變形監(jiān)測技術在橋梁監(jiān)測中的應用

李東棟

（新疆交通規(guī)劃勘察設計研究院，烏魯木齊 830006）

1 引言

近年來，我國橋梁工程規(guī)模及數(shù)量都在不斷增加，對其安全性能也提出了更高的要求。在橋梁施工過程中加強其變形監(jiān)測，確保整個橋梁工程的安全。本文主要介紹了變形監(jiān)測技術、橋梁變形監(jiān)測內(nèi)容及應用原理、方法和技術等等，以供參考。

2 變形監(jiān)測技術概述

變形監(jiān)測技術本身就是一種測量技術，采用該項技術對監(jiān)測對象進行精準的定位，找到目標的空間位置，同時還可以研究該技術下橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)隨時間變化的規(guī)律?？傊?，在橋梁工程施工過程中，依據(jù)變形監(jiān)測技術的測量結(jié)果來科學安排，保證工程施工質(zhì)量[3]。因此，變形監(jiān)測技術對橋梁工程項目施工發(fā)揮著關鍵性作用。

通過采用變形監(jiān)測技術，可以分析和判斷橋梁工程的安全性、可靠性。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，對橋梁工程的參數(shù)、設計進行科學合理設置。與此同時，根據(jù)施工質(zhì)量的情況來分析橋梁變形的特征，對橋梁變形進行預估，并可以將其記錄下來，為之后可能出現(xiàn)這樣的情況提供資料。橋梁變形監(jiān)測工作是采用先進的測量方法、設備，合理地運用工程測量知識，每隔一段時間對橋梁水平方向和豎直方向的變形程度進行監(jiān)測。

3 橋梁變形監(jiān)測的內(nèi)容及應用原理

橋梁變形監(jiān)測主要包括兩部分，即橋梁沉降監(jiān)測、橋梁承臺水平位移監(jiān)測。在建筑工程項目中，地面沉降現(xiàn)象很普遍，其具有明顯的特征且無法避免，在橋梁監(jiān)測中主要體現(xiàn)為橋梁沉降。除此之外，測量人員還要監(jiān)測橋承臺的水平位移情況，這樣就可以全面掌握橋梁的變形狀況。通過對橋梁變形的監(jiān)測和整體把握，能夠有效保障橋梁的安全。

3.1 橋梁沉降監(jiān)測

橋梁沉降監(jiān)測工作的主要內(nèi)容是監(jiān)測橋梁垂直方向的位移情況。在觀測橋梁沉降情況時，要做到以下幾點：保障點位基準點、觀測點、工作基點的穩(wěn)定；固定觀測的儀器、設備，使其在觀測工作中保持平穩(wěn)、不晃動；測量人員盡量做到在整個測量中保持穩(wěn)定，減少誤差的累積；保障觀測與環(huán)境條件的一致性；在觀測工程的各個組成部分時，固定鏡位、觀測路線以及程序方法等，使整個過程順利地進行。橋梁沉降監(jiān)測的工作內(nèi)容：沉降觀測點和網(wǎng)的設置、沉降監(jiān)測、跨河橋沉降觀測等。在實際橋梁觀測時，最常用的方法就是閉合水準路線、附合水準路線。選擇適合的觀測方法，選擇高精度的設備（一般選用電子水準儀）來觀測橋梁沉降的位移情況。因跨河橋的橋墩在河中，針對這種情況，主要采用閉合水準測量進行觀測。需要注意的是中間聯(lián)測的部分，要通過觀測往測已測點來完成。

3.2 橋梁承臺水平監(jiān)測

橋梁承臺水平監(jiān)測工作主要是測量承臺的水平位移情況，其包括監(jiān)測水平位移基準網(wǎng)觀測和水平位移觀測點測量兩項內(nèi)容。橋梁承臺水平監(jiān)測的工作流程：首先保障基準控制網(wǎng)的合理布設，在設置基準線時，對基準線條數(shù)的選擇存在兩種情況：第一種情況是布設一條基準線，在此基礎上測量其基準點間距離即可。需要注意的是，要建立校核點來保證基準線在監(jiān)測過程中不發(fā)生偏移。第二種情況是布設多條基準線，這種情況不僅要完成第一種情況的工作，還要測量相鄰基準點之間的距離、角度。在承臺的水平監(jiān)測中，測量誤差和測距誤差是影響觀測精度的兩大因素。

4 橋梁變形監(jiān)測的方法

在這主要介紹橋梁變形監(jiān)測的兩種方法，即常規(guī)大地測量法和物理傳感器法。常規(guī)大地測量法能夠監(jiān)測橋梁的整體變形情況，對橋梁局部變形難以監(jiān)測；而物理傳感器法恰恰相反，能夠監(jiān)測橋梁的局部變形情況，無法監(jiān)測橋梁整體狀況，兩者呈互補關系[2]。在不同的需求下，合理選擇橋梁變形監(jiān)測的方法。

4.1 常規(guī)大地測量法

在二十世紀八十年代前，測量人員主要采用常規(guī)大地測量法來監(jiān)測橋梁變形情況。測量工作確定了方法，還需要儀器的參與，通常會采用電子測量儀器和光學測量儀器。根據(jù)橋梁監(jiān)測的要求，對基準點間的距離和角度進行定期測量，從中取得橋梁監(jiān)測點的三維坐標，進而確定橋梁結(jié)構(gòu)的水平位移和垂直位移。大地測量法具有靈活性強、精度高、成本低的優(yōu)點，在橋梁監(jiān)測領域受到廣泛的應用。

4.2 物理傳感器法

常規(guī)大地測量法在橋梁整體變形監(jiān)測中發(fā)揮著重要作用，但遇到要求監(jiān)測橋梁局部變形情況時，其比不上物理傳感器法的應用。物理傳感器法能夠監(jiān)測橋梁局部變形情況，彌補常規(guī)大地測量法的不足?，F(xiàn)階段在進行橋梁局部監(jiān)測工作時，采用的物理傳感器有測力計、位移計、傾斜計、重量動態(tài)測量儀、電子水平儀等。另外，還包括一部分傳感器是針對外界環(huán)境條件進行研究的，比如溫度、濕度、壓力、風力等外界條件。比如唐山高等人采用傾斜傳感器來測量位移的變化，其主要研究的是塞浦路斯高速公路高架橋橋墩的位移變化情況；胡現(xiàn)輝等人通過集成技術將電子水平儀、計算機有效地結(jié)合起來，完成計算機的有效控制，從中獲取電子水平儀的有效、準確的傾斜數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制出橋梁變形圖。在監(jiān)測橋梁的局部變形情況時，常常將物理傳感器固定在橋梁中，傳感器具有較強的靈活性和適應能力，不論環(huán)境多么復雜、惡劣，傳感器都能完成自動化觀測。盡管傳感器有很多優(yōu)點，但該方法存在一定的局限性，只能監(jiān)測橋梁的局部變形和相對變形情況，無法掌握橋梁整體的變形情況，與常規(guī)大地測量法正好互補。

5 橋梁變形監(jiān)測的應用技術

伴隨著計算機技術和空間技術的迅速發(fā)展，測量技術有了一定的進步，尤其是變形監(jiān)測技術發(fā)展、應用都有很大的變化。橋梁變形監(jiān)測技術的不斷進步，適應著時代變化的需求，其應用范圍也是越來越廣，其中，攝影測量技術、GPS測量技術等被測量人員廣泛應用。

5.1 攝影測量技術

應用于橋梁變形監(jiān)測的攝影測量技術，主要是對大范圍的地面變形情況進行監(jiān)測。與全站儀測量技術相比，攝影測量技術不僅精度不高，而且測量設備成本很高，其應用情況還需要進一步研究[1]。

5.2 GPS測量技術

GPS技術主要是通過布設平面控制網(wǎng)、基準站等來完成大型橋梁工程長時間、不間斷地監(jiān)測，從中獲取靜態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)和動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。GPS技術的實踐與應用，在保障監(jiān)測結(jié)果的準確性、可靠性的前提下，極大程度上減少了測量人員的工作任務，降低了員工的勞動強度，同時還節(jié)省了施工成本。

5.3 雷達干涉測量技術

與INSAR技術相比，差分干涉的精度更高。具體來說，INSAR技術提取高程的精度可達數(shù)米，而差分干涉可將精度提至厘米級甚至毫米級，可以監(jiān)測橋梁的微小變形情況。國外研制的遙感干涉測量系統(tǒng)很成功，并應用于橋梁和建筑物的變形監(jiān)測中。我國引進該項系統(tǒng)，對錢塘江大橋、金沙江大橋、石崆山大橋進行靜態(tài)監(jiān)測、動態(tài)監(jiān)測及自振頻率監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：該系統(tǒng)能夠快速、準確地獲得橋梁靜態(tài)、動態(tài)變化的數(shù)據(jù)，其靜態(tài)精度能達到0.1毫米、動態(tài)精度能達到0.01毫米；在對斜拉橋監(jiān)測過程中，遙感干涉測量系統(tǒng)可以一次同時測量多根橋索，并且其監(jiān)測過程不會給交通帶來不便。

6 結(jié)語

綜上所述，變形監(jiān)測技術可以對橋梁的沉降變形、橋承臺水平變形情況進行準確監(jiān)測，該技術有效地保證了橋梁工程項目整體的安全性、穩(wěn)定性，進而促進交通的安全暢行。因此，只有加強變形監(jiān)測技術的研究及應用，才能更好地保證橋梁的安全，保障人們的出行安全。