆筑強制歸心觀測墩標，墩標為鋼筋混凝土四棱臺，其上截面尺寸為20 cm×20cm，下截面尺寸為30 cm×30cm，高為1.2m 。位于地面上的墩標，先掘出一個長寬為60cm×60cm的大坑，底部掘至基巖下50cm，然后將基座鋼筋籠放在坑中，用水泥沙漿和碎石澆筑而成。

2.3 變形點的布設

在小石壩高架橋橋面箱梁埋設平面位移點16點，分別位于大橋二、三聯橋面東西兩側，共8對；在小石壩高架橋橋墩埋設平面位移點12點，分別位于高架橋二、三聯橋面下橋墩上。

為了了解橋梁伸縮縫的變形情況，在小石壩高架橋第一聯與第二聯、第二聯與第三聯、第三聯與第四聯的伸縮縫兩側布設伸縮縫變形點，共埋設變形點44點，點位采用帶“十”字絲的不銹鋼“I”形標志。

2.4 變形點的觀測

變形觀測采用TCA2003全站儀（智能機器人），按變形觀測二級精度要求進行觀測。

變形觀測分為2個階段實施：監測第一階段在橋梁靜載的情況下，每天上、下午兩次對橋梁平面變形點進行觀測，觀測周期為1周，了解橋梁有無繼續變形態勢。監測第二階段是在對橋梁周邊棄土進行卸載時監測，觀測周期為2周，頻率為每天2次。主要是分析橋梁變形原因和橋梁整固階段安全防范。

3變形監測成果分析

橋面變形點觀測成果如圖3-1和圖3-2所示。

從變形觀測圖3-1和3-2可以看出，在橋梁靜載狀態下（第一監測階段內），橋墩對應橋面位移點在坐標X方向（縱向）和Y方向（橫向）各點變化趨勢不明顯，總體變化區間在-4.0～+8.0mm之間；在坐標Y方向（橫向）第二監測階段（卸土階段）有由右幅向左幅位移變化的趨勢，卸土完成后相對平穩趨勢不明顯。

橋墩變形點觀測成果如圖3-3和圖3-4所示。

從圖3-3和圖3-4可以看出，在橋梁靜載狀態下（第一監測階段內）橋墩無明顯變化，第二監測階段（卸土階段）橋墩有向X位移的趨勢；在坐標Y方向（橫向）上有明顯向左幅位移的趨勢，其中墩柱7-1位移在縱橫向上的變化均相對較明顯。

伸縮縫變形點觀測成果反映如下特征：

在第一監測階段內（橋梁靜載狀態下）箱梁第二聯與第三聯間伸縮縫變形點觀測值在縱向與斜向總體表現為增大后在一定范圍內振蕩，最大觀測值接近14.0mm。在第二監測階段（卸土階段）伸縮縫距離有持續增大趨勢。

4結論

1）通過小石壩高架橋第一 監測階段所進行的的橋面平面位移觀測、橋墩平面位移觀測、伸縮縫變形點觀測的數據結果可分析得出：本次觀測期間內，小石壩高架橋橋墩、橋面平面位移較小，且變化無規律；第二聯和三聯間伸縮縫間距無明顯異常變化。

2）通過對小石壩高架橋7號墩左幅附近卸土前后的變形觀測成果分析，卸荷之后橋墩都有不同程度的向X方向和-Y方向的位移，其中7墩左幅回彈量最大；第二聯第三聯梁體也有向X方向和-Y方向的位移，第二聯和三聯間伸縮縫在棄土卸荷之后寬度增大。

本次變形監測的結果表明：在橋梁靜載情況下小石壩高架橋無進一步變形趨勢；在卸土過程中，橋梁有較小的回彈趨勢，橋梁整體變形位移方向與橋下填土主推力方向基本一致，初步證實了填土推力是造成小石壩高架橋發生變形的主要原因。