關于變形監測技術在橋梁監測中應用的探討

摘要：隨著工程建設對安全性要求越來越高，工程測量也要求越來越精確，其中變形監測是尤為重要的一項內容。變形監測作為監測手段中必不可少的一部分，可以實現對建筑物和工程設施的安全狀態的分析并對其進行科學、合理的評價，研究橋梁建筑物及其各組成部分在自身重力及外部因素作用下變形的規律，這在橋梁檢測中是一種重要的技術手段。這篇文章主要討論變形監測技術在橋梁監測中的應用，對高速公路橋梁的沉降和其承臺水平位移進行監測，探究變形監測的實施方法、數據分析及處理，常用的橋梁變形規律在其監測中的應用。掌握橋梁變形的一般規律，是為了做出橋梁養護的相對準確的監測意見及其報告，為橋梁建設事業保駕護航。

關鍵字：變形監測技術；橋梁檢測；應用

引言

我們的祖國作為發展中的國家，近年來發展的迅猛程度令人驚嘆。同時作為人口眾多的國家，在發展的同時也伴隨著人口壓力和交通壓力，立交橋的建設為緩解交通壓力貢獻了應有的力量。橋梁建設事業應運而生，并處于不斷發展的階段。結構復雜的橋梁層出不窮，規模也在不斷擴大，這都預示著橋梁施工的發展方向是逐步實現超大化。此時，對橋梁進行的變形監測就是必不可少的。

從概念上來說，變形監測就是測量，用以精確定位被檢測的對象或者物體的空間位置，或者研究其內部形態隨時間所發生的變化特征，對于建筑物和工程建設施工有相當重要的意義。它是實現對建筑物安全狀態的分析和評價、對設計參數進行分析和評價、對設計和現場施工質量的反饋、對變形規律的掌握和做出預報變形的重要方法。橋梁變形監測的主要工作是監測橋梁的整體性能，充分利用工程測量知識、掌握先進的測量技術、使用科學、精度相對較高的測量儀器，定期或不定期對橋梁的垂直和水平兩個方向的位移變形進行監測。對于要求較高的橋梁，要利用現場測量所得實時數據，并做出影響線或者影響面，更直觀觀察橋梁各部位位移的變形狀態，分析規律，指導施工，制定科學的橋梁維修措施，不斷完善其養護辦法。

這片文章以對廣深高速公路橋梁監測所得實際的有效數據為例，介紹變形監測技術在橋梁監測中的應用。有效結合變形監測數據和工程實際，合理處理數據，總結變形規律，為現場施工的安全性提供理論保障和技術支持。

一、橋梁變形監測的理論分析

為確定現場作業方法，要對橋梁進行變形監測，這樣可以提高對建筑物或構筑物的實際變形過程或變形趨勢分析的精確度，也是檢驗橋梁設計和施工質量的重要方法。橋梁變形監測不僅包括橋梁沉降監測，還包括對承臺水平位移的監測。在工程建設中，地面的沉降是常見的一種地質現象，同時也是不可避免的，它是一種環境地質變化，區域特性較為顯著，因此，沉降監測是橋梁監測的重要內容之一。在建設橋梁時，要求技術人員把握橋梁的變形監測以及變形的程度，所以監測在水平方向上承臺的位移也是很重要的。

不同的橋梁建筑物或者工程對測量的要求和規范也可能是不同的，這就要求技術人員能夠根據工程個體的差異性特點，嚴格按照規范確定橋梁變形測量的等級和滿足要求的精度，確保現場規范和安全作業。

（一）橋面沉降

橋面沉降也就是橋梁垂直方向上位移的變形。橋梁沉降觀測的原則包括以下五條，⑴穩定點位基準點、工作基點和觀測點；⑵儀器和設備要能平穩固定；⑶同一測量過程盡量穩定測量人員，避免更大的誤差；⑷確保觀測和環境條件前后一致；（5）對工程中各組成部分進行觀測時，要求選擇相同的觀測路線，固定同一鏡位，并運用相同的程序和方法。

橋面沉降監測包括布設沉降觀測點，測量網，對跨河橋的沉降監測等多方面的內容。現場施工，大多采用閉合水準路線或附合水準路線的方法，運用高精度水準儀對沉降觀測網進行確定。對于橋墩在河中央的跨河橋，就只能采用閉合水準測量這一種方法。測量時，把儀器架設在橋臺上，把前后相鄰的兩個橋臺作為測點進行觀測，往測結束后進行返測，測量往測時沒有測量的點。再通過往測已經側過的點觀測中間聯測的部分，作跨河水準測量路線如下圖。

圖一跨河水準測量路線圖

（二）承臺水平監測

橋梁水平監測的主要內容是橋梁承臺的水平位移監測，是通過觀測水平位移基準網和測量水平位移觀測點來實現的。在實際監測過程中，對控制網進行的布設和校核需要放在首要位置，它根據基準線條數的不同，在監測時分為兩種不同的情況。對于簡單的只布設一條基準線的大橋，在建立校核基準線穩定性要求的校核點的基礎上，只需要對基準點的距離進行測量。但是如果大橋有多條基準線，除了以上監測過程，還要測量兩個相鄰基準點之間的距離和角度。利用多次現場操作的經驗分析，得出測角誤差和測距誤差是影響觀測精度的主要因素。

二、實施橋梁變形監測的方法分析

（一）工程概況

廣深高速公路途徑經濟發達地區，是國家眾多主干道中占有重要地位的一條，它全長約123Km。沿廣深高速全線，共有99座橋梁，全長達45.35Km，其中立交橋占約?，長約12.8Km，上跨橋9座，總長1.1Km。可以作為代表性研究對象。

（二）橋梁工程項目監測

對廣深高速公路的監測主要是沿著公路方向設置水準控制網和一些必要的水準控制點，對主線上的橋梁實行變形監測，這樣做的目的是為了掌握橋梁結構在使用過程中的變形情況，為今后的養路工作打下基礎。

（三）觀察并測量橋面沉降

1.布設并測量沉降觀測點和觀測網

對所有需要監測的橋梁布設監測點，對于由于時間的推移或施工操作不當造成的破壞，要根據現場地址條件，適當在橋墩底部增設控制點。一般來說，三等水準采用閉合水準路線或者附合水準路線，按規范精度要求四等。

2.對沉降的監測

在對本工程進行監測測量時采用精度較高的DINI12高精度數字水準儀（±0.3mm/km），儀器必須要使用檢定合格的產品，并且在施工使用前要進行嚴格具體的校正。工程采用閉合或附合水準線，布設時要根據監測點的分布情況埋設工作基點，保證技術人員前后可看到的距離，注意對路線的固定。

檢查至少三個以上的工作基點是每期觀測沉降必不可少的前期工作，檢查過程中，發現任何不合格的情況，都要繼續檢查更多的基點。從而判別本工程基點的合格度，從而制定相關的施工措施。利用測量所得到的高程數據，觀察周圍的各個沉降點，采用閉合或附合水準路線。要通過對基準點的檢測，分析判斷，以保證工作基點的可靠性，從而確保觀測成果的可靠，并把所有檢測資料存檔上交。

3.跨河橋監測方法

為了研究變形監測技術在跨河橋橋梁監測中應用，對四座具有代表性的跨河橋進行水平位移基準網觀測和水平位移觀測點測量等等，這些大橋分別是東洲河大橋、川搓大橋、赤窯大橋、道窯大橋。下圖是川搓大橋的監測點位置分布圖。

圖二川搓大橋監測點位置布置圖

（三）承臺水平監測

對跨河橋進行承臺水平位移觀測時，采用滿足精度要求的TCA2003全站儀，測距精度為1mm+1ppm，測角精度要精確到秒。墩的埋設要求平面位移觀測的精度為二等，但是我們原來布設的控制網并沒有采取強制隊中裝置，所以要墩的埋設進行單獨觀測。本工程在測量各個觀測點和基線之間的夾角時采用方向觀測方法，同樣采用此方法去觀測基準點相對觀測點之間的斜距。利用測量得到的數據計算監測點的坐標，再同之前的數據進行比較，選用比較精準的那組數據。采用具有自動瞄準功能的TCA2003進行觀察，通過在監測點上安裝棱鏡的方法，可以在測量開始后實現自動鎖定棱鏡中心，不間斷得進行觀測，很有效得消除了人為因素和車輛通行時引起橋梁震動所造成的誤差，保證測量數據的精確性。

（四）監測數據處理

1.對監測數據進行的檢核

影響變形監測內部及外部因素有很多，監測所得數據必然存在一定程度的誤差，包括：粗略測量引起的誤差（這類誤差需要盡力避免），系統誤差（可通過使用精度更高的儀器或優化觀測程序和方法減小誤差，但此類誤差不可避免），偶然誤差。為了提高測量的精確度，要盡可能得消除較為明顯的誤差，盡可能提高監測精度，只有這樣才能將觀測誤差對變形分析造成的影響降到最低。在對監測數據進行檢核時，可以根據場地種類的不同分別采用野外監測和室內監測。由于場地因素的隨時間在不斷變化，要求當天就對當日測得的數據進行整理。

2.分析監測所得數據

在對橋梁變形進行監測和分析時，最主要的兩方面內容是對于橋梁空間特性的掌握，并研究分析其動態變化。選定目標橋梁的代表性橋墩或承臺特征點，對他們按時進行定期的反復檢查，對監測所得數據進行分析總結，得出被監測點群的沉降、水平位移等在隨時間變化時的變化特點，通過多次實驗多的眾多數據中，選擇以組代表性數據，該組數據要能很好反應數據的變化規律，為對下一組數據的預測提供依據，用于對目標建筑物或結構安全狀況的評估，評判施工方法的合理性，為工程制定出更加完善的措施，縮小工期，節約成本。

通過以上例子的分析和研究，得出在我國橋梁建設中，大部分橋梁墩柱的穩定性相對良好，其沉降量相對并不明顯，不影響橋梁和安全性，也不會縮短橋梁的使用年限，但仍然有個別橋墩發生了一定程度的下沉，但經過多次監測，這些下沉的橋墩并沒有出現破壞現象。并且在采取措施進行加固后，并沒有再發現沉降。經監測合格。

結語

橋梁監測變形是橋梁運行、管理和后期維護的重要手段，對保證公共交通出行安全具有很重要的意義，保證監測變形的精確度就很重要。雖然監測理論已經基本走向成熟，但對于不同工程出現的突發問題還是應該引起足夠的重視，需要技術人員不斷努力優化方案，為橋梁安全做出應有的貢獻。

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