變形監測技術在橋梁監測中的應用

侯 娜

（ 遼寧省交通規劃設計院有限責任公司公路養護技術研發中心，遼寧 沈陽110111）

1 概述

近年來我國經濟實力顯著增強，交通建設規模日益擴大，橋梁在交通工程建設中不可或缺也得到迅猛發展。 高鐵和高速公路建設拉近了各地區之間的距離， 也使工作生活更加便利。 橋梁因自重相對較大、受到的受荷作用復雜，橋梁設計施工中有很多因素難以進行有效控制，導致橋梁在具體使用中有一些安全隱患亟待妥善處置。 橋梁監測新技術近年來的研究日漸深入， 橋梁并非采取單一受力形式， 而作為經濟社會中特大型橋梁，如果在使用中出現重大事故，使人們生命財產安全受到較大程度的損失， 也對社會穩定造成不利影響。 對產生重大風險的防范，相關部門對現場數據的獲取，對突發事件的處理方式及提出解決措施的有效性等都具有關鍵性作用。 在橋梁安全使用中，橋梁監測具有“ 體檢醫生”的作用，應定期監測橋梁基礎沉降、 撓度及空間變位等各項控制性指標。 計算機與互聯網技術對于橋梁檢測技術的發展具有一定的促進推動作用，提高檢測數據的實時性， 其技術優勢比較明顯。 對橋梁加強變形監測對于其安全使用提供重要保證， 但針對監測技術和方法而言，如監測傳輸速率、變形效率、數據處理能力等自動化監測技術還需不斷完善。

2 橋梁變形監測的主要內容

2.1 橋梁基礎沉降

在各類建筑物中基礎都具有重要作用， 因此在整個工程建設施工中應提高基礎變化的關注程度。 近年來我國高鐵建設規模日益擴大，已基本遍布很多城市，下穿高架橋或高鐵的情況在城市中較為常見，在與橋梁相交匯區域土層中的應力相對更為復雜一些，而對土層變形的控制還存在一定的難度，使橋梁基礎出現豎向不均勻沉降等一些問題。墩臺均勻沉降應控制在20 毫米之內，相鄰兩個墩臺之間的沉降差應控制在5 毫米之內，但施工受一些因素影響而動態發生變化，各施工環節的逐步實施使結構構件自重增大，橋梁基礎沉降應由相應技術人員進行動態監測。 與有關要求相結合， 對橋梁基礎沉降聘請第三方機構進行定時觀測，避免橋梁發生基礎沉降而引發坍塌等嚴重問題。

2.2 橋梁撓度

橋梁撓度變形主要是指荷載作用對橋面結果造成不能承受的豎向變形，在橋梁建設質量指標中具有關鍵性作用，采用定時監測的儀器應具有較高精度才能充分發揮出橋梁的正常功能。 這種變形不是由于與橋梁承載力存在一定差距的原因，但擾度過大將造成橋梁產生裂縫，影響橋梁后續功能的充分發揮。此外，擾度變形過大對于重要控制性建筑物而言，也將導致社會心理恐慌而受到不利影響。

2.3 橋梁空間變位

橋梁受荷因一些因素影響而表現出復雜多變， 橋梁結構各部分荷載之間的耦合作用對其將產生一定程度的影響，使橋梁變形無法根據理論分析研究， 橋梁可利用新的監測定位裝置監測以進一步提高實時性。 橋梁結構若發生變形， 空間變位也比較重要，可在承載力方面造成橋梁結構構件的變化也各有區別，產生主受力構件若受到其它因素影響而發生異位將對橋梁穩定性造成十分不利的影響。 還應檢測橋臺水平產生的位移，測量水平位移觀測點。

3 監測橋梁變形的常用方法

3.1 大地測量法

該方法目前是應用范圍最為廣泛的監測方法， 對橋梁變形進行監測的原理主要是在確定基準點之間監測其距離和角度而獲得比較準確的基準點坐標， 對監測點產生的位移分別在垂直和水平兩個方向上進行確定，并提高其準確性，對產生變形的有關指標確定其與安全指標范圍是否相符。 該監測方法表現出的優勢較為突出， 可在橋梁監測中加強推廣應用的力度。 與測量基準點間進行測量的相關數據一般都難以避免較多的誤差，橋梁產生的變形常規測量法進行監測達到的效果較好。

3.2 物探法及GPS 技術

物探法近年來是應用比較廣泛的一種監測方法。 實際監測橋梁結果中采用一些物理傳感器，還需要加強對壓力、溫度、濕度等傳感器導致的變形進行考慮。 相對于普通的大地測量法，可達到準確監測橋梁中部分結構產生變形的程度。 可在待測橋梁中接好傳感器的相關線路并將其妥善固定好， 直到時機適宜時對其檢測， 因傳感器設備的靈活性和適應能力的優勢較為明顯，在室外環境對有關數據實時準確地監測，但對橋梁局部結構監測其可能出現的變形及相對與其它結構的變形， 不能對橋梁整體變形進行監測。通常在監測中該方法與物理傳感器相配合，對兩種監測方法優勢的有利利用可實現對橋梁變形進行實時準確的監測。

GPS 技術日益成熟的一種較為常用的監測技術， 在監測橋梁變形中的作用比較重要。 在橋梁定期監測中GPS 技術比較常用，根據監測對象特征采取適宜方法，GPS 監測技術最高能夠達到亞毫米級的精度。 GPS 監測系統的反應與其它監測技術相比具有更高的靈敏度， 保持10 分鐘可獲得實時監測5-10 個監測點的相關數據。 此外，GPS 技術操作可在室內，應用該技術使人力室外作業明顯減小風險， 并對變形數據迅速獲得。 在橋梁監測技術中，GPS 監測不斷發展并應用的愈加廣泛。

3.3 近景攝影測量技術

在橋梁監測中， 近景攝影測量技術近年來的應用也比較廣泛。 采用非量測或可量測攝影機，在近距離拍攝橋梁監測點，獲得的圖像采取有效處理措施， 得到的立體影像與要求相符，根據共線方程，經修正誤差后可得到監測坐標，計算出各監測點位在隨機時間和不同時間段的坐標位置變化，基于此數據用于監測分析橋梁變形的主要原因。 監測橋梁變形精度相對較高，可應用近景攝影測量法對橋梁進行變形監測，應將對精度有影響的外部因素盡可能剔除，以免達不到相關要求，所以應校正攝影設備：一是對主點與主距等相關數據進行準確測定；二是對光學畸變系數進行準確確定；三是對相框坐標系采取科學的設置方法； 四是對攝影機畸變差所引起的一系列變化準確測定；五是對攝影機有關指標進行準確確定。

3.4 INSAR 技術及雷達干涉測量技術

該技術因全天候、全天時、高精度的明顯優勢，廣泛應用于大型建筑物變形監測中。 監測地表產生變形的效率相對更高一些，該技術能夠對橋梁上部結構中存在的差異進行監測，對雷達信號的散射特性存在一定程度的不同，對結構變形監測結果的影響存在不同不同程度的差異。 雷達干涉測量技術如結合側視天線，可采取干涉法記載相位和圖像在相同區域產生的回波信號，利用相應的措施進行妥善處置后表現出表面特征。 在差分干涉方面具有更高的精度，可在監測橋梁微小變形中應用。

4 結論

綜上所述，在橋梁使用過程中，橋梁基礎沉降、擾度、空間變位等都可采用現有變形監測技術進行實時準確的監測，橋梁安全健康可通過橋梁監測指標反映出來，橋梁變形監測是非常重要的一個環節。 本研究較深入地分析了橋梁變形的常用監測技術及其原理和優缺點，對于促進橋梁監測技術的發展具有十分積極地作用。 以此為基礎對監測技術和裝備開展相關研究工作，使橋梁監測結果能夠進一步提高實時性，減少不必要的誤差，使橋梁工程達到較高的安全性。 也要關注到，雖然現有監測技術逐漸成熟，但還存在一些不足之處，在常規監測中其未來發展趨勢將更加便捷方便、使資源得到節約。