變形監測技術在橋梁監測中的應用

陳 泉

(湖南城市學院土木工程檢測中心，湖南 益陽 413000)

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變形監測技術在橋梁監測中的應用

陳 泉

(湖南城市學院土木工程檢測中心，湖南 益陽 413000)

主要分析了橋梁變形測量的主要內容、應用原理與技術方法，旨在為今后橋梁建設事業的完善提供參考。

變形監測技術；橋梁監測；技術應用

1 橋梁變形監測的內容及應用原理

1.1 橋面沉降監測

橋面沉降監測就是對橋梁垂直方向上位移變形的測量。在實際操作中，橋梁沉降監測主要依據的原則分別為：點位基準點、工作基點和觀測點的穩定；儀器和設備的放置必須平穩固定；測量人員在同一測量過程中盡量保證穩定，以防止更大誤差的出現；保證前后一致的觀測與環境條件；以及在對工程中各組成部分進行觀測時，保證鏡位的固定同一、觀測路線選擇與運用程序方法的相同這五條。而在內容方面，橋面沉降監測則包括了布設沉降觀測點，測量網，對跨河橋的沉降進行監測等多個方面。在現場實際施工中，橋梁沉降監測一般采用閉合水準路線或附合水準路線的方法對位移變形進行測量，并通過高精度水準儀的運用，確定沉降觀測網。而閉合水準測量法則適用于橋墩在河中央的跨河橋，在測量時先將儀器架設在橋臺上，再選擇兩個前后相鄰的橋臺作為測點進行觀測，待測量結束后還需進行返測來測量往測時遺漏測量的點，最后對于中間聯測的部分則通過往測已測點來進行觀測。

1.2 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橋梁進行的監測稱之為橋梁的水平監測，在橋梁的水平監測中水平位移基準網觀測及水平位移觀測點測量為主要的兩個監測內容。實施承臺水平位移監測，首先需注意控制網的布設和校核，當基準線的大橋只需布設一條時，只需對其基準點的距離進行測量，但校核點仍需建立，以此檢驗核對基準線是否穩定。而對于布設了多條基線的大橋，除基準線距離的測量與檢核之外，還需對相鄰基準點之間的距離及角度進行測量。在具體的水平位移觀測點觀測中，測角誤差和測距誤差是主要影響其觀測精度的兩大因素。

2 橋梁變形監測的方法分析

2.1 常規大地測量法

作為二十世紀八十年代前最主要的橋梁變形測量方法，常規大地測量法通常需要在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)的輔助下，基于橋梁監測的需求，對角度和距離等進行反復地周期性測量，以保證橋梁監測點三維坐標的獲取，進而對橋梁結構的垂直位移和水平位移進行確定。隨著各種精密儀器的出現與使用，常規大地測量法因其較高的靈活性和高精度測量倍受歡迎，在橋梁監測中應用廣泛，在多種不同結構形式的橋梁變形監測精度要求中都可適用。然而，該方法在實際工作中也有著致命的缺陷，緩慢的監測速度，較低的自動化程度，大量的人力、物力需求，且易受現場地形、天氣和通視等條件的影響等都或多或少地限制了該方法在實際工程中的應用。

2.2 物理傳感器法

由于常規大地測量法的種種缺陷以及只能用于獲取橋梁整體變形信息的局限，物理傳感器法應運而生。將物理傳感器引入局部橋梁監測中，可用于監測橋梁的局部變形，很好地彌補了常規大地測量法的不足。現今用以測定橋梁局部變形的物理傳感器主要有測力計、應變計、位移計、傾斜儀、重量動態測量儀、銹蝕檢測儀、電子水平儀及針對振動、溫度、風力、壓力、濕度、雨量的傳感器等。物理傳感器法能保持對橋梁內部進行長期連續地自動觀測，以保證及時全面的獲取觀測橋梁內部的壓力、應力、傾斜角度、溫度變化及高精度的局部變形數據。我國的物理傳感器法目前已有了較大的發展，胡現輝等通過連接徠卡 NIVEL200電子水平儀的串口與計算機，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，成功地對塞浦路斯高速公路高架橋橋墩進行了位移測量，種種這些都證明了物理傳感器法在實際工作中應用的成功。固定安裝在橋梁中的物理傳感器使用靈活，在在惡劣環境中也能實現自動觀測。但這種方法亦不是萬能的，物理傳感法也存在著一定局限，該方法只能監測到橋梁的局部變形和相對變形狀況，橋梁變形情況無法進行整體的掌握。

3 橋梁變形監測的應用技術

隨著計算機技術和空間科技等的迅速發展，近年來3S技術尤其是遙感技術和導航系統不斷革新進步，并逐漸推廣使用，變形測量技術也因之發生了巨大變革。橋梁變形監測技術開始從地面擴展到空間、從靜態到動態，逐漸實現了全天候、自動化的監測，其所應用的技術也日趨與時俱進，其中攝影測量技術、GPS技術及雷達干涉測量技術等新興的3S技術在橋梁變形監測中應用最為廣泛。

對橋梁變形進行監測的攝影測量技術一般適合于大范圍的地面變形監測，與全站儀監測相比，該方法精度較低，且測量設備的成本高，在實際應用方面還需進一步研究探索。在橋梁變形監測能達到毫米級精度的GPS技術，極大地減輕了外業工作量，并在一定程度上降低了人為因素的影響。然而此技術也同樣存在著局限，對于部分監測點天頂通視差的橋梁，會影響其監測精度，而當監測點較多時其所需的成本較高。與全站儀相比，GPS技術監測垂直位移的精度還有待提高。

最后采用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的雷達干涉測量技術，在橋梁微小形變監測中應用潛力巨大。已應用于大型橋梁及建筑物變形監測的遙感干涉測量系統 IBIS - S，由意大利IDS 公司與弗洛倫薩大學聯合研制，現已應用于錢塘江大橋、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中。其監測結果顯示擁有最高200 Hz的自振頻率，靜態精度0.1 mm，動態精度0.01 mm的IBIS - S 可以在較短時間內獲取橋梁靜態、動態撓度變化；將 IBIS-S和角反射器進行配合使用，可將橋墩任意位置的微變形提取出來；而在斜拉橋的應用中，IBIS-S一次可對多根索同時進行測量，無需阻斷交通，極為便捷。然而，作為一種全新的變形測量技術，IBIS-S價格相對昂貴，且對目標物的三維信息無法進行直接獲取，只能通過投影的方式獲得，若與三維激光掃描等技術結合，其優勢更易于發揮。

4 結束語

關乎橋梁運行管理與維護養修的橋梁變形監測在公共出行交通安全等方面意義重大。因此，需通過不同的觀測條件，對橋梁變形進行精確監測，根據實地觀測的不同情況，再對其做出具體的布設方案，以確保實際工作應用能得以解決。

[1] 史宗信.變形監測技術在橋梁監測中的應用[J].建筑工程技術與設計,2015,(26):170.

[2] 彭家真.關于變形監測技術在橋梁監測中應用的探討[J].環球人文地理,2014,(24):34-35.

[3] 楊銳.當今變形監測在橋梁結構中的應用研究[J].建筑工程技術與設計,2014,(16):1351.

2016-05-18

陳泉(1984-)，男，湖南益陽人，工程師，研究方向：公路橋梁檢測方面。

U442

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1008-3383(2016)07-0084-02