在役橋梁永久性觀測點測設方法探討

石菊創，盧陽陽

（1.廣西金盟工程有限公司，廣西 南寧 530001；2.廣西壯族自治區交通規劃勘察設計研究院，廣西 南寧530029）

0 引言

大橋和特大橋是公路的咽喉，起到跨越河流、溝壑、山谷，連通路線的作用。營運橋梁在車輛荷載、溫度荷載、混凝土收縮和 變、預應力損失、基礎沖刷、地基沉陷等因素影響下，可能會出現橋面下撓、扭轉、開裂、下沉、移位等病害，使得車輛無法正常行駛而誘發交通事故，甚至會進一步導致橋墩傾覆、梁體斷裂、橋面坍塌等嚴重安全事故［1］。因此，管養單位需要掌握橋梁在運營過程中的變形、位移狀況，建立安全預警體系。

橋梁永久性觀測點布設及觀測技術是一種科學、經濟、實用的變形監測方法。現行《公路橋涵養護規范》規定：“新建橋梁交付使用前，公路管理機構應事先要求橋梁建設單位在竣工時設置便于檢測的永久性觀測點。大橋、特大橋必須設置永久性觀測點，定期進行控制檢測。”縱觀國內橋梁養護現狀，由于橋梁永久性觀測點測設技術并未得到足夠重視和推廣，管養單位極少對大橋和特大橋布設永久性觀測點，導致絕大部分的大橋都處于一種高效運營卻缺乏安全預警的工作狀態。本文結合廣西拉會高架大橋永久性觀測點測設工程實例，探討如何對在役橋梁布設永久性觀測點及其測量方法。

1 工程概況

拉會高架大橋是廣西六寨至河池、宜州至河池高速公路全線最長、最高、最彎的大橋，左幅1 9跨，長8 3 6m，右幅2 5跨，長1 0 2 1m。主橋為連續鋼構橋，采用現澆混凝土預應力連續鋼構，引橋采用預應力混凝土T梁，先簡支后連續。主橋最大跨徑1 1 0m，主墩高度在9 0～1 1 0.5m，均為空心薄壁墩，橋面至地面最大高度約為1 3 8m。

2 變形監測方法

在日益繁重的交通量和重載車條件下，如何掌握拉會高架大橋在運營過程中的變形、位移狀況及其變化速率、趨勢并進行安全預警是管養單位最關心的問題。利用橋梁永久性觀測點測設方法，通過布設垂直位移監測基準網、水平位移監測基準網和橋面、墩臺永久性觀測點，使用高精度全站儀和水準儀定期觀測，能夠快速地掌握橋梁在運營過程中的變形狀況，指導管養單位進行日常養護、維修和加固工作，保證橋梁處于安全使用狀態。

3 布設監測基準網、永久性觀測點

3.1 布設垂直位移監測基準網

垂直位移監測基準網的基準點應最少布設2個，分布于橋梁兩岸、上下行線變形區以外穩定的土層內。選取基準點位置應避開回填虛渣、河流沖刷區、滑坡變形區等不穩定地質地段，此外還需考慮人為破壞、車輛沖撞等因素的影響，盡量把基準點布設在較偏僻、路人不容易破壞的地方。基準點標石規格按二等水準點標石埋設，基礎應開挖至原狀巖土，確保基準點在橋梁設計使用期限內不下沉、不移位。拉會高架大橋共布設3個垂直位移基準點，第一個點布設在上行線距0＃橋臺1 5.0m路基邊緣，第二個點布設在上行線距0＃橋臺1 0.0m路基邊緣，第三個點布設在下行線距1 9＃橋臺1 0.0m路基外側，形成獨立的高程網，現場用紅油漆標識，編號分別是B M 1、B M 2和B M 3。高程基準點布設位置見圖1。

圖1 高程基準點和平面基準點位置圖

3.2 布設橋面永久性觀測點

橋面觀測點布設在行車道兩邊，距防撞墻2 0c m處，按每孔跨中、L／4、3 L／4和支點五個截面布設1 0個觀測點，將球冠型不繡鋼釘打穿瀝青層，錨固于主梁結構，觀測釘埋設方法見圖2。拉會高架大橋橋面共布設四條觀測線路：下行線外側（A線）、下行線內側（B線）、上行線內側（C線）和上行線外側（D線），見圖2。觀測點采用φ8×1 2 0m m不銹鋼釘，首先使用沖擊鉆在指定位置鉆孔，清孔后注射植筋膠，然后埋設鋼釘，并在防撞墻對應位置用紅油漆編號。橋面觀測點分布見圖3。

圖2 橋面觀測點設置示意圖

圖3 橋面觀測點布置平面示意圖

3.3 布設水平位移監測基準網

水平位移監測基準網的基準點應最少布設3個，分布于橋梁兩岸、上下行線變形區以外穩定的土層內。現場選取基準點的位置應滿足各點之間相互通視，形成三角形網或導線網，且盡量方便觀測。不同類型監測基準網的精度有差異，一般三角形網的精度要高于導線網的精度，網單元的形狀越接近等邊三角形，精度越高。對于大橋、特大橋應布設三角形網，網單元的形狀應接近等邊三角形。由于拉會高架大橋長度較長、彎度較大，現場共布設5個水平位移監測基準點，形成三角形網，第一個點位于上行線9＃跨橋底，第二個點位于上行線1 7＃跨右側4.8m，第三個點位于下行線1 9＃跨左側1 0.7m，第四個點位于下行線1 4＃跨橋底，第五個點位于下行線1＃跨左側8.6m，依次編號為S M－A、S M－B、S M－C、S M－D和S M－E，各點的位置見圖1。基準網點位采用有強制歸心裝置的觀測墩，基礎埋深最小1.5m，主體高出地面1.2m，頂部預埋不銹鋼對中盤，通過銅質螺桿與全站儀連接。觀測墩規格見圖4。

圖4 觀測墩標石示意圖（單位：m m）

3.4 布設墩臺永久性觀測點

墩臺觀測點布設在墩臺身頂部附近，通過膨脹釘和植筋膠把粘貼反射片的V型板錨固在預定位置。為了保證觀測點的安全，以及便于現場觀測，引橋部分的柱式橋墩的第一個觀測點布設在蓋梁底部向下1.0m處，主橋薄壁墩的第一個觀測點布設在上部結構和下部結構分界面，兩側橋臺的第一個觀測點布設在側墻頂部向下0.1m處。全橋墩臺的第二個觀測點均布設在第一個觀測點向下1.0m處，且在同一條垂線上。現場先通過度量、吊垂線定出位置，然后沖擊鉆打孔，注射植筋膠，再使用膨脹釘把粘貼了反射片的V形板錨固在墩上。觀測點布置位置見圖5。

圖5 墩臺觀測點布置示意圖

4 變形觀測

4.1 橋面線形觀測

對在役橋梁進行橋面線形測量，考慮到線路交通繁忙，完全封閉交通難度大，一般只封閉半幅交通。測量前設計好測量路線，為了確保安全，在較短時間內完成觀測，一幅橋面的觀測點應在一次閉合水準測量中完成。拉會高架大橋橋面線形觀測采用如下步驟：

（1）封閉上行線超車道，從高程基準點B M 1開始，使用精密水準儀按照“線路測量”模式依次測量上行線內側觀測點，并假定基準點B M 1的設計高程是1 0 0.0 0 0 0m；

（2）解除封閉內道，改為封閉外道，緊接著測量上行線外側觀測點，最終閉合到基準點B M 1；

（3）使用相同的方法完成下行線內側和外側線形測量。

橋面線形測量注意事項：水準儀的精度必須滿足二等水準測量的精度要求；測量橋面的每一個觀測點時都應確保橋梁處于自然狀態，橋面無車輛行駛；每站高差中誤差、環線閉合差必須滿足規范的要求。

4.2 墩臺水平位移觀測

水平位移監測基準網的平面坐標采用假定獨立的坐標系，本橋假定下行線第一個橋墩的第一個觀測點為坐標系原點，與下行線最后一個橋墩的第一個觀測點連線方向為X軸方向。墩臺觀測點坐標測量步驟：

（1）使用“1”級全站儀測量基準點之間的距離、高差和角度；

（2）使用精密水準儀把橋面垂直位移監測基準網的標高引到水平位移監測基準網；

（3）經嚴密平差后計算出各個基準點在獨立坐標系中的坐標；

（4）在基準點、工作基點上通過坐標定向、后方交會測量墩臺觀測點的坐標。

橋面線形和墩臺水平位移應定期觀測，最長周期≤3年，對于重要的橋梁應該加大觀測頻率。后期的數據處理中，首次觀測數據作為原始數據，通過各期觀測數據與原始數據的比較，直接得出橋梁在運營過程中的變形、位移數值。為了保證觀測精度，真實地反映橋梁在運營中的細微變形、位移，各期觀測應滿足：在較短的時間內完成；采用相同的觀測路線和觀測方法；使用同一儀器和設備；觀測人員相對固定；記錄相關的環境因素，如荷載、溫度、降水、水位等；采用統一基準處理數據。

5 結語

對在役橋梁布設永久性觀測點，定期觀測橋面線形和墩臺水平位移，系統地掌握橋梁在運營過程中的變形和位移，有助于判斷橋梁的安全狀況，指導橋梁養護、維修和加固工作，是一種科學、經濟、實用的變形監測方法。本文描述和分析了橋梁永久性觀測點測設方法在拉會高架大橋變形監測中的應用，為運營期橋梁永久性觀測點測設工作提供借鑒。相信隨著我國交通事業的不斷發展，這種觀測方法會得到進一步重視和推廣。

［1］吳進星，侯海元.橋梁永久性觀測點、基準點布設及觀測方法探討［J］.西部交通科技，2013，75（10）：61-65.

［2］GB50026－2007，工程測量規范［S］.

［3］JTGH11－2004，公路橋涵養護規范［S］.