變形監測技術在橋梁監測中的應用

史宗信

【摘要】隨著我國橋梁建設事業的迅猛發展，橋梁結構和形勢日趨復雜，規模也越來越大，橋梁的施工正朝著超大化的方向發展，對其進行變形監測也就顯得尤為重要。本文進一步分析了變形監測技術在橋梁監測中的應用，以供同仁參考借鑒。

【關鍵詞】橋梁檢測；變形監測；技術應用

引文：橋梁的變形監測是對橋梁整體性能的監測，其基于工程測量的原理、技術和精密測量儀器，對橋梁在垂直方向和水平方向的位移變形進行定期或實時監測，并通過繪制相應的位移變形影響線或影響面來監測橋梁各部位位移的變形狀態，預測其變形規律，為橋梁的維修、養護和管理決策提供依據和指導。

一、 橋梁變形監測的主要內容及其原理

根據橋梁的變形性質，將橋梁變形監測分為：

（1）橋梁墩臺基礎監測。墩臺在地基環境和水流沖刷的影響下會發生沉降變形及水平位移，以沉降監測為主。

（2）橋梁主體結構監測。包括橋面垂直位移監測、橋面水平位移監測、橋面撓度監測及斜拉橋塔柱的水平位移監測、整體傾斜監測、撓度監測、伸縮量監測等。橋面變形主要由橋墩的位移、傾斜及外界荷載等引起，直接影響過橋行車的安全，對橋梁的安全營運十分重要；塔柱主要通過斜拉索支撐主體的荷載，變形主要由外界荷載產生，及時、準確地掌握塔柱的變形狀況對評判斜拉橋的安全狀態十分重要。

（3）為完成上述監測，需建立相應的基礎控制網，保證橋梁變形監測的精度。

根據不同的測量要求和規范，橋梁變形測量的等級及精度要求也各不相同。在實際的工程監測中，需要根據不同的規范要求實施監測。

（1）橋面沉降監測主要是監測橋梁在垂直方向上的變形。在沉降觀測中，需要始終遵循“五定原則”，即基準點、工作基點、觀測點點位要穩定；所用儀器、設備要穩定；觀測人員要穩定；觀測環境條件要一致；觀測路線、鏡位、程序和方法要固定。橋面沉降監測的主要內容包括：沉降觀測點布設及網的測量、沉降監測、跨河橋沉降觀測等。沉降觀測網一般采用閉合水準路線或附合水準路線，用高精度數字水準以進行觀測。而對于跨河橋沉降

觀測，由于橋墩在河中時，觀測采用閉合水準測量。在橋臺上架設儀器，觀測前后相鄰橋臺測點，返測時測量往測時未測量的測點，對于中間聯測部分，通過往測已測點來進行觀測。

（2）橋梁的水平監測主要是通過監測橋梁承臺的水平位移來對其進行監測，其監測的主要內容包括水平位移基準網觀測及水平位移觀測點測量兩個主要內容。在實施承臺水平位移監測的過程中，首先需要對控制網進行布設和校核，對只布設一條基準線的大橋，只需進行基準點距離測量，但需要建立校核點，作為檢核基準線穩定性的條件。對于多條基線的大橋，除上述檢核之外，還需進行相鄰基準點之間的距離及角度測量。在具體的水平位移觀測點觀測中，其觀測精度主要受測角誤差和測距誤差的影響。

二、橋梁變形監測方法及技術分析

傳統橋梁變形監測方法：與其他工程建筑物相比，橋梁構造較復雜且細微的變形可能造成較大的應力變化，因此對橋梁監測精度要求較高。橋梁變形監測方法有多種，常規大地測量法和物理傳感器法是獲取變形數據的主要手段，因其具有簡單、易行、成本低等優點，較適合大眾化監測。

（1）常規大地測量方法：常規大地測量法是20世紀80年代前最主要的橋梁變形測量方法，通常采用電子或光學測量儀器（包括水準儀、經緯儀、電磁測距儀、全站儀等），根據橋梁監測需求，周期性、重復性地測量角度和距離等來獲取橋梁監測點的三維坐標，進而確定橋梁結構的垂直位移和水平位移。該方法具有較高的靈活性，測量精度高，隨著各種精密儀器的出現，大地測量方法在橋梁監測中得到廣泛應用，能適用于多種不同結構形式的橋梁變形監測精度要求。但在實際工作中該方法監測速度慢，自動化程度較低，且需要投入大量的人力、物力，易受現場地形條件、天氣和通視等條件的影響。

（2）物理傳感器方法：常規大地測量法只能獲取橋梁整體變形信息，而橋梁局部變形的監測不容忽視，于是將物理傳感器引入局部橋梁監測中。目前用來測定橋梁局部變形的物理傳感器主要包括測力計、應變計、位移計、傾斜儀、重量動態測量儀、銹蝕檢測儀、電子水平儀及振動、溫度、風力、壓力、濕度、雨量等傳感器。物理傳感器法的特點是能獲取觀測橋梁內部的應力、壓力、傾斜角度、溫度變化及高精度的局部變形信息，且能長期連續地自動觀測。胡現輝等通過將徠卡 NIVEL200電子水平儀的串口與計算機連接，實現了計算機控制和獲取電子水平儀傾斜數據，并繪制了橋梁變形示意圖；唐山高等利用傾斜傳感器成功對塞浦路斯高速公路高架橋橋墩進行了位移測量。物理傳感器固定安裝在橋梁中，使用靈活，能在惡劣環境中實現自動觀測。但該方法只能監測橋梁的局部變形和相對變形狀況，無法掌握橋梁變形的整體情況，存在一定的局限性。

近年來，隨著3S技術尤其是遙感技術和導航系統的不斷發展，計算機技術和空間技術等的迅猛興起，變形測量技術發生了革命性的變化，推動橋梁變形監測技術從地面擴展到空間、從靜態到動態，逐漸實現全天候、自動化監測。目前橋梁變形監測中應用較廣的3S技術包括攝影測量技術、GPS技術及雷達干涉測量技術。

（1）攝影測量技術：利用攝影測量技術進行橋梁變形監測可行，適合于大范圍地面變形監測，但與全站儀監測相比，該方法精度不是很高，且測量設備成本高，在橋梁的適用研究中還需進一步探索。

（2）GPS測量技術：GPS技術應用于橋梁變形監測能達到毫米級的精度，大大減少了外業工作量，降低了人為因素的影響。然而對于部分橋梁，監測點的天頂通視差，監

測精度受到影響，當監測點較多時其成本較高；且與全站儀相比，其垂直位移監測精度較低，還有待提高。

（3）雷達干涉測量技術：采用INSAR技術提取高程的精度可達數米，而運用差分干涉手段（D-INSAR）可達到厘米級甚至毫米級，對橋梁微小形變的監測應用潛力巨大。由意大利IDS公司與弗洛倫薩大學聯合研制的遙感干涉測量系統IBIS-S已應用于大型橋梁及建筑物的變形監測，錢塘江大橋、金沙江大橋、石崆山大橋的靜態監測、動態監測及自振頻率監測結果表明IBIS-S可以在較短時間內獲取橋梁靜態、動態撓度變化，擁有最高200Hz的自振頻率，靜態精度0.1mm，動態精度0.01mm；利用IBIS-S和角反射器配合，可提取橋墩任意位置的微變形；在斜拉橋的應用中，IBIS-S一次可對多根索同時進行測量，無需阻斷交通。作為一種全新的變形測量技術，其價格較昂貴，且無法直接獲取目標物的三維信息，需通過投影獲得，若與三維激光掃描等技術結合，更能發揮其優勢。

結束語

橋梁變形監測涉及到橋梁的運行、管理和維護，因而在保證公共出行交通等方面具有重要的意義。因而，需要根據不同的實地觀測情況，做出具體的布設方案來解決實際工程應用。

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