过河水准在大桥监测中的应用

过河水准在大桥监测中的应用

蒋涛

广西水电科学研究院有限公司

摘要：桥梁监测工作的意义更加重要。科学、准确、及时地分析和预报桥梁工程的变形状况，对桥梁的施工和运营管理极为重要。文章主要以福州市螺洲大桥工程为例，分析了桥梁监测实施方案，以供参考。

关键词：变形；桥梁；监测

引言

螺洲大桥位于南台岛与闽侯青口组团间，横跨乌龙江江面，是福州市城市快速干道上规划建设的跨乌龙江特大桥之一，为福州市南向进出城通道。螺洲大桥及接线属于大跨度支承桥梁，且主桥为全国跨径最大的三塔自锚式悬索桥，其跨乌龙江域被龙祥岛和塔礁洲分割成北汊、中汊和南汊三段。在长期的运营过程中，由于受到不同荷载的作用以及材料的老化、管理使用不当等因素的影响，可能会出现结构的破坏，从而带来灾难性的后果。因此，为了桥梁在设计年限内的安全运营，要对桥梁定期进行变形监测，并根据长期的监测结果做出合理的分析和安全预报。

1桥梁监测的内容

本工程监测对象为螺洲大桥主线桥部分，共120组桥墩119跨箱梁及部分匝道桥，全长约4.95km。具体范围为：①主线桥起点位于南三环路沿南台大道往南约650m处，跨越乌龙江、龙祥岛、塔礁洲，延伸至省道203附近；②包含龙祥岛A、B、C、D四条匝道、省道203处A、B、C三条匝道；③不包含北端三环螺洲互通立交、环岛路立交、螺洲大桥南接线等区域。根据大型桥梁的特殊性结构特征和设计对桥梁变形观测的要求，此次桥梁的变形观测主要包括两方面：一是，垂直位移观测：桥梁墩（台）的垂直位移；二是，水平位移观测：包括垂直于桥轴线方向的横向位移观测及沿桥轴线方向的纵向位移观测，其中，以横向位移观测更为重要。

2基准控制网及变形点布设

2.1基准控制网布设

基准网由基准点组成，其作用是为首次及后续定期观测提供统一的参照系，确保不同时期的观测数据能够进行比较，从而计算、分析桥梁各时间间隔内的变形值、位移值、变化速率以及累计变形值、位移值。基准网分为水平位移基准网和垂直位移基准网，分别作为桥梁水平位移观测和竖向位移观测的参照系。每座桥均应建立一个监测基准网。基准点是为系统数据处理时的距离及高差差分计算提供基准和方位参考。其位置尽量选在桥梁承压区之外，但又不宜离桥梁墩台太远，基准点需成组埋设，以便相互检核，保证相互通视，可采用三角形网或导线网形式。

2.2变形点布设

（1）平面位移监测点布设。根据需要，变形点布设于能体现区域变形的部位，隔墩桥墩顶部布设一点，箱梁联接缝两侧各布设一点，北汊主桥主副跨箱梁支点、1/2L处、1/4L处各布设一点。所有监测点与工作基点的距离均在设置的测量全站仪观测范围内，且避免与测站点同一方向上有2个监测点。（2）沉降点布设。区域的桥墩（台）均需布设沉降观测标志，在桥墩（台）底部镶嵌L型螺栓式沉降观测标志。墩、台身高程观测点，宜布设在墩、台身底部，以植入墩台身混凝土Ｌ型不锈钢钉外露球冠端头为标志，并用红油漆予以编号、标识。（3）匝道桥墩倾斜监测点布设。倾斜监测采用在桥墩上部和下部各布设一个平面位移监测点进行相对位移监测求取倾斜值的方式进行。可同时将位于上部的一个倾斜度观测点标志作为同一墩墩顶水平位移观测点标志使用。（4）主桥桥面高程观测点。螺洲大桥主桥悬索桥桥面高程控制点采用隔索布设的方式，螺洲大桥悬索桥主跨吊点23个，边跨吊点10个，全桥吊索（杆）共132根，且主塔、联接缝处桥面亦布设高程控制点，共计有74个高程控制点。布设桥面高程观测点标志时，采用冲击钻在桥面预定位置钻取一个直径比水准观测点标志头部稍大的钻孔，将钢钉镶嵌在孔洞内，并用环氧树脂和水泥填充钢钉与孔洞间的空隙，使观测点标志与结构物牢固结合在一起。

3基准控制网测量

3.1平面基准网控制测量

采用GPS平面控制测量的方式将整个测区基准点观测墩联结成一个完整基准网，并与福州城市连续运行基准站进行联测。平差计算得基准点首期坐标作为平面起算基准，后续定期进行GPS平面基准网复测。同时在每一期观测中采用边角测量的方式将设站的工作基点或基准点与其附近具备遂视条件的基准点或工作基点进行联测，整体组网平差，以对工作基点的稳定性进行检验。

3.2高程基准网控制测量

（1）精密水准测量。高程控制测量和基准点联测采用往返测方式进行，每测段往测和返测的测站数均应为偶数，由往测转返测时，应交换两标尺的位置，并重新整置仪器。使用的水准仪、水准标尺在项目开始前、项目中、结束后应按照规范进行检验和校正，水准仪i角不得大于15"。观测过程中遵循“固定观测员、固定仪器、固定转点”的原则进行。

（2）三角高程测量。考虑乌龙江北汊跨江视线长度大于1km，垂直角观测采用在南侧悬索塔柱底部桥台中间设站的观测方式对北汊两岸基准点进行三角高程测量。同时乌龙江中汊和乌龙江南汊采用每点设站、往返观测的方式进行三角高程测量。垂直角观测宜在日出后2h至日落前2h的期间内目标成像清晰稳定时进行，阴天和多云天气可全天观测。

4变形点观测

4.1平面位移监测

根据现场实际环境和作业条件，拟采用测量全站仪组建移动式极坐标半自动监测系统进行平面位移监测。按照二级变形监测要求，变形点具体施测要求如下：水平角采用方向观测法施测4测回，边长和高度角各观测4个测回，前后2测回分别在上、下午时段施测。其中首期观测应在上下午时段或根据桥体实时车流荷载情况进行至少两次独立观测后取中数。仪器高、观测墩上棱镜高的量取应采用检验过的量杆或钢尺观测前后各量测一次，精确读至0.5mm，当较差小于1mm时取中数。

4.2沉降观测

分别4个测段沉降点进行独立施测。首期观测采用往返观测的方式在上下午时段或根据桥体实时车流荷载情况进行至少两次独立观测后取中数。后续各次采用单程测量的方式进行观测。桥墩的沉降观测使用精密电子水准仪配合铟钢尺进行测量。

4.3匝道桥墩倾斜监测

位于墩台身顶部的倾斜度观测点，可采用三维坐标差异法测量：用电子全站仪测量上部和下部反射片的三维坐标，根据两点的坐标差计算墩台在桥梁纵向、横向的水平偏位和倾斜度。首先采集桥墩上部和下部2个监测点的坐标值，计算两点顺桥向和垂直桥向的相对位移值，然后根据两点间的垂直距离分别计算顺桥向和垂直桥向桥墩垂直度。

4桥梁监测数据处理与分析

4.1观测数据处理

平面基准网GPS测量数据处理按现行规范《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2009）的执行，使用精密星历，数据采用率宜大于95%。全站仪原始观测数据剔除粗差后，应按要求结合施测过程实时采集的气象等条件数据进行必要的距离改正和高差改正。测距边归算至水平距离时，在观测的斜距中加入气象改正和加常数、乘常数改正；高差应进行球气差改正。精密水准测量数据先加入“正常水准面不平行改正”等必要改正后，再进行水准路线平差计算。

4.2稳定性分析

（1）基准点的稳定性分析。通过GPS平面基准网联测和精密水准高程基准联测成果，依据每次联测基准点间的几何关系是否保持不变来判别参考点是否相对稳定。（2）工作基点的稳定性分析。将工作基点结合稳定基准点一起进行平差计算，解算工作基点坐标，再求工作基点坐标与往期差值，并以平差单位权中误差求取限差来判断基站是否稳定。

4.3变形分析

采用COSA系列平差软件对基准网进行平差计算，利用变形监测数据处理分析一体化平台生成变形数据，并对变形数据进行封装建库式管理，同时采用单点一多测期、多点一单测期位移曲线图、位移平面图等各类图表进行实效性变形分析。当变形量及变形速率出现异常变化或超出预警值时，必须立即以预警通知单的书面形式报告委托方，同时应及时增加观测次数或调整变形测量方案。特别应重视主塔不均匀形变对主桥产生的影响，要及时反馈给相关部门并采取有效的补救措施。

结束语

监测的主要内容通常根据变形体的性质和地基状况而定，反映变形体的变化情况，能达到监视变形体的安全与变化规律。强化桥梁变形监测测量技术有利于保证数据质量质量，需要注意的是，在变形监测精度的调整上要根据实际工程状况开展。

参考文献：

[1]李楠.桥梁健康监测系统的动态评定方法研究[J].交通世界.2016（32）

[2]史晓贞，罗艳利，查正军.桥梁健康监测系统数据准确性分析[J].黑龙江交通科技.2017（01）