關(guān)于斜拉橋變形監(jiān)測點位布設(shè)問題的探討

郝澤敏

摘要：目前，我國已修建了許多座跨河跨海的特大型橋梁，如南京長江二橋、青州閩江斜拉橋、江陰長江大橋和香港青馬大橋。這些大跨度索支承橋梁（斜拉橋、懸索橋）建成通車之后。受交通、風(fēng)力、自然災(zāi)害、建筑材料老化、不合理管理等因素的影響。其結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞，從而造成嚴(yán)重的后果。因此。橋梁進(jìn)行定期的變形監(jiān)測。評估其安全性，對于預(yù)測可能發(fā)生的災(zāi)害具有重大意義。本文主要討論大型斜拉橋變形監(jiān)測過程中，監(jiān)測點位布設(shè)的問題。。

關(guān)鍵詞：斜拉橋 變形監(jiān)測 擺動觀測 撓度觀測 沉降觀測

引言

斜拉橋是利用錨固在橋臺上的多根斜拉索作為梁跨的彈性中間支承的橋梁橋，具有內(nèi)力小、自重輕、施工方便、跨越能力大等特點?？傮w上由塔、梁、索三部分構(gòu)成。常用的布置形式有輻射性、豎琴形、扇形和星形。沿橋的橫向一般分為單索面、豎向雙平行索面、雙傾斜索面三種類型。按材料可分為鋼斜拉橋、混凝土斜拉橋、鋼-混凝土結(jié)合斜拉橋以及混合型斜拉橋四種；根據(jù)梁塔墩的聯(lián)結(jié)形式可分為全固結(jié)、塔墩固結(jié)、梁塔固結(jié)三種。斜拉橋有獨塔雙跨、雙塔多跨、和多塔多跨三種形式。

橋梁變形分靜態(tài)變形和動態(tài)變形兩種，如果變形觀測的結(jié)果只體現(xiàn)某一時間段內(nèi)的變形，則為靜態(tài)變形，如橋墩的變形；而動態(tài)變形更多是受外力的影響，表示橋梁某一時刻的變形，如橋梁的撓度變形。下面主要就橋梁的水平位移觀測、垂直位移觀測和撓度觀測進(jìn)行討論。

一、水平位移觀測點觀測

橋面水平位移的觀測：水平位移監(jiān)測到的第一步是選定合適的工作基點，一般選在橋臺上或附近不遠(yuǎn)處，基點至少要四個，在江（河）兩岸橋梁的兩側(cè)至少各有一個點。基點一般應(yīng)保持通視，或者監(jiān)測時在它們之間的橋面增加臨時測站點來解決工作基點之間的通視問題。由于工作基點很難保持穩(wěn)定不動，所以要定期測定工作基點的位移，以改正觀測點測定的結(jié)果。下圖描述了大型斜拉橋變形監(jiān)測平面基準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)情況：

平面基準(zhǔn)網(wǎng)是測定大橋橫向水平位移以及塔柱擺動的基準(zhǔn)，根據(jù)變形觀測的特點和要求，各期測量方案應(yīng)盡可能一致為宜，平面位移基準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)方案也不例外。其布設(shè)如圖2-1所示，全網(wǎng)共由14個點組成，其中BSZ1-BSZ7為岸上的基準(zhǔn)點。

高塔柱的擺動觀測：高塔柱擺動觀測的實質(zhì)是通過觀測塔柱上的觀測點相對于基準(zhǔn)點或工作基點在不同時刻的水平位移，從而獲得變形規(guī)律。從岸上基準(zhǔn)點直接測定塔柱上的觀測點的坐標(biāo)變化，可以獲得塔柱的絕對變形信息。

塔柱在水平面和豎直面內(nèi)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，為研究其水平方向的撓曲，布設(shè)3個觀測點，觀測點位于頂部塔冠外側(cè)，盡量靠近塔柱的軸線；為研究其豎直面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)，在橋梁軸線不同高度處布設(shè)2個觀測點。觀測點附近穩(wěn)定處應(yīng)布設(shè)具有強制對中圓盤的基準(zhǔn)點。

二、橋面線性與撓度觀測

橋面線性與撓度觀測的特點要求其觀測點的布設(shè)應(yīng)在主梁上，大跨度斜拉橋的線性觀測點一般選在斜拉索錨固定著力點的位置上，能更好的反映斜拉橋的撓度變化。

橋面變形觀測點，應(yīng)在橋墩（索塔）和橋墩間均勻布設(shè)，點位間距以10～50米為宜。大型橋梁，應(yīng)沿橋面的兩側(cè)布點。垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)建立時會加入沿岸的平面基準(zhǔn)網(wǎng)點，方便觀測。同時在沿岸穩(wěn)定的地方設(shè)立水準(zhǔn)基點，作為斜拉橋垂直位移監(jiān)測網(wǎng)的基準(zhǔn)；另外，應(yīng)在兩岸水準(zhǔn)基點間布設(shè)1-2條過江水準(zhǔn)路線，方便統(tǒng)一兩岸高程。

三、橋墩的沉降觀測

各橋墩臺的沉陷觀測包括各個墩臺沿水流方向或橋軸線方向的傾斜觀測。在橋臺上布設(shè)工作基點，在各橋墩上布設(shè)觀測點，可以監(jiān)測各個橋墩相對于橋臺的變形。再利用沿岸基準(zhǔn)點測定工作基點的變形，從而得到橋墩上觀測點在平面基準(zhǔn)內(nèi)的絕對變形值。

觀測點的分布應(yīng)該遵守既要均勻又有重點的原則，各個橋墩上均要布設(shè)觀測點，同時對于地基不穩(wěn)或者長期處于受力不平衡狀態(tài)下的橋墩或者主橋的橋墩上要加密觀測點。主橋觀測點布設(shè)在墩面的上下游方向上，以便研究橋墩的均勻與非均勻沉陷。

四、橋墩的傾斜觀測

橋墩的傾斜觀測分橋墩沿水流方向的傾斜觀測與垂直水流方向的傾斜觀測兩種。布點采用的是激光標(biāo)志（見圖5-1），在橋墩正對水流方向和與之垂直的方向各布設(shè)兩個標(biāo)志，兩個標(biāo)志的連線近似與地面垂直。

五、結(jié)語

據(jù)統(tǒng)計，我國40%的橋梁因為各種因素存在不同程度上的損傷，當(dāng)橋梁變形達(dá)到一定的程度，會發(fā)生嚴(yán)重的事故，對人民的安全和財產(chǎn)造成巨大的損失。因此采用現(xiàn)代測繪技術(shù)手段，對斜拉橋、鋼拱橋等大型橋梁進(jìn)行實時變形監(jiān)測，觀測其幾何量的變化具有重大的意義。而變形監(jiān)測點位布設(shè)的是否合理，直接決定了施測結(jié)果能否直觀反映大型斜拉橋的形變。