影響橋梁沉降觀測(cè)準(zhǔn)確度和精確度因素的研究

□文/趙 剛

目前建筑物沉降測(cè)量的重要性已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，沉降測(cè)量已經(jīng)非常普遍。新建設(shè)的建筑物和古建筑都設(shè)立沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。橋梁沉降觀測(cè)規(guī)范性和重視程度，與建筑物相比，有一定差距。因此筆者根據(jù)調(diào)查和測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，對(duì)橋梁沉降觀測(cè)的準(zhǔn)確度和精確性的影響因素進(jìn)行一些探討。

已經(jīng)建成的橋梁，在自重、活載荷、地面沉降、地鐵盾構(gòu)過(guò)橋、排水管線過(guò)橋等作用下，會(huì)產(chǎn)生或多或少的沉降。根據(jù)DB29-62—2004《天津市城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)程》第4.3.5的要求，特大橋、大橋和特殊結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)設(shè)立永久性監(jiān)測(cè)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)橋梁的位移觀測(cè)，掌握橋梁各構(gòu)件的位移大小，提前發(fā)現(xiàn)不正常的變形，不僅保證橋梁的運(yùn)行安全，而且為決策者及時(shí)采取措施，確保橋梁不出現(xiàn)傾覆、坍塌，留出充足的病害處理時(shí)間。

1 測(cè)量?jī)x器的選擇

水準(zhǔn)測(cè)量的主要的測(cè)量?jī)x器可選擇水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS。這3種儀器，各有特長(zhǎng)，應(yīng)配合使用，才能保證最終測(cè)量精度。水準(zhǔn)儀的精度最高，GPS的精度最低。但是水準(zhǔn)儀在長(zhǎng)距離測(cè)量中，速度緩慢且可能會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的人為誤差；GPS在平原地區(qū)可測(cè)量范圍10km且速度快，人為誤差低。全站儀精度居中，但是全站儀不適合倒站進(jìn)行測(cè)量（倒站誤差影響因素較多，不容易控制誤差），全站儀的優(yōu)勢(shì)在于根據(jù)角度換算成高差，因此適用于不倒站時(shí)兩個(gè)點(diǎn)的高差＞1.5m時(shí)的測(cè)量。

綜合以上分析可以得出：短距離高程測(cè)量5km以內(nèi)，最好用精密水準(zhǔn)儀；長(zhǎng)距離測(cè)量＞5km，GPS靜態(tài)測(cè)量可靠性更高；當(dāng)幾十米范圍內(nèi)，高程相差太大時(shí)，應(yīng)用全站儀進(jìn)行測(cè)量。

2 觀測(cè)點(diǎn)布置要求

橋梁沉降觀測(cè)，一般應(yīng)設(shè)置墩柱沉降測(cè)點(diǎn)和橋面線型測(cè)點(diǎn)。

墩柱不均勻沉降觀測(cè)應(yīng)在墩柱的4個(gè)角位置設(shè)4個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)；墩柱沉降測(cè)點(diǎn)應(yīng)在墩柱長(zhǎng)邊的中心位置設(shè)置1個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)的位置應(yīng)距離地面30～50 cm，觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)露出混凝土面2～3cm。對(duì)于不容易到達(dá)的墩柱位置，應(yīng)在2.5m高度附近粘貼反光片，采用免棱鏡全站儀進(jìn)行測(cè)量。

橋面測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在防撞墻上，觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)露出混凝土面1cm，以防橋面進(jìn)行罩面維修時(shí)把觀測(cè)點(diǎn)撞落。橋面測(cè)點(diǎn)除有特殊要求外，一般應(yīng)在墩柱頂端左右兩側(cè)各布置一個(gè)；因?yàn)樯炜s縫位置有可能產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)，因此伸縮縫兩側(cè)應(yīng)分別布置觀測(cè)點(diǎn)；對(duì)于跨度超過(guò)30m的梁體，應(yīng)在跨中位置增設(shè)觀測(cè)點(diǎn)；對(duì)特殊結(jié)構(gòu)橋梁，應(yīng)根據(jù)線型觀測(cè)的需要，制定專(zhuān)門(mén)的觀測(cè)點(diǎn)建立方案。

為保證觀測(cè)點(diǎn)牢固，植入深度至少4cm以上，植筋膠凝固后要堅(jiān)硬；沉降觀測(cè)一般時(shí)間較長(zhǎng)，因此植筋膠耐久性要好；觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)做防腐處理，最好鍍鋅；觀測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)容易測(cè)量，并不容易損壞。

3 測(cè)量中保證精確度和準(zhǔn)確度的措施

3.1 后視基準(zhǔn)點(diǎn)

后視基準(zhǔn)點(diǎn)是沉降測(cè)量的基礎(chǔ)，因此基準(zhǔn)點(diǎn)的建立及位置選擇極其重要。要保證基準(zhǔn)點(diǎn)的可靠性，應(yīng)遵守以下要求：

1）基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石的設(shè)置，應(yīng)符合GB50026—2007《工程測(cè)量規(guī)范》附錄D的要求；

2）基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在變形影響范圍以外，靠近觀測(cè)目標(biāo)，便于長(zhǎng)期保存和聯(lián)測(cè)的穩(wěn)定位置；

3）避開(kāi)交通干道、地下管線、施工材料堆場(chǎng)、施工材料運(yùn)輸線路及施工機(jī)械等，距離水坑、河岸、深基坑應(yīng)至少50m以上；

4）在每次觀測(cè)前均應(yīng)檢核基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)高程變異超過(guò)允許精度立即采取處理措施；

5）基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘的情況，考慮基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性和觀測(cè)精度要求布設(shè)的。布置沉降觀測(cè)點(diǎn)需在建筑物附近較隱蔽且土層較穩(wěn)定的地方設(shè)置不少于3個(gè)永久性的基準(zhǔn)點(diǎn)；

6）初始觀測(cè)應(yīng)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)且測(cè)量次數(shù)不少于3次，取讀數(shù)穩(wěn)定的2組的平均值作為初始值。

3.2 觀測(cè)頻率

為保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，應(yīng)保證一定的觀測(cè)頻率。對(duì)竣工1a以上的橋梁，觀測(cè)頻率1a/次即可，但是對(duì)于有盾構(gòu)、深基坑等施工影響的橋梁，應(yīng)根據(jù)施工的速度，確定施工時(shí)的觀測(cè)頻率及施工完畢后的觀測(cè)頻率，相鄰兩次觀測(cè)，應(yīng)保證沉降、變形速度不超過(guò)1mm。

3.3 環(huán)境誤差

為減小誤差，應(yīng)固定觀測(cè)環(huán)境 (時(shí)間、日照方向等)。水準(zhǔn)觀測(cè)應(yīng)在標(biāo)尺分劃線成像清晰而穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行。在設(shè)計(jì)路線時(shí),使環(huán)中最弱點(diǎn)與水準(zhǔn)基點(diǎn)間的測(cè)站數(shù)盡量小。在以下情況，不應(yīng)進(jìn)行觀測(cè)：

1）標(biāo)尺分劃線的影像跳動(dòng)而難于照準(zhǔn)時(shí)；

2）雨雪天氣及氣溫突變時(shí)；

3）風(fēng)力過(guò)大而使標(biāo)尺與儀器不能穩(wěn)定時(shí)。

3.4 人為誤差

首先應(yīng)保證測(cè)量使用的儀器經(jīng)過(guò)鑒定并且合格。觀測(cè)程序及觀測(cè)方法也會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，測(cè)量過(guò)程中應(yīng)遵循以下原則。

1）為盡可能消除系統(tǒng)誤差的影響，宜采用“四固定”的觀測(cè)方法，即固定儀器設(shè)備，固定觀測(cè)人員，固定觀測(cè)路線和方法。

2）在操作中，最好將3根架腿調(diào)整至等長(zhǎng)，腳螺旋旋至最低并用腳踩實(shí)（尤其是軟土位置）。整平時(shí)不要再伸縮架腿，只調(diào)整它們之間的角度，將圓水準(zhǔn)氣泡完全居中。測(cè)試氣泡居中與在圓邊上時(shí)的測(cè)量結(jié)果，距離11.993m，誤差在0.5mm左右。

3）銦鋼尺上下兩氣泡都要居中。尺的氣泡居中與在圓邊上，距離11.993m，誤差在0.4mm左右。作業(yè)中水準(zhǔn)尺不垂直，需使水準(zhǔn)尺上圓氣泡盡可能居中且采用尺撐，避免采用手扶尺的做法。

4）轉(zhuǎn)點(diǎn)位置必須使用尺墊。所謂轉(zhuǎn)點(diǎn)就是臨時(shí)點(diǎn)，用于傳遞高程的點(diǎn)，其上應(yīng)放置尺墊。放置尺墊后應(yīng)踩實(shí)，防止在轉(zhuǎn)動(dòng)尺的過(guò)程中，尺墊滑動(dòng)或下沉。尺墊的作用：測(cè)量時(shí)用于支承標(biāo)尺。水準(zhǔn)點(diǎn)上不能使用尺墊。

5）保證視距接近相等。數(shù)字水準(zhǔn)儀具有將測(cè)定的i角存入機(jī)內(nèi)，并對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)按該i角進(jìn)行自動(dòng)修正的功能，但儀器i角受外界溫度、濕度、振動(dòng)的影響而瞬時(shí)變化仍然存在。在觀測(cè)中保持前后視距相等，是保證測(cè)量精度的非常有力的措施。在進(jìn)行第一次測(cè)量時(shí)用皮尺丈量并在放置儀器位置噴上油漆以做標(biāo)記用。這樣就能保證每次測(cè)量路線最大限度地保持一致。

6）光線影響。以下幾種情況不容易讀取數(shù)據(jù)：光線太暗；尺面的背景光線太強(qiáng)；尺面的反射太強(qiáng)?？梢詫⑺疁?zhǔn)尺旋轉(zhuǎn)一定角度，使之朝向光線強(qiáng)的方向或用高亮度的手電照亮尺面。儀器向陽(yáng)觀測(cè)時(shí)難以讀取數(shù)據(jù)，可用障礙物遮擋一下即可測(cè)量。

7）橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)。在橋上測(cè)量，有時(shí)車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，橋面顫動(dòng)厲害，無(wú)法讀取數(shù)據(jù)，應(yīng)選在車(chē)輛較少的清晨或傍晚進(jìn)行測(cè)量。

4 測(cè)量的數(shù)據(jù)處理措施

采用測(cè)繪平差軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。輸入已知高程前，應(yīng)先確認(rèn)所使用的基準(zhǔn)點(diǎn)變化在限差之內(nèi)。除檢查觀測(cè)環(huán)閉合差、觀測(cè)中誤差外，還應(yīng)注意最弱點(diǎn)高程誤差≯0.5mm。實(shí)踐證明，在觀測(cè)時(shí)采取相應(yīng)措施，得出的閉合差一般會(huì)遠(yuǎn)＜Δ(n為測(cè)站數(shù))，最大的高程誤差也會(huì)＜0.5mm。這樣提高了觀測(cè)點(diǎn)位的高程精度，更加準(zhǔn)確地反映出橋梁的變形，確保橋梁安全地為社會(huì)服務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)

在具體應(yīng)用時(shí),應(yīng)根據(jù)橋梁工程的不同特點(diǎn)、觀測(cè)距離的遠(yuǎn)近等，采用合適的方法及措施,保證外業(yè)觀測(cè)達(dá)到理想的精度。由于國(guó)家近年來(lái)加大對(duì)安全的重視程度越來(lái)越高，各地因橋梁基礎(chǔ)或橋面變形引起的橋梁事故時(shí)有發(fā)生，因此橋梁沉降觀測(cè)很有必要，應(yīng)引起橋梁管理人員的重視。

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