橋梁工程變形監(jiān)測

1、橋梁工程變形監(jiān)測 一、概述 大型橋梁，如斜拉橋、懸索橋自20世紀(jì)90年月初期以來在我國如雨后春筍般的進(jìn)展。這種橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是跨度大、塔柱高,主跨段具有柔性特性。在這類橋梁的施工測量中,人們已針對動(dòng)態(tài)施工測量作了一些研究并取得了一些閱歷。在竣工通車運(yùn)營期間,如何針對它們的柔性結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)特性舉行監(jiān)測也是人們非常關(guān)懷的另一問題。盡管目前有些橋梁已建立了了解結(jié)構(gòu)內(nèi)部物理量的變化的“橋梁健康系統(tǒng)”,它對于了解橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化、分析變形緣由無疑有著非常重要的作用。然而,要真正達(dá)到橋梁平安監(jiān)測之目的,了解橋梁的變化狀況,還務(wù)必準(zhǔn)時(shí)測定它們幾何量的變化及大小。因此,在建立“橋梁健康系統(tǒng)”的同時(shí),研究采用大

2、地測量原理和各種專用的工程測量儀器和方法建立大跨度橋梁的監(jiān)測系統(tǒng)也是非常須要的。 二、變形監(jiān)測內(nèi)容 按照我國最新頒發(fā)的“大路技術(shù)養(yǎng)護(hù)規(guī)范”中的有關(guān)規(guī)定和要求,以及大跨度橋梁塔柱高、跨度大和主跨梁段為柔性梁的特點(diǎn),橋梁工程變形監(jiān)觀測的主要內(nèi)容包括: 1) 橋梁墩臺(tái)沉陷觀測、橋面線形與撓度觀測、主梁橫向水平位移觀測、高塔柱搖擺觀測； 2) 為了舉行上述各項(xiàng)目的測量,還務(wù)必建立相應(yīng)的水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)與沉陷基準(zhǔn)網(wǎng)觀測。 三、系統(tǒng)布置 1）橋墩沉陷與橋面線形觀測點(diǎn)的布置 橋墩(臺(tái))沉陷觀測點(diǎn)一般布置在與墩(臺(tái))頂面向應(yīng)的橋面上；橋面線形與撓度觀測點(diǎn)布置在主梁上。對于大跨度的斜拉段,線形觀測點(diǎn)還與斜拉索錨固

3、著力點(diǎn)位置對應(yīng)；橋面水平位移觀測點(diǎn)與橋軸線一側(cè)的橋面沉陷和線形觀測點(diǎn)共點(diǎn)。 2） 塔柱搖擺觀測點(diǎn)布置 塔柱搖擺觀測點(diǎn)布置在主塔上塔柱的頂部、上橫梁頂面以上約1.5的上塔柱側(cè)壁上,每柱設(shè)2點(diǎn)。 3）水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)布置 水平位移觀測基準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)結(jié)合橋梁兩岸地形地質(zhì)條件和其他建造物分布、水平位移觀測點(diǎn)的布置與觀測方法,以及基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測方法等因素決定,一般分兩級布設(shè),基準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)在岸上穩(wěn)定的地方并埋設(shè)深埋鉆孔樁標(biāo)志；在橋面用橋墩水平位移觀測點(diǎn)作為工作基點(diǎn),用它們測定橋面觀測點(diǎn)的水平位移。 4）垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)布置 為了便于觀測和使用便利,一般將岸上的平面基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)納入垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)中,同時(shí)還應(yīng)在較穩(wěn)定的

4、地方增強(qiáng)深埋水準(zhǔn)點(diǎn)作為水準(zhǔn)基點(diǎn),它們是大橋垂直位移監(jiān)測的基準(zhǔn)；為統(tǒng)一兩岸的高程系統(tǒng),在兩岸的基準(zhǔn)點(diǎn)之間應(yīng)布置了一條過江水準(zhǔn)線路。 四、方法與成績精度 1）GPS定位系統(tǒng)測量平面基準(zhǔn)網(wǎng) 為了滿意變形觀測的技術(shù)要求,考慮到基準(zhǔn)網(wǎng)邊長相差懸殊,對基準(zhǔn)網(wǎng)邊長相對精度應(yīng)達(dá)到不低于1/120000和邊長誤差小于±5mm的雙控精度指標(biāo)；因?yàn)楣ぷ骰c(diǎn)多位于大橋橋面,它們與基準(zhǔn)點(diǎn)之間難以所有通視,可采用GPS定位系統(tǒng)施測。為了在觀測期間不中斷交通,且避免車輛通行引起儀器的顫動(dòng)和干擾GPS接收機(jī)的信號(hào)接收,對設(shè)置在橋面工作基點(diǎn)的觀測時(shí)段應(yīng)安頓在夜間作業(yè),盡可能使其符合靜態(tài)作業(yè)條件以提高觀測精度。 2）精

5、密水準(zhǔn)測量建立高程基準(zhǔn)網(wǎng)和沉陷觀測 高程基準(zhǔn)網(wǎng)與橋面沉陷觀測均根據(jù)“國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范”的二等技術(shù)規(guī)定要求實(shí)施。并將垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)、橋面沉陷點(diǎn)、過江水準(zhǔn)線路之間構(gòu)組成多個(gè)環(huán)線。高程基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測采用精密水準(zhǔn)儀；高程基準(zhǔn)網(wǎng)中的過江水準(zhǔn)測量,可采用三角高程測量方法，用2臺(tái)精密全站儀同時(shí)對向觀測。 3）全站儀坐標(biāo)法觀測橫向水平位移 眾所周知,直線型建造物的水平位移常采用基準(zhǔn)線法觀測,它的實(shí)質(zhì)測定垂直于基準(zhǔn)線方向的偏離值。為充分發(fā)揮現(xiàn)代全站儀的優(yōu)點(diǎn),橋面水平位移觀測可采用類似基準(zhǔn)線法原理的坐標(biāo)法,以直接測定觀測點(diǎn)的橫坐標(biāo)。武漢長江二橋采用該法觀測橫向水平位移，按照對全橋136個(gè)觀測點(diǎn)的結(jié)果舉行了

6、統(tǒng)計(jì)分析,在未顧及視線長度不等對坐標(biāo)的精度影響的條件下,求得坐標(biāo)的精度為±0.48mm,遠(yuǎn)高于橋梁監(jiān)測技術(shù)中的精度要求(±3mm)。 4) 智能型全站儀(測量機(jī)器人)測定高塔柱的搖擺 塔柱搖擺可觀測采用當(dāng)代最先進(jìn)的智能型全站儀TCA2022,其標(biāo)稱精度為0.5,±(1mm+1×10-6D)。它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋覓和準(zhǔn)確照準(zhǔn)目標(biāo),自動(dòng)測定測站點(diǎn)至目標(biāo)點(diǎn)的距離、水平方向值和天頂距,計(jì)算出3維坐標(biāo)并記錄在內(nèi)置模塊或計(jì)算機(jī)內(nèi)。因?yàn)樗恍枰斯ふ諟?zhǔn)、讀數(shù)、計(jì)算,有利于消退人差的影響、削減記錄計(jì)算出錯(cuò)的幾率,特殊是在夜間也不需要給標(biāo)志照明。該儀器每次觀測記錄一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)不

7、超過7,每點(diǎn)觀測4測回也僅30。一周期觀測10個(gè)點(diǎn)以內(nèi)一般不會(huì)超過5 min，其觀測速度之快是人工無法比擬的。 武漢長江二橋采用該法測定高塔柱的搖擺，為了評定該法的精度,利用車流量很少的夜間觀測成績舉行了統(tǒng)計(jì)分析。模仿橋面水平位移觀測的統(tǒng)計(jì)分析方法,對視線長度為800的觀測點(diǎn),按照夜間6周期的觀測資料舉行了統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算,求得mx=0.034mm、my=0.61mm,它表明該法具有較高的精度,可以滿意塔柱動(dòng)態(tài)觀測的精度要求。 五、成績收拾分析 觀測成績的收拾分析主要包括:每期觀測后計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)、高程及其變化量；橋墩、橋面沉陷觀測點(diǎn)、線形點(diǎn)的高程及變化量；橋面水平位移觀測點(diǎn)的坐標(biāo)及橫向位移。按

8、照這些變形量繪制了相應(yīng)的變形曲線。 六、南京長江二橋變形監(jiān)測實(shí)例 1）工程概況 南京長江其次大橋是國家“九五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，位于現(xiàn)南京長江大橋下游11公里處，全長21.337公里，由南、北汊大橋和南岸、八卦洲及北岸引線組成。其中：南汊大橋?yàn)殇撓淞盒崩瓨?，橋長2938米，主跨為628米，該跨徑在建時(shí)居同類橋型中“國內(nèi)第一，世界第三”；北汊大橋?yàn)殇摻罨炷令A(yù)應(yīng)力繼續(xù)箱梁橋，橋長2172米，主跨為3×165米，該跨徑在國內(nèi)亦居率先。全線還設(shè)有4座互通立交、4座特大橋、6座大橋。該橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為雙向六車道高速大路；設(shè)計(jì)速度為100公里/小時(shí)；設(shè)計(jì)荷載為汽超20，掛120；路基寬33.5米，橋面

9、寬32米（不含斜拉索錨固區(qū)）。全線設(shè)有監(jiān)控、通訊、收費(fèi)、照明、動(dòng)靜態(tài)稱重等系統(tǒng)，并設(shè)有南汊主橋景觀照明，南、北汊橋公園和八卦洲服務(wù)區(qū)。 為了建立南京長江二橋全線結(jié)構(gòu)物的竣工線型和位置基準(zhǔn)，并對南汊大橋、北汊大橋及八卦洲引線（軟土地基）等重要路段、橋墩舉行位移監(jiān)測，為今后大橋修理、驗(yàn)收等工作留下起始數(shù)據(jù)，需要對南京長江二橋舉行變形監(jiān)測。 2）監(jiān)測內(nèi)容和方法 (1)索塔及基礎(chǔ) 對索塔主要監(jiān)測塔基礎(chǔ)位移（三維）和塔頂水平變化（二維）。對于南汊大橋，塔基礎(chǔ)位移監(jiān)測點(diǎn)布置在約9m高程面的塔柱上，塔頂水平變化監(jiān)測點(diǎn)布置在塔頂柱體上，上、下游塔柱和塔柱南北側(cè)各布置一測點(diǎn)，如圖13-1所示。南北塔共計(jì)布置17個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，其中北塔為9個(gè)點(diǎn)；對于北汊大橋，基礎(chǔ)位移監(jiān)測點(diǎn)設(shè)在江中22#、23#、24#、25#四個(gè)橋墩的墩柱上，每個(gè)橋墩的上、下游墩柱各布一個(gè)點(diǎn)，共計(jì)8個(gè)點(diǎn) ，點(diǎn)位也設(shè)在約9m高程面上，如圖13-2所示。 索塔及基