某山區橋梁高墩糾偏監測中北斗定位技術應用分析

黎成

（中交建筑集團第四工程有限公司，湖南長沙 410199）

0 引言

近年來，北斗定位技術有了長足進步，采用此項技術開發出了高精度、自動化的監測系統，為橋梁建設智能化跨越發展奠定了堅實基礎。我國山地廣布，山區橋梁占比高，各類山區地質災害時有發生。北斗定位技術作為一項新型監測技術，可應用于山區橋梁監測，以顯著提高橋梁工程質量，并能夠為橋梁實現安全運營提供充分保障。基于此，以某山區橋梁工程為案例，探究北斗定位技術在糾偏定位中的具體應用。

1 工程概況

某山區橋梁屬于高速公路的主線橋，建成于2016年年底，其中心樁號為K830+975。該橋梁長度為1392m，寬度為25.5m，橋面縱度最大為3.74%、最小為2.45%。上部結構為T 梁，為預應力混凝土結構，其支座為盆式結構。下部結構采用重力式橋臺，為鋼筋混凝土結構，墩柱為雙柱式，屬于鋼筋混凝土結構。由于山區的溫差較大，受此影響，橋梁會出現較為明顯的伸縮變形，這一問題積累到一定程度后，橋梁會出現墩頂位移超限病害[1]。該病害較為常見，因此監測橋梁健康狀況時，主要監測橋梁的高墩位移。監測橋梁位移時可采用多種方法，其中GPS 位移監測法應用較廣泛，但該監測技術在山區橋梁監測中的應用沒有得到推廣。而人工監測耗時耗力，監測結果準確度低，且可能發生意外事故。因此在綜合比較后，確定使用北斗定位技術進行該山區橋梁高墩監測、糾偏[2]。

2 糾偏監控方案

在該橋梁養護項目的部分結構交界墩處，發現存在墩頂位移超限病害，影響因素如下：首先是支座被腐蝕，導致接觸面凹凸不平，影響到摩擦系數；其次是主梁受溫差影響出現收縮與擴張，導致橋梁墩身持續出現同向前移，隨著位移量不斷增大，橋梁墩底彎矩也隨之變大，最終使混凝土受到壓迫而斷裂。墩頂位移超限病害會導致橋墩無法承載較大壓力，并使橋梁線形出現明顯變化，降低橋梁的耐用性，不利于安全運營[3]。

對該橋墩實施糾偏復位，應依照橋梁維修加固實施方案，并結合公路橋梁結構監測規范文件的相關要求，使用千斤頂進行反向頂推。在此過程中，可將北斗監測站及相關測量設備安裝到大橋上，以全面監測橋墩的偏移量及傾斜值[4]。安裝過程中，在橋墩頂蓋梁一側及護欄上鉆孔安裝膨脹螺絲，由此固定三腳架；安裝北斗監測站，墩頂蓋梁上安裝傾角儀。由于山區位置偏遠，很難具備市政供電條件，因此所用的各種監測設備，其所需電能都來自太陽能光伏板，同時現場應備齊鋰電池用于緊急臨時供電。具體糾偏過程如圖1 所示。

圖1 糾偏過程示意圖

3 北斗監測系統

北斗監測系統作為一個綜合性的監測預警云平臺，其主要功能是向各基礎設施提供智能化在線監測服務。北斗監測系統融合北斗定位、精密傳感、數字通訊以及云物聯等各項技術，在應用中，可進行不斷升級，滿足實際需求。同時，各類常規傳感設備都可匹配應用于此系統。運用此監測系統，可收集各項監測數據，并進行數據存儲、分析以及必要的后續開發。通過該系統，監測及預警數據可經傳輸設備傳遞至用戶，出具完整的監測報告，并提出具體的解決措施，從而為用戶順利高效地開展保養工作奠定基礎。

北斗監測系統內容繁多、規模龐大，系統內部含有不同的結構物，并有相應的監測子系統，主要用于收集監測信息，匯總后傳輸至中央數據庫，從而實現完整的數據評估[5]。工程試驗過程中，通過北斗監測系統進行監控，主要目的如下：

第一，針對橋梁高墩復位異常情況，通過運用北斗監測系統進行全面監控，及時發現工程建設中的各類潛在問題，并發出預警信息，從而實現糾偏。

第二，對橋梁結構狀態實施監控，及時發現橋梁結構方面存在的問題，并快速發出預警信息。

第三，針對橋梁墩柱復位情況實施監測，判斷其質量，通過糾偏監測，使橋梁高墩線形符合設計標準。

4 監測數據采集

4.1 人工監測

運用全站儀收集監測數據，鎖定存在病害問題的橋墩，在橋墩頂部與底部的中心部位粘貼應變片，以提高監測效果。監測過程中，需準確布置設備，將其與橋墩中心線保持水平狀態。一個橋墩監測完畢后，應立即移動全站儀，設置新的監測點[6]。再采用人工方式記錄全站儀的位移信息，并做好位移量統計。

4.2 北斗監測

可綜合運用北斗監測站與基準站，收集監測站位移信息，并通過衛星定位技術向基準站傳遞，經過加工處理，繼續傳輸至北斗云平臺，最終在用戶端顯示。北斗智能監測云平臺如圖2 所示。

圖2 北斗智能監測云平臺

采用北斗監測技術進行預警及評估，可對比實測值與條件值，分析異動情況及以往監測數據。基于此，分析預測后續發展趨勢，分析各項監測數據的相關性，從而對橋梁結構安全及穩定性做出準確評估[7]。所得評估結果若未超出標準值，則表明橋梁不存在安全問題；若超出標準值，表明橋梁存在病害問題，此時系統會發出預警信息[8]。

5 數據結果對比

橋梁高墩糾偏過程中，主要依據位移量來控制水平頂推，測量千斤頂的頂推位移量時，需用到鋼尺[9]，每平移2cm 監測一次。由于10 號、22 號糾偏墩出現明顯的位移，因此將其選定為對象，對比人工監測及北斗監測數據，兩者對比情況如表1 所示。通過分析對比數據可知，兩項監測結果的偏差均值都小于3mm，誤差的相對標準差都未超過1，表明數據不存在明顯的離散。此外，兩者具有良好的擬合匹配度，相比較而言，北斗監測數據的傳輸穩定性更高，兩者數據對比如圖3 所示。

表1 北斗數據與人工數據對比（單位：mm）

圖3 人工測量與北斗一測量數據曲線

經分析可知，利用傾角儀收集到的數據明顯超過標準值。由此可判斷，糾偏高墩橋梁位移時，其上下節段的墩柱位移變動為非線性，傾斜帶有一定的弧度，測量角度變化值遠大于實際值，表明利用傾角儀無法準確測量高墩位移。

6 結語

綜上所述，隨著社會經濟的快速發展，我國的山區橋梁建造數量越來越多，因山地崎嶇不平，所建橋梁需設計高墩，但由于其抗推剛度較小，受橋梁上部結構傳遞的水平推力的影響，會出現明顯的墩頂位移[10]。基于此，文章對北斗智能監測技術及云平臺系統在橋梁糾偏監控中的具體應用方式，并通過與人工測量對比，總結出北斗定位技術的精確度更高，更具可行性。通過運行試驗可知，該系統可長期保持穩定運行，并能夠快速、準確地傳輸糾偏山區橋梁的監測數據，從而使相關人員能夠掌握橋梁的運營情況，并降低監測成本。此外，為提升監測智能化程度，可在北斗云平臺中配置各類傳感器，完整收集監測數據并進行全方位評估。相信隨著技術水平的不斷提升，北斗定位技術也將在橋梁健康監測系統中得到更加充分的應用。