簡支箱梁大橋布設(shè)永久性觀測點(diǎn)的應(yīng)用性研究

王 剛鄒積坤

(1.白城市公路管理處，吉林白城 137000；2.吉林誠儀工程咨詢有限公司，吉林白城137000）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，橋梁作為交通通行的咽喉命脈，安全通行尤為重要。為確保車輛、行人通行的安全，橋梁管養(yǎng)單位非常有必要及時掌握橋梁的變形、位移狀況，通過及時檢查、數(shù)據(jù)收集，科學(xué)分析道路橋梁在使用過程中的各種變化。而布設(shè)橋梁永久性觀測點(diǎn)并定期觀測，正是一種簡單、實(shí)用、有效的橋梁變形監(jiān)測形式和手段，顯得非常有意義。

1 永久性觀測點(diǎn)布設(shè)方法闡述

《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)單位在竣工時設(shè)置便于檢測的永久性觀測點(diǎn)。大橋、特大橋必須設(shè)置永久性觀測點(diǎn)，定期進(jìn)行控制檢測。”但由于各種原因，吉林省在役公路橋梁卻沒有布設(shè)永久性觀測點(diǎn)，極大地影響了觀測點(diǎn)的應(yīng)用，本文主要結(jié)合吉林省白城市公路橋梁，闡述其方法的應(yīng)用及成果分析。

橋梁永久性觀測點(diǎn)實(shí)質(zhì)上包含基準(zhǔn)點(diǎn)、觀測點(diǎn)兩個部分，基準(zhǔn)點(diǎn)最為重要，作用是為首次及后續(xù)定期觀測提供統(tǒng)一的參照系，確保不同時期的觀測數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行比較，從而計(jì)算、分析橋梁各時間間隔內(nèi)的變形值、位移值、變化速率以及累計(jì)變形值、位移值,而觀測點(diǎn)則以基準(zhǔn)點(diǎn)為參考，在布設(shè)后，通過定期觀測，數(shù)據(jù)分析，掌握橋梁各個部位的絕對和相對變形、位移值，二者是相輔相成的。

簡支橋梁永久性觀測點(diǎn)應(yīng)根據(jù)觀測項(xiàng)目布設(shè)在橋面、墩臺位置，具體位置和數(shù)量見表1[1]：

表1 簡支箱梁觀測點(diǎn)布設(shè)

2 橋梁概況

本項(xiàng)目依托G302國道套保左幅大橋。該橋位于吉林省白城市洮北區(qū)G302國道上，為簡支箱梁結(jié)構(gòu)體系，中心樁號為K898+100，于2000年9月建成，跨越地物為不通航河流；設(shè)計(jì)荷載汽超-20、掛-120級，通行載重55噸。其他，明細(xì)見表2所示。

3 永久性觀測點(diǎn)布設(shè)方案

鑒于該橋交通車輛繁重，橋面線形不平順、瀝青混凝土擁包，技術(shù)等級已達(dá)三類[2]，幾經(jīng)處理效果不明顯，且為該條線路控制性工程，考慮可能會出現(xiàn)主墩沉陷，為有效掌握本橋健康狀況，實(shí)施了觀測點(diǎn)布設(shè)方案，力求及時分析不太明確的病害成因。

3.1.1 工作內(nèi)容

橋梁永久性觀測點(diǎn)測設(shè)工作內(nèi)容包括[3]：建立水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)和垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)、布設(shè)橋梁永久性觀測點(diǎn)，以及首次測量。

表2 G302套保大橋左幅橋其他情況明細(xì)表

3.2.2 水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)[4]

水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)，不少于3個基準(zhǔn)點(diǎn)，分別位于橋梁兩岸且相互通視，水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)可采用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，并進(jìn)行一次布網(wǎng)。儀器采用高精度水準(zhǔn)儀、GPS全球定位儀。

3.2.3 垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)[4]

垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)，不少于2個基準(zhǔn)點(diǎn)，分別位于橋梁兩岸，并采用水準(zhǔn)測量方法觀測?；鶞?zhǔn)網(wǎng)可采用假定高程系統(tǒng)，儀器采用高精度水準(zhǔn)儀。布設(shè)觀測點(diǎn)如圖1和2所示。

4 布設(shè)實(shí)施與成果整理

4.1 橋面觀測點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)

（1）橋面觀測點(diǎn)嚴(yán)格按照每跨5點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，即每跨支點(diǎn)、L/4處、L/2處，遇到伸縮縫時位置會做適當(dāng)調(diào)整，測量時采取封閉交通的形式，以求測設(shè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；

圖2 永久性觀測點(diǎn)平面布設(shè)圖(單位：cm)

圖1 永久性觀測點(diǎn)縱立面布設(shè)圖(單位：cm)

（2）基準(zhǔn)點(diǎn)宜采用有強(qiáng)制歸心裝置的觀測墩[2]，但限于時間、氣溫等因素，經(jīng)過論證，本方案的永久觀測基準(zhǔn)點(diǎn)位采用埋置預(yù)制混凝土構(gòu)件的方式進(jìn)行設(shè)置，埋置深度2.2 m，為防止混凝土構(gòu)件不均勻沉降，對混凝土構(gòu)件底面以下60 cm進(jìn)行砂礫換填，每20 cm一層，分3層填筑，分層搗實(shí)；同時為防止混凝土構(gòu)件凍脹凍裂，也做了防凍處理，混凝土構(gòu)件填埋時使用砂礫土摻入少量珍珠巖，分層回填搗實(shí)。

4.2 高程數(shù)據(jù)分析

通過橋面實(shí)測的各位置標(biāo)高與對應(yīng)點(diǎn)位建立關(guān)系，確定擬合曲線，并把擬合曲線的線形作為橋梁實(shí)際的線形，而橋面實(shí)測標(biāo)高形成的線形則是沉降、變形引起的。利用各點(diǎn)位與擬合的橋梁線形標(biāo)高關(guān)系式確定實(shí)際標(biāo)高，與實(shí)測標(biāo)高相減，從而計(jì)算各位置沉降、變形數(shù)值。測量采集數(shù)據(jù)擬合曲線及實(shí)測成果如圖3所示。

圖3 測量采集數(shù)據(jù)擬合曲線及實(shí)測成果

（1）外邊梁，擬合曲線公式為

上圖明顯看出在56-71分點(diǎn)，實(shí)測線形有明顯下浮。在68分點(diǎn)、70分點(diǎn)為最大變形點(diǎn)，而68分點(diǎn)恰為15#墩位置、70分點(diǎn)為16-8#主梁1/2L處。將x=68代入公式(1)可知實(shí)際標(biāo)高應(yīng)為Y=100.279m，而實(shí)測標(biāo)高（100.376），二者相減即為15#墩下降幅度值0.097 m，由此判斷15#墩下降達(dá)10 cm。另外，將x=70，代入公式（1）可知此處實(shí)際標(biāo)高應(yīng)為Y=100.254 m，與實(shí)測標(biāo)高100.237 m相減，由此判斷此處撓度下降0.017(m)，達(dá)2 cm。

（2）內(nèi)側(cè)邊梁，擬合曲線公式為

從分析曲線來看，在75-80分點(diǎn)有明顯下浮，76分點(diǎn)、80分點(diǎn)為最大變形點(diǎn)，而76分點(diǎn)為17#墩位置、80分點(diǎn)為18#墩位置，將x=76、x=80分別代入公式（2）計(jì)算，可得17#墩實(shí)際標(biāo)高為100.046 m、18#墩實(shí)際標(biāo)高為99.984 m，與實(shí)測的17#、18#墩標(biāo)高100.137 m、100.157 m相減，由此判斷17#、18#墩分別下沉為9 cm、17 cm。

5 結(jié)論

（1）通過測量掌握的數(shù)據(jù)，建立觀測點(diǎn)與橋面標(biāo)高擬合曲線關(guān)系式，利用實(shí)際標(biāo)高與實(shí)測標(biāo)高數(shù)值，能夠計(jì)算出各觀測點(diǎn)的沉降、變形數(shù)值；

（2）基準(zhǔn)點(diǎn)埋置之后，再次測設(shè)時，若校核其無誤后，利用獲得的各點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)，可計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)與各觀測點(diǎn)之間的距離、高差，與首次測量數(shù)據(jù)對比，能夠推斷各觀測點(diǎn)是否發(fā)生絕對變形，尤其在觀測主墩沉降時，效果會更明顯；

（3）在自然災(zāi)害多發(fā)的今天，這種觀測點(diǎn)布設(shè)后，通過定期、適時觀測，能夠有效掌握橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，尤其在地震發(fā)生后，有震感地區(qū)采取隱患排查，這是較好的方法。

[1]JTG H11-2004，公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].

[2]JTG/T H21-2011，公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]GB50026-2007，工程測量規(guī)范[S].

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