正垂線法觀測撓度在地鐵1#線橋梁工程中的應(yīng)用

胡軍

摘要：隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，地鐵已成了一種方便快捷的代步工具。地鐵穿越的土體工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變，橋梁結(jié)構(gòu)類型多，有混凝土梁橋、銅箱梁橋、鋼桁架橋、斜拉橋、u形梁橋等。本文主要概述了正垂線法觀測橈度的主要設(shè)備及各設(shè)備的作用；正垂線法具體觀測原理和觀測方法的改進以反使用正垂線法應(yīng)注意的事項。

關(guān)鍵詞：荷載；撓度；監(jiān)測分析；坐標(biāo)儀器

前言

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市地鐵也得到了迅速發(fā)展。地鐵工程的設(shè)計貫穿于整個地鐵工程項目，其覆蓋項目的各個方面，可見地鐵工程設(shè)計的重要性。就地鐵工程設(shè)計的特點而言，其建設(shè)周期往往很長，并且投資很大，同時由于其沿線的方向上周邊環(huán)境都在不斷的變化，使得其規(guī)模要求也就不盡相同，設(shè)計中還必須關(guān)注施工技術(shù)是否具有很好的成熟性和可靠性等。橋梁結(jié)構(gòu)在承受施工過程中的臨時荷載時，梁體會因荷載作用而發(fā)生微量變形，由于一些荷載作用時間短、頻率小、荷載局部集中，但又不屬于活載類型，因而要對承力粱體進行區(qū)域內(nèi)的撓度觀測，觀測方式的選擇會直接關(guān)系到梁體變形觀測的準(zhǔn)確性，在進行這類荷載撓度觀測時，即要考慮到荷載的特殊性、施工環(huán)境的特殊性，又要考慮到觀測結(jié)果必須精確。

1撓度觀測方式的選擇

在進行地鐵跨越海河大橋段高架橋鋼結(jié)構(gòu)的實施作業(yè)時，出現(xiàn)前述類型的荷載作用在東南半環(huán)海河大橋上的情形，則需要對海河大橋進行嚴(yán)密的變形監(jiān)測，撓度監(jiān)測是變形監(jiān)測的重要部分。在進行撓度檢測方式選擇上側(cè)重于兩種檢測方式：正垂線法；較為新型的OY偏角儀觀測法。而實際上荷載作用于海河大橋上的時間段為1-2.5h，采用0Y偏角儀觀測法根據(jù)工程的具體情況很不實際，所以采用了正垂線法對橋梁撓度進行了觀測，效果非常理想，能夠達到工程實際需要的期望值。

2正垂線法觀測撓度介紹

（1）正垂線法的主要設(shè)備包括懸線裝置、固定與活動夾線裝置、觀測墩、垂線、重錘、透明廣口容量杯、清油。

（2）各個設(shè)備的具體原理：固定夾線裝置是懸掛垂線的支點，該點在使用期間保持不變，若萬一垂線受損而折斷，支點應(yīng)能保證所換垂線位置不變；活動夾線裝置為多點夾線觀測時的支點，其構(gòu)造考慮不使垂線有突折變化，以免損傷垂線，同時也考慮在每次觀測時都不改變原點位置；垂線采用高強度的金屬絲，直徑為1mm；重錘是使垂線保持鉛垂?fàn)顟B(tài)的重物，重錘必須選用標(biāo)準(zhǔn)的金屬垂球，這樣才能保證觀測的準(zhǔn)確，當(dāng)垂線的直徑選用1mm時，重錘可選用10kg，重錘上設(shè)置止動葉，來加速垂線的靜止；透明廣口容量杯內(nèi)裝清油是使重錘保持垂直狀態(tài)，不發(fā)生旋轉(zhuǎn)或擺動。

（3）具體操作如下：a.因為正垂線法可以直接的得出撓度變化情況，所以布點要求均勻、密集，一般在荷載作用區(qū)域內(nèi)每隔2-4m內(nèi)進行布點.b在每個布點處用水泥釘打人固定點，用來固定觀測設(shè)備的固定裝置。調(diào)整好金屬絲，下懸掛重錘，重錘下端沒入透明廣口容量杯佬刻度）的清油中，重錘的下端點也要在廣口容量杯的刻度線上作好標(biāo)識；c然后用坐標(biāo)儀加緊金屬絲。

（4）考慮到工程的具體情況，選用正垂線法觀測撓度的方式為多點夾線法。操作原理為將坐標(biāo)儀設(shè)在垂線的最低點觀測時，由各高程上的測點N0，N1、N2……處的活動夾線裝置將垂線自上而下依次夾緊，在坐標(biāo)儀上得到的觀測值（S0、S1、S2……）即為各點相對最低點的撓度值，見圖1。

上述方法進行撓度觀測時，一般只能夠觀測到受力點作用中心的撓度域跨中靜撓度），對于動載一靜載過程中粱體的撓度觀測是很難作到的。

（5）采取改進的觀測方式進行觀測：

a由于采用了坐標(biāo)儀這種較為精密的儀器，可以避免了采用水準(zhǔn)等儀器帶來的測量誤差，也避免了傳統(tǒng)垂球法必須存在基準(zhǔn)點、只能夠觀測靜載撓度以及垂球垂線不順直等誤差。當(dāng)采用垂球配合坐標(biāo)儀進行撓度觀測時，需要設(shè)置多個觀測點，在每個觀測點都必須作好對垂線的檢查記錄，選用的垂線必須垂直。

b多個測點觀測方式的改變，對每個測點均布置加緊裝置，在未有荷載作用在結(jié)構(gòu)上時，加緊裝置呈現(xiàn)加緊狀態(tài)，當(dāng)有活載經(jīng)過時，必須立即將測點上下的3個加緊裝置松開，活載未完全經(jīng)過時，必須迅速的將松開的3個加緊裝置加緊。

c當(dāng)活載呈現(xiàn)恒載作用在梁體的某個部位時，可以首先觀察恒載撓度。觀測方法是將坐標(biāo)儀放置垂線的最低點，依次由上至下將活動夾線裝置加緊，然后利用坐標(biāo)儀觀測偏離的相對值，則可以通過一線多點的方式很精確的得出恒載的相對撓度。

采用多點夾線法進行恒載撓度觀測時，在各測點觀測兩個測回，在每個測回中，用坐標(biāo)儀先后兩次照準(zhǔn)讀數(shù)，保證其限差在士0.3mm之內(nèi)時，取其平均值作為該測回的觀測值。第二個測回開始前，需在測點上重新夾定垂線，在測站上重新調(diào)整坐標(biāo)儀，測回誤差控制在士0.3mm之內(nèi)。

d對活載撓度的觀測。b項中必須作到每一個活動夾線在活載經(jīng)過時及時地將垂線加緊。這樣可以將活載撓度體現(xiàn)在垂線上，而加緊的順序是先下，再上，晟后是中間的加緊點，只有這樣，方可將活載產(chǎn)生的舜時撓度變成為垂線上的伸縮變化量，還可以避免了垂線本身的變形對撓度觀測的影響。最后用坐標(biāo)儀對其轉(zhuǎn)換后的撓度數(shù)值進行觀測，則此時，活動裝置的松夾順序是由下至上，這樣才能將撓度值進行保留。

3注意事項

（1）要對活載經(jīng)過路線進行明確規(guī)定、恒載作用位置應(yīng)準(zhǔn)確。

（2）正垂線法進行撓度觀測時，不適合凈空過高的橋梁觀測。

（3）選用的金屬絲垂線必須是優(yōu)質(zhì)鋼絲，在恒載作用的位置布設(shè)觀測點位應(yīng)加密，當(dāng)出現(xiàn)兩個測回誤差超限時，此觀測數(shù)據(jù)不能夠作為評定依據(jù)。

4結(jié)語

隨著城市人口的不斷增長，現(xiàn)有的地面交通已經(jīng)不能很好的滿足人們的需求，在大城市修建地鐵是我國今后的發(fā)展趨勢之一。雖然城市軌道交通的建設(shè)費用十分巨大，但是其能夠在很大程度上促進城市的整體經(jīng)濟增長。采用正垂線坐標(biāo)儀法進行既有結(jié)構(gòu)物變形撓度觀測，對比實驗結(jié)果和實際工程中應(yīng)用表明，通過正垂線撓度觀測方法測定橋梁的變形，而得到橋梁撓度的方法具有足夠的精度，該方法克服了較為繁瑣的應(yīng)變實驗布置程序，可以不受一些環(huán)境條件的影響，其最為關(guān)鍵的是可以適用于動荷載情形。應(yīng)用該變形檢測技術(shù)在地鐵跨海河大橋段既有結(jié)構(gòu)物的變形監(jiān)測過程及變形控制整個程序過程中，體現(xiàn)了橋梁荷載變形監(jiān)測包含靜載及動載）的可靠度和實用性。根據(jù)該方法可以精確地繪制出結(jié)構(gòu)變形曲線，而且還可以得出某一截面的變形曲率值，從而為橋梁的安全性評價提供依據(jù)，具有十分現(xiàn)實的經(jīng)濟和社會效益。