桥梁工程变形监测方法

精心整理

桥梁工程变形监测方案

一、概述

大型桥梁，如斜拉桥、悬索桥自20世纪90年代初期以来在我国如雨后春笋般的发展。这种桥梁的结构特点是跨度大、塔柱高,主跨段具有柔性特性。在这类桥梁的施工测量中,人们已针对动态施工测量作了一些研究并取得了一些经验。在竣工通车运营期间,如何针对它们的柔性结构与动态特性进行监测也是人们十分关心的另一问题。尽管目前有些桥梁已建立了了解结构内部物理量的变然而, 1) 2) 1 桥墩2 ,每柱设2点。

3）水平位移监测基准点布置

水平位移观测基准网应结合桥梁两岸地形地质条件和其他建筑物分布、水平位移观测点的布置与观测方法,以及基准网的观测方法等因素确定,一般分两级布设,基准网布设在岸上稳定的地方并埋设深埋钻孔桩标志；在桥面用桥墩水平位移观测点作为工作基点,用它们测定桥面观测点的水平位移。

4）垂直位移监测基准网布置

为了便于观测和使用方便,一般将岸上的平面基准网点纳入垂直位移基准网中,同时还应在较稳定的地方增加深埋水准点作为水准基点,它们是大桥垂直位移监测的基准；为统一两岸的高程系统,在两岸的基准点之间应布置了一条过江水准线路。

四、方法与成果精度

1）GPS定位系统测量平面基准网

为了满足变形观测的技术要求,考虑到基准网边长相差悬殊,对基准网边长相对精度应达到不低于1/120000和边长误差小于±5mm的双控精度指标；由于工作基点多位于大桥桥面,它们与基准点之间难以全部通视,可采用GPS定位系统施测。为了在观测期间不中断交通,且避开车辆通行引起仪

,尽

2

向观测。

3

,以直接

0.48mm,

4)

×10-6D)。它可以实现自动寻找和精确照准目标,自动测定测站点至目标点的距离、水平方向值和天顶距,计算出3维坐标并记录在内置模块或计算机内。由于它不需要人工照准、读数、计算,有利于消除人差的影响、减少记录计算出错的几率,特别是在夜间也不需要给标志照明。该仪器每次观测记录一个目标点不超过7ｓ,每点观测4测回也仅30ｓ。一周期观测10个点以内一般不会超过5min，其观测速度之快是人工无法比拟的。

武汉长江二桥采用该法测定高塔柱的摆动，为了评定该法的精度,利用车流量很少的夜间观测成果进行了统计分析。仿照桥面水平位移观测的统计分析方法,对视线长度为800ｍ的观测点,根据

夜间6周期的观测资料进行了统计分析计算,求得mx=0.034mm、my=0.61mm,它表明该法具有较高的精度,可以满足塔柱动态观测的精度要求。

五、成果整理分析

观测成果的整理分析主要包括:每期观测后计算基准点的坐标、高程及其变化量；桥墩、桥面沉陷观测点、线形点的高程及变化量；桥面水平位移观测点的Ｙ坐标及横向位移。根据这些变形量绘制了相应的变形曲线。

六、南京长江二桥变形监测实例

1）工程概况

21.337

桥长

全线还设有4100公里/

2

(1)

南北侧各布置一测点，如图13-1所示。南北塔共计布置17个监测点，其中北塔为9个点；对于北汊大桥，基础位移监测点设在江中22#、23#、24#、25#四个桥墩的墩柱上，每个桥墩的上、下游墩柱各布一个点，共计8个点，点位也设在约9m高程面上，如图13-2所示。

索塔及基础变位情况为每三个月观测一期。测量使用瑞士Leica高精度TC2003全站仪，以三维前方交会法进行角度观测四测回，观测方法如图13-1和图13-2所示。南、北汊大桥皆以竣工时恢复的首级控制网为基准，经平差计算获得三维坐标，为便于塔柱变位方向分析，平差计算采用桥

(2)桥面线形（挠度）

桥面线形包括桥面标高及桥中线，在南京长江二桥主桥施工期间，南汊大桥和北汊大桥的轴线和标高均控制在±5mm范围内,桥面上按一定的间距设有监测点。桥面铺装完毕后,观测点全部遭埋没。因此，必须重新建立桥面线型监观测点，并做周期性的监测。

由于南汊大桥和北汊大桥桥轴线均是桥轴坐标系的X轴，且当时施工中的施工控制精度均较高，此外，南京长江二桥首级控制网已得到了全面恢复，因此，可以认为南汊大桥和北汊大桥的桥轴线仍是桥轴坐标的X轴。今后维修等工作若需检测桥轴线，仅需通过首级控制网的控制点即可进行检查，桥轴线监测点可不考虑恢复，仅需重新建立标高（挠度）监测点。

(7)M i为棱镜对点中误差,M r为棱镜高量测中误差,因监测点棱镜用强制对中器固定在桥塔顶部,此两项误差可忽略不计,故M i=M r=0。

将上式中平面误差部分合并得:

当取距离最大为500ｍ,竖直角最大为20°,采用测距标称精度为±(1+1×10-6·Ｓ)mm,测角标称精度为±1″,补偿器精度为±0.3″的全站仪观测一测回,代入上式计算,可以得出:M XY=±

3.71mm,M H=±3.83mm。在实际工程中,全站仪实际观测精度一般要比标称精度低,若假定实际测角精度为±2″,测距精度为±(2+2×10-6·Ｓ)mm,补偿器精度为±0.3″,观测一测回,代入上式计算,可

以得出:M XY =±7.41mm,M H =±6.82mm,若观测二测回,则:M XY =±5.24mm,M H =±5.03mm 。可见,增加观测测回数或缩短观测距离,可以提高精度。

2)沉降变形观测的精度分析

假设j H i M ,j H i M 1-和k H i M ,k

H i M 1

-分别为ｊ点和ｋ点在第ｉ和ｉ-1周期观测所得的高程中误差,则ｊ点和ｋ点的沉降量中误差分别为:

于是ｊ点和ｋ点不均匀沉降量的中误差为:

由于每周期观测时,均采用同一观测方案,由同一台仪器和同一组人员,在外界环境大致相同的

则有:

式中Ｍ站Ｍ站4（1（向最大变化量，其量值X 方向为－11.0mm （向北），Y 方向（东西向）为＋21.2mm （向上游），H 方向（垂直向）为＋18.0mm （向下），该变化量主要由测量误差带来，并非是塔基础发生了位移。因为，在对桥墩所采用的前方交会测量方法虽是变形监测中常规和有效的方法，对塔柱观测所使用的仪器也是目前世界最高精度的测量仪器，但由于所监测的点均在江中，人无法直接到达，另外还存在许多不利因素，如交会角较小、交会距离长、大气折光和水汽蒸发等等，这些因素均大大降低了测量精度。以“北塔南向下游梁下”点为例，监测点离岸上两控制点距离分别为1014m 和1011m ，交会角为16°，根据误差理论分析可知，仅观测误差就达±12.2mm ，若考虑大气折光等其他因素，测量误差还将更大些。因此，可以认为南北索塔基础未出现明显变位。从对索塔下横梁上门洞内水