橋梁變形監(jiān)測方案探討

徐弘

【摘要】本文以馬鞍山長江公路大橋01標(biāo)段的監(jiān)測方案為例，通過選擇線形監(jiān)測成果分析，結(jié)合橋梁變形監(jiān)測方案的擬定和實(shí)施過程進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】橋梁;變形監(jiān)測;線形測量;控制網(wǎng);精度

【DOI 編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.02.023

Discussion on Bridge Deformation Monitoring Scheme

XU Hong

（Ma'anshan Surveying and Mapping Technology Institute，322 Geological Team，Anhui Bureau of Geology and Mineral Exploration，Maanshan 243000，China）

Abstract：Taking the monitoring scheme of bid section 01 of Ma'anshan Yangtze River Highway Bridge as an example，this paper discusses the formulation and implementation process of bridge deformation monitoring scheme through the analysis of selected linear monitoring results.

Key words：bridge;deformation monitoring;linear measurement;control network;accuracy

1工程概況

馬鞍山長江公路大橋建于2008年，于2013年完成通車。橋路面全長36.14千米，跨江主體路段長11.209千米。大橋主橋位于馬鞍山市當(dāng)涂縣與和縣交界，東經(jīng)118°23′，北緯31°36′。沿江一帶屬北亞熱帶濕潤型季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫15.8℃。最熱月為7月，月平均28.1℃;最冷月為1月，月平均溫度2.6℃。常年平均降水量為1067 mm，年無雨日250天左右，降雨多集中在6～7月。測區(qū)內(nèi)水系發(fā)達(dá)，交通便捷。安徽省交通控股集團(tuán)有限公司于2019年進(jìn)行了“2019年度安徽省部分長江大橋橋梁控制網(wǎng)布設(shè)及河床斷面基礎(chǔ)沖刷測量項(xiàng)目”的掛網(wǎng)招標(biāo)。通過競標(biāo)我院獲得01標(biāo)段橋梁控制網(wǎng)布設(shè)及線形測量項(xiàng)目。該項(xiàng)目通過對馬鞍山長江公路大橋01標(biāo)段進(jìn)行橋面線形測量、塔柱線形測量、橋梁墩柱測量，觀測其橋梁變形情況，為后續(xù)橋梁養(yǎng)護(hù)提供一定的技術(shù)依據(jù)[1]。

2監(jiān)測方法的選擇

2.1.橋面線形監(jiān)測方法

常用的橋面線形監(jiān)測方法有GPS法、極坐標(biāo)法、撓度計(jì)與位移傳感器法以及使用激光經(jīng)緯儀進(jìn)行測量等。實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)不同塔柱的具體情況以及不同監(jiān)測方法的特點(diǎn)，謹(jǐn)慎選擇水平位移的監(jiān)測方法。本項(xiàng)目中對馬鞍山長江公路大橋橋面的監(jiān)測，因?yàn)樾枰捎肦TK測量技術(shù)進(jìn)行實(shí)時定位，因此，塔柱水平線性位移監(jiān)測方法選擇確定為極坐標(biāo)法，并用全站儀進(jìn)行觀測。

2.2塔柱線形監(jiān)測方法

馬鞍山長江公路大橋主體結(jié)構(gòu)是由左漢橋、右漢橋、塔柱以及兩側(cè)的引橋構(gòu)成，其左漢橋?qū)儆趹宜鳂颍覞h橋?qū)儆谛崩瓨颉Ｒ虼嗽趯︸R鞍山長江公路大橋的塔柱進(jìn)行水平線性位移監(jiān)測時，其常用的監(jiān)測方法有測邊法、測距三角高程法、測角法、GPS法、全站儀方向法、極坐標(biāo)法等。本項(xiàng)目中對馬鞍山長江公路大橋橋塔的監(jiān)測，采用全站儀方向法與測距三角高程法相結(jié)合，對其塔柱線形變形進(jìn)行測量。

2.3橋梁墩柱沉降監(jiān)測方法

在橋梁正常使用中，由于橋梁自重、車荷載、風(fēng)荷載以及地震等因素的影響，通常會使橋梁的橋墩發(fā)生沉降，如果沉降過大，將嚴(yán)重影響其安全性能及耐久度。在橋梁沉降變形監(jiān)測中，常用的方法主要有GPS法、全站儀極坐標(biāo)法、激光經(jīng)緯儀法、三角高程法、連通管法等方式[2]。馬鞍山長江公路大橋01標(biāo)段橋墩沉降測量采用的方法為全站儀極坐標(biāo)法結(jié)合測距三角高程法，對大橋各橋墩線形位移進(jìn)行觀測，其基準(zhǔn)點(diǎn)等級要求為二等水準(zhǔn)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。

3橋梁線形監(jiān)測方案及實(shí)施

3.1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和儀器設(shè)備

3.1.1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1）GB/T 18314—2009《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》;2）GB 50026—2020《工程測量標(biāo)準(zhǔn)》;3）GB/T 12897—2006《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》;4）JTG C10—2007《公路勘測規(guī)范》;5）CH/T 2009—2010《全球定位系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范》;6）JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》;7）JTG F80/1—2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)第一冊土建工程》;8）JTG H30—2015《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》;9）JTS 131—2012《水運(yùn)工程測量規(guī)范》;10）GB/T 24356—2009《測繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》;11）CH/T 1001—2005《測繪技術(shù)總結(jié)編寫規(guī)定》;12）竣工設(shè)計(jì)圖紙、養(yǎng)護(hù)維修及其他相關(guān)技術(shù)資料（橋梁竣工及養(yǎng)護(hù)資料）;13）經(jīng)批準(zhǔn)的本項(xiàng)目實(shí)施方案。

3.1.2主要設(shè)備

華測X12型GPS接收機(jī)、徠卡TS30全站儀、天寶Dini03水準(zhǔn)儀、聯(lián)想筆記本計(jì)算機(jī)、HP1180c打印機(jī)。

3.2橋梁基準(zhǔn)點(diǎn)控制網(wǎng)的布設(shè)

3.2.1平面基準(zhǔn)點(diǎn)控制網(wǎng)布設(shè)

對于大型多跨斜拉橋、懸索橋、特大橋，其橋梁變形基準(zhǔn)點(diǎn)、觀測點(diǎn)的布設(shè)一般都是視具體情況而定。由于馬鞍山長江公路大橋主結(jié)構(gòu)是由左漢橋、右漢橋、塔柱、兩側(cè)引橋以及部分立交匝道構(gòu)成，并且其左漢橋?yàn)閼宜鳂颍覞h橋?yàn)樾崩瓨颉Ｒ虼吮卷?xiàng)目中，馬鞍山長江公路大橋線形測量的平面首級控制均應(yīng)按C級精度要求布設(shè)。C級GPS網(wǎng)由16個點(diǎn)組成（含4個起算點(diǎn)，即擬定MQP-2、MQP-4、MQP-8、MQP-11，該點(diǎn)為大橋原施工控制點(diǎn)），其中MQP-2～MQP-12為原控制網(wǎng)點(diǎn)，MQP-13～MQP-18為本次新建點(diǎn)。平面控制網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)具體情況見圖1和表1。

3.2.2高程基準(zhǔn)點(diǎn)控制網(wǎng)布設(shè)

本項(xiàng)目中，高程基準(zhǔn)點(diǎn)控制網(wǎng)布設(shè)以兩個國家一等水準(zhǔn)點(diǎn)為已知點(diǎn)，其控制網(wǎng)等級按《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》確定為二等水準(zhǔn)控制網(wǎng)。在大橋需要觀測的線形變形部位共設(shè)置24個二等基準(zhǔn)點(diǎn)，共同構(gòu)成1條閉合路線，4個閉合環(huán)。

3.3橋面線形測量

在北引橋跨堤段橋面設(shè)置26個觀測點(diǎn)，在江心洲引橋跨堤段設(shè)置26個觀測點(diǎn)，在左漢懸索橋橋面設(shè)置270個觀測點(diǎn)，在右漢斜拉橋橋面設(shè)置214個觀測點(diǎn)，大橋匝道橋橋面設(shè)置19個觀測點(diǎn)。并用紅漆進(jìn)行編號、標(biāo)記。采用RTK技術(shù)進(jìn)行實(shí)時定位測量，并結(jié)合全站儀極坐標(biāo)法進(jìn)行檢核。按照《RTK 規(guī)范》，每次測量均要求進(jìn)行2測回觀測，其測回?cái)?shù)為4。為了保證觀測精度，具體測量要求見表2和表3。

3.4塔柱線形測量

主塔偏位測量觀測點(diǎn)共計(jì)7個，在左漢懸索橋主塔偏位測量觀測點(diǎn)4個，右漢斜拉橋主塔偏位測量觀測點(diǎn)3個。測量采用靜態(tài)GPS測量，將主塔偏位測量觀測點(diǎn)GPS觀測數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)組成同步環(huán)，按C級網(wǎng)精度進(jìn)行觀測，施測2個時段，每個時段不少于4個小時;高程采用GPS擬合高程，高程擬合的二等水準(zhǔn)點(diǎn)不少于3個。左漢中塔中部點(diǎn)采用全站儀方向法結(jié)合測距三角高程法施測。

3.5橋梁墩柱線形測量

在北引橋跨堤段橋墩設(shè)置6個沉降觀測點(diǎn)，在江心洲引橋跨堤段橋墩設(shè)置5個沉降觀測點(diǎn)，并設(shè)置12個位移觀測點(diǎn);在左漢懸索橋南、北錨碇設(shè)置位移及沉降觀測點(diǎn)各8個，共計(jì)32 個觀測點(diǎn);在主塔承臺設(shè)置36個沉降觀測點(diǎn);在右漢斜拉橋設(shè)置8個沉降觀測點(diǎn)。

沉降測量采取水準(zhǔn)測量的方法，按二等水準(zhǔn)測量的精度進(jìn)行觀測，先聯(lián)測各高程基準(zhǔn)點(diǎn)，按閉合水準(zhǔn)路線測量，沉降測量完成后進(jìn)行高程平差，算出各沉降點(diǎn)的高程。左、右漢中塔承臺沉降觀測因無法聯(lián)測水準(zhǔn)點(diǎn)，先采用測距三角高程法將工作基點(diǎn)由岸上基準(zhǔn)點(diǎn)引至中塔承臺上，再采用水準(zhǔn)測量的方法，按二等水準(zhǔn)測量的精度進(jìn)行中塔承臺沉降測量。然后將測量結(jié)果進(jìn)行平差計(jì)算及數(shù)據(jù)分析。

位移測量采用全站儀極坐標(biāo)法進(jìn)行。極坐標(biāo)法（交會法）采用全站儀距離觀測4測回，每次讀數(shù)三次，讀數(shù)至1mm，一測回讀數(shù)較差3 mm，測回間較差5 mm。在儀器站每邊測定一次氣象元素，溫度讀至0.2℃，氣壓讀至50 Pa或0.5 mmHg。測距均在大氣穩(wěn)定和成像清晰的氣象條件下進(jìn)行觀測，大氣透明度很差的情況下不作業(yè)，測量結(jié)束后進(jìn)行平差計(jì)算及數(shù)據(jù)分析。

4監(jiān)測成果和精度分析

根據(jù)GB 50026—2020《工程測量標(biāo)準(zhǔn)》二等精度監(jiān)測要求規(guī)定：對于橋梁變形測量，平面基準(zhǔn)點(diǎn)控制網(wǎng)的相鄰點(diǎn)位，中誤差須小于等于±3 mm，高程基準(zhǔn)點(diǎn)控制網(wǎng)的相鄰點(diǎn)位，中誤差須小于等于±0.5 mm。變形坐標(biāo)的平面、高程基準(zhǔn)點(diǎn)控制網(wǎng)的相鄰點(diǎn)位，中誤差須分別小于等于±3 mm和±1 mm。

通過對馬鞍山長江公路大橋橋面、塔柱、墩柱線形測量，采用徠卡TS30全站儀進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)觀測，然后采用華測GPS數(shù)據(jù)處理軟件包進(jìn)行靜態(tài)GPS平差、二等水準(zhǔn)測量平差。其部分監(jiān)測成果如下：1）左漢懸索橋橋面線形觀測共計(jì)270個點(diǎn)，對這些點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)及高程三維復(fù)測，并繪制橋面線形圖。2）對于左漢塔柱線形測量，采用全站儀方向法結(jié)合測距三角高程法靜態(tài)GPS測量，并用華測GPS數(shù)據(jù)處理軟件包平差計(jì)算。3）對左漢懸索橋主塔進(jìn)行沉降觀測，并采用華測GPS數(shù)據(jù)處理軟件包對其進(jìn)行平差計(jì)算，其塔柱線形測量成果與原測量成果的對比分析如表4所示。

通過馬鞍山長江公路大橋左漢懸索橋橋面、塔柱、墩柱線形測量結(jié)果可知，其線形變形監(jiān)測水平坐標(biāo)誤差均在3 mm以內(nèi)，高程坐標(biāo)誤差均在1 mm以內(nèi)，完全滿足規(guī)范中±3 mm 和±1 mm的精度要求。

5結(jié)語

通過上述馬鞍山長江公路大橋01標(biāo)段橋面、塔柱、墩柱線形測量的實(shí)例可知，施測過程中水平位移變形、撓度變形、沉降變形的監(jiān)測精度均符合規(guī)范的要求，具有一定的指導(dǎo)意義。

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