在役橋梁永久性觀測(cè)點(diǎn)測(cè)設(shè)方法探討

石菊創(chuàng)，盧陽陽

（1.廣西金盟工程有限公司，廣西 南寧 530001；2.廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧530029）

0 引言

大橋和特大橋是公路的咽喉，起到跨越河流、溝壑、山谷，連通路線的作用。營(yíng)運(yùn)橋梁在車輛荷載、溫度荷載、混凝土收縮和 變、預(yù)應(yīng)力損失、基礎(chǔ)沖刷、地基沉陷等因素影響下，可能會(huì)出現(xiàn)橋面下?lián)稀⑴まD(zhuǎn)、開裂、下沉、移位等病害，使得車輛無法正常行駛而誘發(fā)交通事故，甚至?xí)M(jìn)一步導(dǎo)致橋墩傾覆、梁體斷裂、橋面坍塌等嚴(yán)重安全事故［1］。因此，管養(yǎng)單位需要掌握橋梁在運(yùn)營(yíng)過程中的變形、位移狀況，建立安全預(yù)警體系。

橋梁永久性觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)及觀測(cè)技術(shù)是一種科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的變形監(jiān)測(cè)方法?，F(xiàn)行《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》規(guī)定：“新建橋梁交付使用前，公路管理機(jī)構(gòu)應(yīng)事先要求橋梁建設(shè)單位在竣工時(shí)設(shè)置便于檢測(cè)的永久性觀測(cè)點(diǎn)。大橋、特大橋必須設(shè)置永久性觀測(cè)點(diǎn)，定期進(jìn)行控制檢測(cè)?！笨v觀國(guó)內(nèi)橋梁養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀，由于橋梁永久性觀測(cè)點(diǎn)測(cè)設(shè)技術(shù)并未得到足夠重視和推廣，管養(yǎng)單位極少對(duì)大橋和特大橋布設(shè)永久性觀測(cè)點(diǎn)，導(dǎo)致絕大部分的大橋都處于一種高效運(yùn)營(yíng)卻缺乏安全預(yù)警的工作狀態(tài)。本文結(jié)合廣西拉會(huì)高架大橋永久性觀測(cè)點(diǎn)測(cè)設(shè)工程實(shí)例，探討如何對(duì)在役橋梁布設(shè)永久性觀測(cè)點(diǎn)及其測(cè)量方法。

1 工程概況

拉會(huì)高架大橋是廣西六寨至河池、宜州至河池高速公路全線最長(zhǎng)、最高、最彎的大橋，左幅1 9跨，長(zhǎng)8 3 6m，右幅2 5跨，長(zhǎng)1 0 2 1m。主橋?yàn)檫B續(xù)鋼構(gòu)橋，采用現(xiàn)澆混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)鋼構(gòu)，引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù)。主橋最大跨徑1 1 0m，主墩高度在9 0～1 1 0.5m，均為空心薄壁墩，橋面至地面最大高度約為1 3 8m。

2 變形監(jiān)測(cè)方法

在日益繁重的交通量和重載車條件下，如何掌握拉會(huì)高架大橋在運(yùn)營(yíng)過程中的變形、位移狀況及其變化速率、趨勢(shì)并進(jìn)行安全預(yù)警是管養(yǎng)單位最關(guān)心的問題。利用橋梁永久性觀測(cè)點(diǎn)測(cè)設(shè)方法，通過布設(shè)垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)、水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)和橋面、墩臺(tái)永久性觀測(cè)點(diǎn)，使用高精度全站儀和水準(zhǔn)儀定期觀測(cè)，能夠快速地掌握橋梁在運(yùn)營(yíng)過程中的變形狀況，指導(dǎo)管養(yǎng)單位進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)、維修和加固工作，保證橋梁處于安全使用狀態(tài)。

3 布設(shè)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)、永久性觀測(cè)點(diǎn)

3.1 布設(shè)垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)

垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)最少布設(shè)2個(gè)，分布于橋梁兩岸、上下行線變形區(qū)以外穩(wěn)定的土層內(nèi)。選取基準(zhǔn)點(diǎn)位置應(yīng)避開回填虛渣、河流沖刷區(qū)、滑坡變形區(qū)等不穩(wěn)定地質(zhì)地段，此外還需考慮人為破壞、車輛沖撞等因素的影響，盡量把基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在較偏僻、路人不容易破壞的地方?；鶞?zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石規(guī)格按二等水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)，基礎(chǔ)應(yīng)開挖至原狀巖土，確?；鶞?zhǔn)點(diǎn)在橋梁設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)不下沉、不移位。拉會(huì)高架大橋共布設(shè)3個(gè)垂直位移基準(zhǔn)點(diǎn)，第一個(gè)點(diǎn)布設(shè)在上行線距0＃橋臺(tái)1 5.0m路基邊緣，第二個(gè)點(diǎn)布設(shè)在上行線距0＃橋臺(tái)1 0.0m路基邊緣，第三個(gè)點(diǎn)布設(shè)在下行線距1 9＃橋臺(tái)1 0.0m路基外側(cè)，形成獨(dú)立的高程網(wǎng)，現(xiàn)場(chǎng)用紅油漆標(biāo)識(shí)，編號(hào)分別是B M 1、B M 2和B M 3。高程基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)位置見圖1。

圖1 高程基準(zhǔn)點(diǎn)和平面基準(zhǔn)點(diǎn)位置圖

3.2 布設(shè)橋面永久性觀測(cè)點(diǎn)

橋面觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在行車道兩邊，距防撞墻2 0c m處，按每孔跨中、L／4、3 L／4和支點(diǎn)五個(gè)截面布設(shè)1 0個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，將球冠型不繡鋼釘打穿瀝青層，錨固于主梁結(jié)構(gòu)，觀測(cè)釘埋設(shè)方法見圖2。拉會(huì)高架大橋橋面共布設(shè)四條觀測(cè)線路：下行線外側(cè)（A線）、下行線內(nèi)側(cè)（B線）、上行線內(nèi)側(cè)（C線）和上行線外側(cè)（D線），見圖2。觀測(cè)點(diǎn)采用φ8×1 2 0m m不銹鋼釘，首先使用沖擊鉆在指定位置鉆孔，清孔后注射植筋膠，然后埋設(shè)鋼釘，并在防撞墻對(duì)應(yīng)位置用紅油漆編號(hào)。橋面觀測(cè)點(diǎn)分布見圖3。

圖2 橋面觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置示意圖

圖3 橋面觀測(cè)點(diǎn)布置平面示意圖

3.3 布設(shè)水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)

水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)最少布設(shè)3個(gè)，分布于橋梁兩岸、上下行線變形區(qū)以外穩(wěn)定的土層內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)選取基準(zhǔn)點(diǎn)的位置應(yīng)滿足各點(diǎn)之間相互通視，形成三角形網(wǎng)或?qū)Ь€網(wǎng)，且盡量方便觀測(cè)。不同類型監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的精度有差異，一般三角形網(wǎng)的精度要高于導(dǎo)線網(wǎng)的精度，網(wǎng)單元的形狀越接近等邊三角形，精度越高。對(duì)于大橋、特大橋應(yīng)布設(shè)三角形網(wǎng)，網(wǎng)單元的形狀應(yīng)接近等邊三角形。由于拉會(huì)高架大橋長(zhǎng)度較長(zhǎng)、彎度較大，現(xiàn)場(chǎng)共布設(shè)5個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，形成三角形網(wǎng)，第一個(gè)點(diǎn)位于上行線9?？鐦虻?，第二個(gè)點(diǎn)位于上行線1 7?？缬覀?cè)4.8m，第三個(gè)點(diǎn)位于下行線1 9?？缱髠?cè)1 0.7m，第四個(gè)點(diǎn)位于下行線1 4＃跨橋底，第五個(gè)點(diǎn)位于下行線1?？缱髠?cè)8.6m，依次編號(hào)為S M－A、S M－B、S M－C、S M－D和S M－E，各點(diǎn)的位置見圖1?；鶞?zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)位采用有強(qiáng)制歸心裝置的觀測(cè)墩，基礎(chǔ)埋深最小1.5m，主體高出地面1.2m，頂部預(yù)埋不銹鋼對(duì)中盤，通過銅質(zhì)螺桿與全站儀連接。觀測(cè)墩規(guī)格見圖4。

圖4 觀測(cè)墩標(biāo)石示意圖（單位：m m）

3.4 布設(shè)墩臺(tái)永久性觀測(cè)點(diǎn)

墩臺(tái)觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在墩臺(tái)身頂部附近，通過膨脹釘和植筋膠把粘貼反射片的V型板錨固在預(yù)定位置。為了保證觀測(cè)點(diǎn)的安全，以及便于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，引橋部分的柱式橋墩的第一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在蓋梁底部向下1.0m處，主橋薄壁墩的第一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)分界面，兩側(cè)橋臺(tái)的第一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在側(cè)墻頂部向下0.1m處。全橋墩臺(tái)的第二個(gè)觀測(cè)點(diǎn)均布設(shè)在第一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)向下1.0m處，且在同一條垂線上?，F(xiàn)場(chǎng)先通過度量、吊垂線定出位置，然后沖擊鉆打孔，注射植筋膠，再使用膨脹釘把粘貼了反射片的V形板錨固在墩上。觀測(cè)點(diǎn)布置位置見圖5。

圖5 墩臺(tái)觀測(cè)點(diǎn)布置示意圖

4 變形觀測(cè)

4.1 橋面線形觀測(cè)

對(duì)在役橋梁進(jìn)行橋面線形測(cè)量，考慮到線路交通繁忙，完全封閉交通難度大，一般只封閉半幅交通。測(cè)量前設(shè)計(jì)好測(cè)量路線，為了確保安全，在較短時(shí)間內(nèi)完成觀測(cè)，一幅橋面的觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)在一次閉合水準(zhǔn)測(cè)量中完成。拉會(huì)高架大橋橋面線形觀測(cè)采用如下步驟：

（1）封閉上行線超車道，從高程基準(zhǔn)點(diǎn)B M 1開始，使用精密水準(zhǔn)儀按照“線路測(cè)量”模式依次測(cè)量上行線內(nèi)側(cè)觀測(cè)點(diǎn)，并假定基準(zhǔn)點(diǎn)B M 1的設(shè)計(jì)高程是1 0 0.0 0 0 0m；

（2）解除封閉內(nèi)道，改為封閉外道，緊接著測(cè)量上行線外側(cè)觀測(cè)點(diǎn)，最終閉合到基準(zhǔn)點(diǎn)B M 1；

（3）使用相同的方法完成下行線內(nèi)側(cè)和外側(cè)線形測(cè)量。

橋面線形測(cè)量注意事項(xiàng)：水準(zhǔn)儀的精度必須滿足二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求；測(cè)量橋面的每一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)時(shí)都應(yīng)確保橋梁處于自然狀態(tài)，橋面無車輛行駛；每站高差中誤差、環(huán)線閉合差必須滿足規(guī)范的要求。

4.2 墩臺(tái)水平位移觀測(cè)

水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的平面坐標(biāo)采用假定獨(dú)立的坐標(biāo)系，本橋假定下行線第一個(gè)橋墩的第一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，與下行線最后一個(gè)橋墩的第一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)連線方向?yàn)閄軸方向。墩臺(tái)觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量步驟：

（1）使用“1”級(jí)全站儀測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離、高差和角度；

（2）使用精密水準(zhǔn)儀把橋面垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)的標(biāo)高引到水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)；

（3）經(jīng)嚴(yán)密平差后計(jì)算出各個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)在獨(dú)立坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；

（4）在基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)上通過坐標(biāo)定向、后方交會(huì)測(cè)量墩臺(tái)觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。

橋面線形和墩臺(tái)水平位移應(yīng)定期觀測(cè)，最長(zhǎng)周期≤3年，對(duì)于重要的橋梁應(yīng)該加大觀測(cè)頻率。后期的數(shù)據(jù)處理中，首次觀測(cè)數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，通過各期觀測(cè)數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)的比較，直接得出橋梁在運(yùn)營(yíng)過程中的變形、位移數(shù)值。為了保證觀測(cè)精度，真實(shí)地反映橋梁在運(yùn)營(yíng)中的細(xì)微變形、位移，各期觀測(cè)應(yīng)滿足：在較短的時(shí)間內(nèi)完成；采用相同的觀測(cè)路線和觀測(cè)方法；使用同一儀器和設(shè)備；觀測(cè)人員相對(duì)固定；記錄相關(guān)的環(huán)境因素，如荷載、溫度、降水、水位等；采用統(tǒng)一基準(zhǔn)處理數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

對(duì)在役橋梁布設(shè)永久性觀測(cè)點(diǎn)，定期觀測(cè)橋面線形和墩臺(tái)水平位移，系統(tǒng)地掌握橋梁在運(yùn)營(yíng)過程中的變形和位移，有助于判斷橋梁的安全狀況，指導(dǎo)橋梁養(yǎng)護(hù)、維修和加固工作，是一種科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的變形監(jiān)測(cè)方法。本文描述和分析了橋梁永久性觀測(cè)點(diǎn)測(cè)設(shè)方法在拉會(huì)高架大橋變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，為運(yùn)營(yíng)期橋梁永久性觀測(cè)點(diǎn)測(cè)設(shè)工作提供借鑒。相信隨著我國(guó)交通事業(yè)的不斷發(fā)展，這種觀測(cè)方法會(huì)得到進(jìn)一步重視和推廣。

［1］吳進(jìn)星，侯海元.橋梁永久性觀測(cè)點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)及觀測(cè)方法探討［J］.西部交通科技，2013，75（10）：61-65.

［2］GB50026－2007，工程測(cè)量規(guī)范［S］.

［3］JTGH11－2004，公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范［S］.