影響橋梁沉降觀測準確度和精確度因素的研究

□文/趙 剛

目前建筑物沉降測量的重要性已經達成共識，沉降測量已經非常普遍。新建設的建筑物和古建筑都設立沉降觀測點進行觀測。橋梁沉降觀測規范性和重視程度，與建筑物相比，有一定差距。因此筆者根據調查和測量經驗，對橋梁沉降觀測的準確度和精確性的影響因素進行一些探討。

已經建成的橋梁，在自重、活載荷、地面沉降、地鐵盾構過橋、排水管線過橋等作用下，會產生或多或少的沉降。根據DB29-62—2004《天津市城市橋梁養護技術規程》第4.3.5的要求，特大橋、大橋和特殊結構橋梁應設立永久性監測點。通過對橋梁的位移觀測，掌握橋梁各構件的位移大小，提前發現不正常的變形，不僅保證橋梁的運行安全，而且為決策者及時采取措施，確保橋梁不出現傾覆、坍塌，留出充足的病害處理時間。

1 測量儀器的選擇

水準測量的主要的測量儀器可選擇水準儀、全站儀、GPS。這3種儀器，各有特長，應配合使用，才能保證最終測量精度。水準儀的精度最高，GPS的精度最低。但是水準儀在長距離測量中，速度緩慢且可能會產生不可預料的人為誤差；GPS在平原地區可測量范圍10km且速度快，人為誤差低。全站儀精度居中，但是全站儀不適合倒站進行測量（倒站誤差影響因素較多，不容易控制誤差），全站儀的優勢在于根據角度換算成高差，因此適用于不倒站時兩個點的高差＞1.5m時的測量。

綜合以上分析可以得出：短距離高程測量5km以內，最好用精密水準儀；長距離測量＞5km，GPS靜態測量可靠性更高；當幾十米范圍內，高程相差太大時，應用全站儀進行測量。

2 觀測點布置要求

橋梁沉降觀測，一般應設置墩柱沉降測點和橋面線型測點。

墩柱不均勻沉降觀測應在墩柱的4個角位置設4個沉降觀測點；墩柱沉降測點應在墩柱長邊的中心位置設置1個觀測點，觀測點的位置應距離地面30～50 cm，觀測點應露出混凝土面2～3cm。對于不容易到達的墩柱位置，應在2.5m高度附近粘貼反光片，采用免棱鏡全站儀進行測量。

橋面測點應布置在防撞墻上，觀測點應露出混凝土面1cm，以防橋面進行罩面維修時把觀測點撞落。橋面測點除有特殊要求外，一般應在墩柱頂端左右兩側各布置一個；因為伸縮縫位置有可能產生錯臺，因此伸縮縫兩側應分別布置觀測點；對于跨度超過30m的梁體，應在跨中位置增設觀測點；對特殊結構橋梁，應根據線型觀測的需要，制定專門的觀測點建立方案。

為保證觀測點牢固，植入深度至少4cm以上，植筋膠凝固后要堅硬；沉降觀測一般時間較長，因此植筋膠耐久性要好；觀測點應做防腐處理，最好鍍鋅；觀測點位置應容易測量，并不容易損壞。

3 測量中保證精確度和準確度的措施

3.1 后視基準點

后視基準點是沉降測量的基礎，因此基準點的建立及位置選擇極其重要。要保證基準點的可靠性，應遵守以下要求：

1）基準點標石的設置，應符合GB50026—2007《工程測量規范》附錄D的要求；

2）基準點應布設在變形影響范圍以外，靠近觀測目標，便于長期保存和聯測的穩定位置；

3）避開交通干道、地下管線、施工材料堆場、施工材料運輸線路及施工機械等，距離水坑、河岸、深基坑應至少50m以上；

4）在每次觀測前均應檢核基準點的穩定性，發現高程變異超過允許精度立即采取處理措施；

5）基準點的布設是根據現場踏勘的情況，考慮基準點的穩定性和觀測精度要求布設的。布置沉降觀測點需在建筑物附近較隱蔽且土層較穩定的地方設置不少于3個永久性的基準點；

6）初始觀測應對基準點進行聯測且測量次數不少于3次，取讀數穩定的2組的平均值作為初始值。

3.2 觀測頻率

為保證觀測數據的可靠性，應保證一定的觀測頻率。對竣工1a以上的橋梁，觀測頻率1a/次即可，但是對于有盾構、深基坑等施工影響的橋梁，應根據施工的速度，確定施工時的觀測頻率及施工完畢后的觀測頻率，相鄰兩次觀測，應保證沉降、變形速度不超過1mm。

3.3 環境誤差

為減小誤差，應固定觀測環境 (時間、日照方向等)。水準觀測應在標尺分劃線成像清晰而穩定時進行。在設計路線時,使環中最弱點與水準基點間的測站數盡量小。在以下情況，不應進行觀測：

1）標尺分劃線的影像跳動而難于照準時；

2）雨雪天氣及氣溫突變時；

3）風力過大而使標尺與儀器不能穩定時。

3.4 人為誤差

首先應保證測量使用的儀器經過鑒定并且合格。觀測程序及觀測方法也會影響測量的準確性，測量過程中應遵循以下原則。

1）為盡可能消除系統誤差的影響，宜采用“四固定”的觀測方法，即固定儀器設備，固定觀測人員，固定觀測路線和方法。

2）在操作中，最好將3根架腿調整至等長，腳螺旋旋至最低并用腳踩實（尤其是軟土位置）。整平時不要再伸縮架腿，只調整它們之間的角度，將圓水準氣泡完全居中。測試氣泡居中與在圓邊上時的測量結果，距離11.993m，誤差在0.5mm左右。

3）銦鋼尺上下兩氣泡都要居中。尺的氣泡居中與在圓邊上，距離11.993m，誤差在0.4mm左右。作業中水準尺不垂直，需使水準尺上圓氣泡盡可能居中且采用尺撐，避免采用手扶尺的做法。

4）轉點位置必須使用尺墊。所謂轉點就是臨時點，用于傳遞高程的點，其上應放置尺墊。放置尺墊后應踩實，防止在轉動尺的過程中，尺墊滑動或下沉。尺墊的作用：測量時用于支承標尺。水準點上不能使用尺墊。

5）保證視距接近相等。數字水準儀具有將測定的i角存入機內，并對所測數據按該i角進行自動修正的功能，但儀器i角受外界溫度、濕度、振動的影響而瞬時變化仍然存在。在觀測中保持前后視距相等，是保證測量精度的非常有力的措施。在進行第一次測量時用皮尺丈量并在放置儀器位置噴上油漆以做標記用。這樣就能保證每次測量路線最大限度地保持一致。

6）光線影響。以下幾種情況不容易讀取數據：光線太暗；尺面的背景光線太強；尺面的反射太強。可以將水準尺旋轉一定角度，使之朝向光線強的方向或用高亮度的手電照亮尺面。儀器向陽觀測時難以讀取數據，可用障礙物遮擋一下即可測量。

7）橋梁結構振動。在橋上測量，有時車輛經過時，橋面顫動厲害，無法讀取數據，應選在車輛較少的清晨或傍晚進行測量。

4 測量的數據處理措施

采用測繪平差軟件對采集的數據進行處理。輸入已知高程前，應先確認所使用的基準點變化在限差之內。除檢查觀測環閉合差、觀測中誤差外，還應注意最弱點高程誤差≯0.5mm。實踐證明，在觀測時采取相應措施，得出的閉合差一般會遠＜Δ(n為測站數)，最大的高程誤差也會＜0.5mm。這樣提高了觀測點位的高程精度，更加準確地反映出橋梁的變形，確保橋梁安全地為社會服務。

5 結語

在具體應用時,應根據橋梁工程的不同特點、觀測距離的遠近等，采用合適的方法及措施,保證外業觀測達到理想的精度。由于國家近年來加大對安全的重視程度越來越高，各地因橋梁基礎或橋面變形引起的橋梁事故時有發生，因此橋梁沉降觀測很有必要，應引起橋梁管理人員的重視。

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