橋梁沉降觀測(cè)方法及存在問題分析

張 薇

橋梁沉降觀測(cè)方法及存在問題分析

張 薇

（黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080）

介紹了沉降觀測(cè)對(duì)保證建筑物的正常使用壽命和建筑物的安全性做出了監(jiān)測(cè)，并為以后的勘察設(shè)計(jì)施工提供可靠的資料及相應(yīng)的沉降參數(shù)，隨著社會(huì)的發(fā)展建筑物沉降觀測(cè)的必要性和重要性愈加明顯。及時(shí)的反饋沉降數(shù)據(jù)可以避免對(duì)建筑物因沉降造成的結(jié)構(gòu)破壞及巨大的經(jīng)濟(jì)損失，但是隨著科技的飛速猛進(jìn)，監(jiān)測(cè)沉降的手段五花八門，而且每個(gè)環(huán)節(jié)又存在人為、儀器等的誤差，對(duì)沉降數(shù)據(jù)的分析、確定帶來了一定的困難。

橋梁；沉降觀測(cè)；監(jiān)測(cè)技術(shù)；問題；解決方案

0 引 言

隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，人類對(duì)建筑安全的要求越來越高，建筑安全已經(jīng)成為衡量一個(gè)建筑質(zhì)量的標(biāo)尺，橋梁因其具有全封閉、全立交、占地面積小、使用時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，為滿足快速、安全、經(jīng)濟(jì)、舒適等社會(huì)發(fā)展需要，而得到迅速發(fā)展，在山區(qū)修建橋梁也很普遍，但是因地域、氣候不同，沉降也不一，所以對(duì)沉降的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要，對(duì)沉降監(jiān)測(cè)不僅可以指導(dǎo)施工，而且有利于結(jié)構(gòu)物在使用過程中的安全，防患于未然，在監(jiān)測(cè)過程中也遇到許許多多的問題，如沉降路線的選擇、數(shù)據(jù)處理的合理性、基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性等一系列問題隨之而來。

1 沉降觀測(cè)

結(jié)構(gòu)物沉降可根據(jù)需要，可分別測(cè)定結(jié)構(gòu)物的場(chǎng)地下沉、基坑回彈、地基土分層沉降以及基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)沉降對(duì)于深基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沉降觀測(cè)應(yīng)從基礎(chǔ)進(jìn)行。

1.1 基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置

沉降觀測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)在一般情況下，可以利用設(shè)計(jì)提供的水準(zhǔn)點(diǎn)作為沉降觀測(cè)水準(zhǔn)基點(diǎn)。如水準(zhǔn)點(diǎn)與觀測(cè)的距離過大，為了確保觀測(cè)的精度，應(yīng)在結(jié)構(gòu)物附近，另行埋設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)物沉降觀測(cè)的每一區(qū)域，必須有足夠數(shù)量的水準(zhǔn)點(diǎn)，按《工程測(cè)量規(guī)范》（GB50026—93）規(guī)定并不得少于3個(gè)。特殊情況下建立獨(dú)立網(wǎng)點(diǎn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)≥3個(gè)點(diǎn)，使用獨(dú)立監(jiān)測(cè)網(wǎng)時(shí)，必須確定與交接工程部位其他高程系統(tǒng)的換算。水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)考慮永久使用，埋設(shè)堅(jiān)固，應(yīng)將其設(shè)在沉降區(qū)域以外的穩(wěn)定區(qū)域，切記不要將水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在農(nóng)田里、樹林中、等一些難尋找或者不穩(wěn)定的區(qū)域，而且與被觀測(cè)的結(jié)構(gòu)物間距不宜太近，水準(zhǔn)點(diǎn)帽頭宜用鋼筋制成，但應(yīng)注意防銹。水準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)須在基坑開挖前完成，水準(zhǔn)基點(diǎn)可按實(shí)際要求，采用深埋式和淺埋式兩種，但每一觀測(cè)區(qū)域內(nèi)，至少應(yīng)設(shè)置一個(gè)深埋式水準(zhǔn)點(diǎn)。

1.2 沉降觀測(cè)點(diǎn)的要求

1.2.1 沉降觀測(cè)點(diǎn)的要求

測(cè)定結(jié)構(gòu)物下沉的觀測(cè)點(diǎn)，可根據(jù)結(jié)構(gòu)物的特點(diǎn)采用各種不同的類型。觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志上部應(yīng)為突出的半球形或有明顯的突出之處，觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志本身應(yīng)牢固。沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)及時(shí)埋設(shè)，沉降觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志應(yīng)安設(shè)穩(wěn)定牢固，與柱身或墻保持一定距離，以保證能在標(biāo)志上部垂直置尺，而且應(yīng)有良好的通視條件。

1.2.2 精度要求

沉降觀測(cè)宜采用精密水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)尺進(jìn)行，也可采用精密的工程水準(zhǔn)儀和刻度精確的水準(zhǔn)尺進(jìn)行。觀察時(shí)應(yīng)使用固定的測(cè)量工具，固定的人員。每次觀察均需采用環(huán)形閉合方法或往返閉合方法當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行檢查。同一觀察點(diǎn)的兩次觀測(cè)差≤1mm，水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)采用閉合法進(jìn)行采用二等水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)符合的要求。（n為水準(zhǔn)測(cè)量過程中水準(zhǔn)儀安設(shè)的次數(shù)）

1.2.3 沉降觀測(cè)點(diǎn)的具體分布

承臺(tái)觀測(cè)為臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)，當(dāng)墩身觀測(cè)點(diǎn)正常使用后，承臺(tái)觀測(cè)點(diǎn)隨基坑回填將不再進(jìn)行適使用，承臺(tái)觀測(cè)點(diǎn)有倆個(gè)，其一設(shè)在底層承臺(tái)左側(cè)小里程角上，其二設(shè)在底層承臺(tái)右側(cè)的大里程角上。當(dāng)墩全高＞14 m時(shí)需要設(shè)置倆個(gè)墩身觀測(cè)點(diǎn)，當(dāng)墩全高＜14 m時(shí)需要設(shè)置一個(gè)墩身觀測(cè)點(diǎn)，墩身觀測(cè)點(diǎn)一般設(shè)置在墩底部，若墩身較矮，梁底距離地面凈空較低，不便于立尺時(shí)，墩身觀測(cè)點(diǎn)可設(shè)在對(duì)應(yīng)墩身埋點(diǎn)的頂帽上。簡(jiǎn)支梁一般設(shè)置6個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分別位于兩側(cè)支點(diǎn)及跨中，連續(xù)梁的觀測(cè)點(diǎn)，根據(jù)不同跨度，還應(yīng)在支點(diǎn)和跨中截面之間每隔20 m左右加密設(shè)置。

1.3 沉降觀測(cè)的方法

1.3.1 建立固定的觀測(cè)路線

根據(jù)沉降觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)置，確定觀測(cè)點(diǎn)的位置，在固定水準(zhǔn)點(diǎn)與沉降點(diǎn)形成固定的觀測(cè)路線，并在架設(shè)儀器站點(diǎn)和轉(zhuǎn)點(diǎn)處做好標(biāo)記，保證每次觀測(cè)路線的一致，這樣能比較真實(shí)的反映沉降量，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤，即使出現(xiàn)錯(cuò)誤也能直觀的反映出來［1］。

1.3.2 測(cè)量

1.3.2.1 水準(zhǔn)點(diǎn)的引測(cè)

沉降觀測(cè)應(yīng)從最近的水準(zhǔn)基點(diǎn)引測(cè)，引測(cè)前應(yīng)對(duì)基點(diǎn)進(jìn)行閉合，當(dāng)閉合后高差值應(yīng)滿足二等水準(zhǔn)測(cè)量要求，這樣就可確定引用基點(diǎn)處于穩(wěn)定狀態(tài)，否則應(yīng)立即查明原因，消除測(cè)量上的錯(cuò)誤，避免造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。

1.3.2.2 儀器設(shè)備要求

應(yīng)使用測(cè)量精度≥±1 mm的自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，直接讀數(shù)精度為0.1 mm，估讀精度為0.01 mm，水準(zhǔn)尺應(yīng)采取和其配套的條形編碼尺。

1.3.2.3 觀測(cè)測(cè)量操作要求、周期

觀測(cè)人員要經(jīng)過一定讀培訓(xùn)才能上崗，為了把觀測(cè)過程中的系統(tǒng)誤差降到最低，達(dá)到提高精度的要求，每次觀測(cè)應(yīng)盡量使用同一臺(tái)儀器，前后視最好使用同一把水準(zhǔn)尺，應(yīng)按一定的路線和方法進(jìn)行，觀測(cè)路線必須形成附合或者閉合水準(zhǔn)路線，使用固定的基點(diǎn)對(duì)沉降點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，避免陽(yáng)光直射，避免在霧氣、水汽大的情況下進(jìn)行量測(cè)，等讀數(shù)穩(wěn)定后進(jìn)行讀數(shù)，觀測(cè)時(shí)應(yīng)一次性進(jìn)行完，避免中途中斷。

沉降觀測(cè)的周期應(yīng)能反映出建筑物的沉降變形規(guī)律，建（構(gòu)）筑物的沉降觀測(cè)對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格的限制條件，特別是首次觀測(cè)必須按時(shí)進(jìn)行，否則沉降觀測(cè)得不到原始數(shù)據(jù)，從而使整個(gè)觀測(cè)得不到完整的觀測(cè)結(jié)果。其他各階段的復(fù)測(cè)，根據(jù)工程進(jìn)展情況必須定時(shí)進(jìn)行，不得漏測(cè)或補(bǔ)測(cè)，只有這樣，才能得到準(zhǔn)確的沉降情況或規(guī)律。

提高對(duì)橋梁墩臺(tái)的沉降觀測(cè)，可以監(jiān)測(cè)主體結(jié)構(gòu)的沉降、變位，不但為橋梁受力狀況提供了依據(jù)，而且能便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，采取措施，保證工程的安全的運(yùn)行，沉降主要是通過布設(shè)控制網(wǎng)，安相關(guān)精度要求，根據(jù)施工過程中受力的情況，定期定點(diǎn)對(duì)墩臺(tái)基礎(chǔ)在施工過程中的沉降、變位情況，保證過程質(zhì)量和安全，橋梁主要的觀測(cè)期是在橋梁基礎(chǔ)澆筑混凝土終凝后，即開始初始觀測(cè)，因此，不同橋梁的觀測(cè)點(diǎn)的初始觀測(cè)日期是不同的，對(duì)于上部結(jié)構(gòu)施工期間，墩臺(tái)觀測(cè)時(shí)間要結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的澆筑時(shí)間，受荷載前每一個(gè)星期觀測(cè)一次，上部結(jié)構(gòu)施工期間每天觀測(cè)一次，上部結(jié)構(gòu)施工完成墩臺(tái)承受荷載時(shí)要每星期測(cè)一次，之后沒月次一次，橋梁基礎(chǔ)遇到特殊情況（架梁，拖動(dòng)預(yù)支梁）要每12h進(jìn)行一次觀測(cè)，及時(shí)提供數(shù)據(jù)，保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全。

2 沉降觀測(cè)中常遇到的問題及分析

新建結(jié)構(gòu)物施工剪短必須開展沉降監(jiān)測(cè)以監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物的安全狀況，隨著監(jiān)測(cè)沉降監(jiān)測(cè)任務(wù)的增加，沉降監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)均要求有較高的技術(shù)含量，因此，又面臨到許多的技術(shù)問題，而這些問題嚴(yán)重影響沉降值得確定，對(duì)工程的安全存在著一定的隱患。

2.1 面臨的問題

2.1.1 數(shù)據(jù)采集問題

沉降觀測(cè)一般采用一、二等水準(zhǔn)測(cè)量方法，觀測(cè)數(shù)據(jù)、復(fù)核項(xiàng)目比較多，而且施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，遮蔽物多，現(xiàn)實(shí)施工過程中可用于沉降觀測(cè)的點(diǎn)比較少，用時(shí)候應(yīng)遮蔽物遮擋上絲或下絲，不能精確讀數(shù)，也有可能水準(zhǔn)尺不能豎直進(jìn)行讀數(shù)。

2.1.2 基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定問題

在沉降觀測(cè)中，基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定與否關(guān)系到測(cè)量數(shù)據(jù)的正確性，不能確定基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性所監(jiān)測(cè)出來的數(shù)據(jù)是不可靠的，甚至?xí)o結(jié)構(gòu)物安全埋下隱患，一般確定基準(zhǔn)點(diǎn)師傅穩(wěn)定，都是進(jìn)行水準(zhǔn)點(diǎn)的閉合，但是在閉合過程中又會(huì)出現(xiàn)上訴的問題，這又是困擾我們的一個(gè)難題。

2.1.3 數(shù)據(jù)處理問題

沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)要經(jīng)過嚴(yán)格的平差計(jì)算，來衡量本次觀測(cè)成果是否滿足設(shè)計(jì)要求，推算沉降量，以及用以進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)的直接數(shù)據(jù)依據(jù)，評(píng)差方法在不同情況下要用不同的方法，因評(píng)差數(shù)據(jù)龐大，當(dāng)不具備利用現(xiàn)代軟件的時(shí)候，只能進(jìn)行簡(jiǎn)易的評(píng)差或根本不進(jìn)行評(píng)差，就得出沒有嚴(yán)格誤差的高程，同事也得不到衡量高程精度的指標(biāo)，，以這樣的“成果”計(jì)算沉降量，使沉降量的真實(shí)性降低。

2.1.4 水準(zhǔn)儀i角的誤差

水準(zhǔn)儀經(jīng)過長(zhǎng)期的運(yùn)輸，長(zhǎng)期作業(yè)和長(zhǎng)期工作環(huán)境的變化，均可使水準(zhǔn)儀的i角發(fā)生變化，水準(zhǔn)儀產(chǎn)生i角變化是儀器本身結(jié)構(gòu)與外業(yè)工作條件變化而致，儀器中的十字絲是固定在上下的v型槽中的，下面的v型槽由彈簧支撐著，上面是壓緊螺絲，由于內(nèi)部與外界環(huán)境的變化，溫度、濕度、震動(dòng)，是i角產(chǎn)生微笑的誤差，或者由于內(nèi)應(yīng)力的變化是i角在不同程度上產(chǎn)生變化，導(dǎo)致測(cè)量的沉降量數(shù)據(jù)沒有真實(shí)的反映出沉降的問題。

2.1.5 沉降量成果管理問題

沉降量成果：①是要及時(shí)提供給施工方；②是要提供給監(jiān)理部門、質(zhì)檢部門，由于沉降觀測(cè)的多周期性，數(shù)據(jù)資料的多動(dòng)態(tài)性，就要要求沉降量成果的規(guī)范化，但是現(xiàn)階段在結(jié)構(gòu)物沉降觀測(cè)中，觀測(cè)方提供的資料較為粗劣，格式不統(tǒng)一，甚至偽造成果，不但起不到監(jiān)管作用，同時(shí)埋下了禍患。

2.2 問題解決方案

2.2.1 數(shù)據(jù)采集問題的解決

在滿足建筑物安全監(jiān)測(cè)精度要求，確保能夠正確反映建筑物沉降的前提下，結(jié)合作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，靈活應(yīng)用相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定。從業(yè)人員經(jīng)過嚴(yán)格的技術(shù)作業(yè)培訓(xùn)，做到每一位作業(yè)人員均熟悉作業(yè)流程，相互配合。編制或購(gòu)置適合沉降觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的軟件，實(shí)施電子記錄。

2.2.2 基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性問題的解決

每隔一定時(shí)期，對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行精密的水準(zhǔn)觀測(cè)，利用專門的穩(wěn)定性分析軟件，在一定的檢查水平下，對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，刪除不穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)。

對(duì)一個(gè)項(xiàng)目（群），沉降觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)一般≥4個(gè)。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理問題的解決

基準(zhǔn)點(diǎn)經(jīng)過穩(wěn)定性分析后，利用相對(duì)穩(wěn)定的基準(zhǔn)對(duì)全網(wǎng)作經(jīng)典平差，或擬穩(wěn)跌虧平差。當(dāng)單位權(quán)中誤差M0超限，或高程中誤差超限，應(yīng)分析外業(yè)觀測(cè)資料，刪除粗差，再度平差計(jì)算。若觀測(cè)成果不滿足精度要求應(yīng)及時(shí)不測(cè)或重測(cè)。實(shí)現(xiàn)這一過程建議利用適合的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)處理的多功能平差處理軟件［1］。

2.2.4 角誤差的解決

根據(jù)我國(guó)規(guī)范要求，用于一、二等水準(zhǔn)測(cè)量水準(zhǔn)儀的i角≤15″，在觀測(cè)過程中，應(yīng)經(jīng)常性。自覺地、定期的進(jìn)行水準(zhǔn)儀的校驗(yàn)，檢查調(diào)節(jié)水準(zhǔn)儀的i角，同時(shí)為了消除i角，確保精度的要求，在觀測(cè)中儀器到前后視的距離大致相同。

2.2.5 沉降觀測(cè)成果管理問題的解決

對(duì)此問題的解決方案是，建立沉降觀測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)沉降觀測(cè)外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)、觀測(cè)點(diǎn)高程等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，通過為此而專門開發(fā)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、預(yù)測(cè)、報(bào)表、繪圖以表達(dá)沉降量成果的自動(dòng)化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。

3 結(jié) 論

結(jié)構(gòu)物沉降量的大小與結(jié)構(gòu)物所在的地域、地基條件，基礎(chǔ)形式等有直接的關(guān)系，比如，在同一地基條件下，樁基礎(chǔ)的沉降量要小于廂基礎(chǔ)，當(dāng)結(jié)構(gòu)物的沉降量大于測(cè)量誤差是，測(cè)量成果反映出來的沉降值是明顯的，當(dāng)沉降量很小時(shí)，會(huì)存在于測(cè)量誤差中，這時(shí)反映出結(jié)構(gòu)物有下沉點(diǎn)，也有上升點(diǎn)，這樣就產(chǎn)生沉降量界定問題，大多數(shù)把上升量調(diào)為“0”下降量看作沒有沉降，但是這些都是沒有依據(jù)的。這樣不但沒有吧成績(jī)觀測(cè)的重點(diǎn)表現(xiàn)出來，而且給結(jié)構(gòu)物的安全埋下了隱患，沉降觀測(cè)是一項(xiàng)重要監(jiān)督技術(shù)措施，也是一項(xiàng)觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，精度要求高的測(cè)繪工作，在工作的同時(shí)，會(huì)有新的問題出現(xiàn)，邊干活邊積累經(jīng)驗(yàn)邊解決問題，才能把觀測(cè)數(shù)據(jù)真正的應(yīng)用到實(shí)踐中，才能更好地指導(dǎo)工作。

［1］楊光華.地基沉降計(jì)算的新方法［J］.巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008（04）：679-686.

U446

B

1007-7596（2015）07-0057-03

2015-06-28

張薇（1982-），女，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，工程師。