变形监测技术在桥梁监测中的应用

变形监测技术在桥梁监测中的应用

摘要：桥梁的建设展示了我国大桥梁发展的最新技术水平和成就，代表了大桥梁发展方向，使我国公路桥梁建设步人世界先进行列，并对促进区域经济繁荣和发展，完善国道主干线网起到十分重要作用，并产生了巨大的经济效益和社会效益。本应用研究通过对江阴长江公路大桥的沉降和水平位移监测，探讨变形监测理论在实际工程问题中的应用，通过合适的数据处理方法，分析和总结桥梁变形的规律，为桥梁的养护、管理和决策提供依据和指导。

关键字：变形监测技术、桥梁监测、应用

一、引言

近年来，随着我国桥梁建设事业的迅猛发展，桥梁结构和形势日趋复杂，规模也越来越大，桥梁的施工正朝着超大化的方向发展，对其进行变形监测也就显得尤为重要。变形监测是对被监测的对象或物体进行测量，以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。其主要意义是分析和评价建筑物的安全状态、验证设计参数、反馈设计施工质量、研究正常的变形规律和预报变形。桥梁的变形监测是对桥梁整体性能的监测，其基于工程测量的原理、技术和精密测量仪器，对桥梁在垂直方向和水平方向的位移变形进行定期或实时监测，并通过绘制相应的位移变形影响线或影响面来监测桥梁各部位位移的变形状态，预测其变形规律，为桥梁的维修、养护和管理决策提供依据和指导。

二、桥梁变形监测发展现状

2.1桥梁结构变形监测内容

2.1.1垂直位移监测内容

桥梁结构竖向位移主要包括梁式桥施工期间桥墩、梁体以及运营期间桥墩、桥面的竖向位移测量；拱桥施工期间的桥墩、拱圈以及运营期间的桥墩、桥面垂直位移；悬索桥、斜拉桥施工期间索塔、梁体、锚碇以及运营期间索塔、桥面垂直位移；桥梁两岸边坡垂直位移。

2.1.2水平位移监测内容

桥梁结构水平位移监测主要包括梁式桥施工期间梁体以及运营期间桥面的水平位移监测；拱桥施工期间的拱圈以及运营期间的桥面水平位移监测；悬索桥、斜拉桥施工期间索塔倾斜，塔顶、梁体、锚碇以及运营期间索塔倾斜、桥面水平位移；桥梁两岸边坡水平位移。

2.2 桥梁结构变形监测控制测量

2.2.1 垂直位移监测控制测量

高程控制测量等级的划分，依次为二、三、四、五等。各等级高程控制宜采用水准测量；四等及以下等级可采用电磁波测距三角高程测量，五等也可采用GPS 拟合高程测量。

首级高程控制网的等级，应根据工程规模、控制网的用途和精度要求合理选择。首级网应布设成环形网，加密网应布设成符合路线或节点网。

特级沉降观测的高程基准点数不应少于4个；其他级别沉降观测的高程基准点数不应少于3个。高程工作基点可根据需要设置。基准点和工作基点应形成闭合环或形成由附合路线构成的结点网。

高程基准点应选设在变形影响范围以外且稳定、易于长期保存的地方。高程基准点、工作基点之间宜便于进行水准测量。当使用电磁波测距三角高程测量方法进行观测时，宜使各点周围的地形条件一致。当使用静力水准测量方法进行沉

降观测时，用于联测观测点的工作基点宜与沉降观测点设在同一高程面上，偏差

不应超过±1㎝。当不能满足这一要求时，应设置上下高程不同但位置垂直对应的

辅助点传递高程。

2.2.2 水平位移监测控制测量

平面基准点、工作基点的布设应符合下列规定：

各级别位移观测的基准点(含方位定向点)不应少于3个，工作基点可根据需

要设置；基准点、工作基点应便于检核校验；平面控制测量可采用边角测量、导

线测量、GPS 测量及三角测量、三边测量等形式。三维控制测量可使用GPS测量

及边角测量、导线测量、水准测量和电磁波测距三角高程测量的组合方法。

三、桥梁变形监测实例分析

3.1工程概况及项目监测

江阴长江公路大桥工程主要是通过布设控制网、变形观测点等建立全线桥梁

监测体系，定期测量桥梁墩台沉降及承台水平位移，通过累积的观测数据对桥梁

情况进行分析、预测，为养护维修提供可靠的数据。

本次工程监测的主要内容是通过在江阴长江公路大桥沿线布设水准控制网，

并增设水准控制点进行完善，对江阴长江公路大桥进行桥梁沉降监测及承台水平

位移监测，旨在了解桥梁结构运营变形情况，指导下一步的养路工作。

3.2桥面沉降观测

3.2.1沉降观测点布设

在对各沉降点进行观测时，每期测量前检查工作基点至少三个以上。为保证

工作基点的可靠性，每次观测前应对基准点进行检测，并做出分析判断，以保证

观测成果的可靠，工作基点稳定性检查资料也要存档并随每期报告上交。

3.2.3跨河桥沉降观测方法

根据项目具体实施要求，对江阴长江公路大桥进行水平位移观测，其监测内

容主要包括水平位移基准网观测及水平位移观测点测量两个主要内容。

3.3承台水平监测

桥梁承台水平位移观测采用TCA2003全站仪进行，测距精度为 1mm+1ppm，测角精度为±0.5″。由于原有的控制网未采取强制对中装置，无法满足二等平面位

移观测的精度要求，故需要进行观测墩的埋设。

本项目拟采用方向观测方法测量各观测点与基线之间的夹角，同时测量基准

点至观测点之间的斜距。计算出每个水平位移监测点的坐标，再同前期和第一期

进行比较。观测采用的TCA2003具有自动瞄准功能，在监测点上安装棱镜，测量

时仪器自动锁定棱镜中心，连续观测，从而消除人的因素和车辆通行时桥梁震动

时的影响。

3.4监测数据处理与分析

3.4.1监测数据检验与校核

受观测条件的影响，任何变形监测资料都可能存在误差。误差一般分为三类：粗差、系统误差、偶然误差。在观测过程中，粗差需要避免，系统误差可以通过

一定的观测程序加以消除或者减弱。在变形监测中，由于变形量本身较小，接近

测量误差的边缘，所以应设法消除较大误差，提高监测精度，从而尽可能地减小

观测误差对变形分析的影响。监测数据检核的方法很多，主要可以分为野外粗检

和室内精检，且当天测得的原始数据，应于当天检核整理完毕。

3.4.2监测数据分析与预测

桥梁的空间特性和动态变化是变形监测和分析的主要内容。其方法是选定某