高速公路大橋立柱變形的監測

韓欣妤

（內蒙古高等級公路建設開發有限責任公司巴彥淖爾分公司，內蒙古 巴彥淖爾 015000）

0 引言

橋梁結構在設計、施工、運營、養護管理等各階段都有不同的技術性和經濟性要求，首先要保證結構設計的合理性和安全性，使用期間要保證安全性和耐久性，維護管理期間要重視經濟性問題。在環境侵蝕、材料老化和荷載的長期效應和突變效應共同作用下，不可避免會導致使用性能下降，使用橋梁結構存在安全隱患，甚至發生嚴重的安全事故。因此，采用有效的技術手段對結構安全狀況進行監測和評定，具有重要的意義。本文以某高速公路大橋立柱的變形監測為研究對象，對監測的方法及結果進行了分析。

1 工程概況

某高速公路大橋全長215.12m；橋面凈寬：2×12.13m；汽車荷載：公路-I 級；全橋一聯，兩橋臺處設D120型伸縮裝置。橋面橫坡由柱（墩）高調整。上部結構采用7×30m 裝配式預應力混凝土連續箱梁；下部結構采用柱式墩、薄壁墩、空心墩，鉆孔灌注樁基礎；橋臺為柱式臺，鉆孔灌注樁基礎。

該段地形起伏較大，為黃土沖溝地形，沖溝兩岸上部為第四系上更新統黃土，具大孔隙，直立性較好，垂直節理發育，巖性為粉質黏土夾粉土，堅硬至硬塑，表層5m以上黃土具輕微至中等濕陷性，為非自重濕陷性黃土。黃土下部局部夾卵石層，密實。河谷中斜坡及溝底表層為第四系坡積黃土狀粉質黏土，具濕陷性，下部為沖洪積卵石層，中密至密實。下伏基巖為上第三系黏土巖，成巖較差，承載力較低。

管養部門巡查發現該橋1#墩立柱基礎沖刷嚴重，土體松散，如圖1所示，其中下行外側立柱尤為嚴重，樁基裸露6m左右。內側立柱與蓋梁結合處表面出現多處裂縫現象。管養單位立即組織專家進行現場勘察、討論：建議對1#墩立柱進行防護工程加固，同時對1#墩立柱變形進行監測。

圖1 1#墩立柱處松散土體

2 監測目的及內容

在搶修過程中，通過對本橋1#墩立柱變形進行監測，為橋梁搶修施工提供及時準確的技術數據，以確保橋梁施工安全和結構安全。

該項目監測共分為兩個階段，第一階段為橋墩處松散土體處理前及處理過程中的監測，第二階段為處置后的監測，監測時間為1年。

根據專家論證要求，監測的主要內容擬包括：（1）1#橋墩立柱的沉降觀測；（2）1#橋墩立柱的水平位移觀測。

長期監測主要為掌握橋墩的沉降和水平位移發展規律，為橋梁安全的預測、預報提供科學依據，及時捕捉災害的特征信息，確保公路運營的安全。為此，結合項目需求，測試頻率為第一階段每天自8:00～20:00，每1～2h 監測1 次，監測數據穩定后，可適當增大測量時間間隔；第二階段除第3季度（雨季）外每季度1次，第3季度（雨季）每月4 次，遇強降雨及突發性暴雨在雨后增加1次觀測。

3 變形監測方法

3.1 監測精度

立柱變形監測采用高精度全站儀進行監測，監測基準網采用獨立坐標系統，并進行一次布網。測量儀器采用高精度的徠卡TS30全站儀。徠卡TS30全站儀的測角精度為0.5"，測距精度為0.6mm+1ppm，高精度儀器為精密測量提供了技術保障。該項目使用的徠卡TS50全站儀如圖2所示。變形監測基準網采用導線測量，其主要技術要求應滿足《工程測量規范》（GB 50026-2007）的技術要求。根據測點的分布情況，采用后方交會法進行變形監測。

圖2 徠卡TS30全站儀

該項目橋梁為大型橋梁，橋梁搶修施工過程中結構周邊環境不斷發生變化，環境復雜，結構變形比較敏感。根據《工程測量規范》（GB 50026-2007），對于該項目變形測量按二等執行，其精度應符合表1的要求。

表1 變形監測的等級及精度

3.2 監測基準網

位移監測基準網采用獨立坐標系統，并進行一次布網。位移監測采用多點后方交會進行測量，保證測量數據的精度。測量系統布設3個基準點（BM1、BM2、BM3）構成水平和垂直位移監測基準網，基準點均設置在遠離橋梁的穩定地基上。BM1～BM2基準點為常用觀測基準點，BM3為校核基準點，當測量發現監測基準網有異常時，采用基準點BM3進行校核。獨立坐標系以BM1點為坐標原點，X軸以由小里程至大里程（順橋向）為正，Y軸以沿路線由右至左方向（橫橋向）為正。監測系統控制網平面布置圖如圖3所示。

圖3 1#墩立柱監測控制網示意圖

3.3 監測點布設

立柱偏位檢查采用萊卡TM50精密全站儀對1#墩立柱進行偏位監測，每個立柱由上至下分別為1#～7#測點，測點間距為1.0m，其中1#測點距蓋梁底部0.5m。1#墩4個立柱共設置28個測點，如圖4所示。沿路線方向（由小里程至大里程）由右側至左側，立柱編號分別為1-1#立柱～1-4#立柱。

圖4 1#墩立柱監測點布置圖

3.4 監測報警與應急措施

該項目監測報警主要由變形變化速率控制，首要任務是監測現場施工過程中結構的變形情況，及時發現存在的危險情況，以保證現場相關人員的安全。該項目監測報警按黃色、橙色和紅色三級警戒狀態進行管理和應對，如表2所示。

表2 監測預警與應對措施

3.5 監測數據處理與分析

為減少隨機誤差，做到測量、采集數據專人專項負責，觀測值和記事項目應在現場直接記錄于觀測記錄表中。對于手工記錄資料要保存好原始記錄表，對于智能式記錄器要及時將測量數據導入電腦，以防丟失。觀測數據出現異常時，應分析原因，必要時應進行重測或補充觀測。

4 變形監測結果

4.1 順橋向位移監測

自8月16日～8月24日監測期間，該橋1#墩1-1#、1-2#、1-3#、1-4#立柱各測點的順橋向（由小里程至大里程方向）變形觀測曲線分別如圖5～圖8所示。測點水平變形以小里程至大里程為正，反之為負。

圖5 1-1#立柱測點順橋向累計位移曲線

圖6 1-2#立柱測點順橋向累計位移曲線

圖7 1-3#立柱測點順橋向累計位移曲線

圖8 1-4#立柱測點順橋向累計位移曲線

由圖5～圖8可知，監測期間1-1#立柱順橋向變形最大觀測值為2.9mm，方向為由小里程至大里程方向變化；1-2#立柱順橋向變形最大觀測值為1.8mm，方向為由小里程至大里程方向變化；1-3#立柱順橋向變形最大觀測值為2.7mm，方向為由小里程至大里程方向變化。1-4#立柱累計位移最大值為1.4mm，方向為由小里程至大里程方向變化。

4.2 橫橋向位移監測

自8 月16 日～8 月24 日防護工程施工期間，1#墩立柱各測點的橫橋向（由右側至左方向正）變形觀測曲線分別如圖9～圖12所示。

圖9 1-1#立柱測點橫橋向累計位移曲線

圖10 1-2#立柱測點橫橋向累計位移曲線

圖11 1-3#立柱測點橫橋向累計位移曲線

圖12 1-4#立柱測點橫橋向累計位移曲線

由圖9～圖12可知，監測期間1-1#立柱橫橋向變形最大觀測值為2.0mm，方向為由右至左方向變化；1-2#立柱橫橋向變形最大觀測值為1.8mm，方向為由右至左方向變化；1-3#立柱橫橋向變形最大觀測值為2.2mm，方向為由右至左方向變化。1-4#立柱橫橋向變形最大觀測值為1.8mm，方向為由右至左方向變化。

4.3 豎向沉降監測

自8 月16 日～8 月24 日防護工程施工期間，1#墩立柱各測點豎向變形觀測曲線如圖13～圖16 所示。豎向變形以豎向向上為正，反之為負。

圖13 1-1#立柱測點豎向累計沉降曲線

圖14 1-2#立柱測點豎向變形觀測曲線

圖15 1-3#立柱測點豎向變形觀測曲線

圖16 1-4#立柱測點豎向變形觀測曲線

由圖13～圖16可知，監測期間1-1#立柱豎向變形最大觀測值為-1.6mm，方向為由上至下方向變化；1-2#立柱豎向變形最大觀測值為-1.8mm，方向為由上至下方向變化；1-3#立柱豎向變形最大觀測值為-1.5mm，方向為由上至下方向變化；1-4#立柱豎向變形最大觀測值為-1.3mm，方向為由上至下變化。

5 結束語

通過對該橋1#墩立柱變形監測可以得到以下結論：

（1）各測點水平位移和沉降無明顯變化趨勢；

（2）各測點水平位移和沉降隨溫度變化上下波動；

（3）截至8月24日各測點水平位移和沉降累計值均較小，水平位移最大為2.2mm，沉降最大為1.8mm。結合監測精度要求（水平位移3.0mm，沉降0.5mm）、儀器誤差（測角精度為0.5″，測距精度為2mm+2ppm）、測量誤差和溫度影響，推斷1#墩各墩柱在監測期間基本無水平位移和沉降產生。