公路高墩橋梁垂直度無接觸檢測研究

宋書昌

摘要 為提升橋梁的無接觸檢測精準度，降低檢測誤差，對公路高墩橋梁垂直度無接觸檢測研究。進行橋墩垂直度目標監(jiān)測，確定高墩橋梁立柱圓心檢測坐標，估算垂直度無接觸檢測精度，采用吊線錘法實現(xiàn)公路高墩橋梁垂直度無接觸檢測。實例分析結(jié)果表明：通過1號橋與2號橋的測試，得出的檢測差異值較為均等，均保持在0.3以下，表明檢測的效果相對較好，具有可靠性、一致性和實際的應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞 公路橋墩;垂直無接觸結(jié)構(gòu);橋梁建設(shè);高速公路

中圖分類號 U443 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0138-03

0 引言

當前，我國高速公路建設(shè)趨于成熟，相關(guān)工程的修建與施工不再受到較多的限制。原本在特殊位置無法進行建設(shè)的工程現(xiàn)如今也已成常態(tài)，出現(xiàn)了深埋、吊橋以及高架等公路工程[1]。為推動部分地區(qū)的發(fā)展，迎合新形勢下運輸?shù)男枨?，開展公路高墩橋的建設(shè)，橫跨距離較長[2]。橋梁墩柱的垂直度是檢驗橋梁施工質(zhì)量的重要指標之一，研究高墩橋梁垂直度的精準監(jiān)測方法對保障橋梁工程測量工作的順利進行具有重要的現(xiàn)實意義。

公路工程的快速發(fā)展下，橋梁中的高墩柱應(yīng)用廣泛，高墩橋梁的施工階段，對于橋體承壓斷面的設(shè)計需要十分注意，橋梁垂直度的把控影響到橋梁的受力情況，需要對橋梁墩柱的垂直度進行檢測。傳統(tǒng)的橋梁墩柱垂直度檢測方法主要是通過坐標法、垂線法、孤長公式法、全站儀+直尺法等實現(xiàn)的，但這些常規(guī)方法僅能實現(xiàn)特征點部位的偏移特征檢測，難以展示橋梁整體中心軸線的空間線性，對于當前高墩柱的垂直度測量已不再適用。

為避免對橋體造成損害，采用無接觸的形式確保最終檢測結(jié)果的穩(wěn)定與可靠。對公路高墩橋梁垂直度無接觸檢測進行分析與研究，在較為真實的環(huán)境之下，獲取公路高墩橋梁的施工情況，結(jié)合所設(shè)計的檢測模式，采用無接觸的方式，通過垂直度的計算來獲取最終的檢測結(jié)果，提升整體檢測結(jié)果的科學(xué)性與可靠性，進而擴大檢測的實際范圍，確保施工順利完成。通過公路高墩橋梁無接觸檢測方法的應(yīng)用，對于垂直度的檢測工期能夠大大縮減，測量人員的投入量也大大減少，大幅度降低了測量成本，且對于橋梁高墩柱的傾斜屬性等數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)清晰、詳細地展示。

1 公路高墩橋梁垂直度檢測的難點

在研究公路高墩橋梁垂直度無接觸檢測方法之前，需要明確公路高墩橋梁垂直度檢測的重難點，以便于在檢測方法設(shè)計中重點解決這些問題，實現(xiàn)高精度垂直度無接觸檢測。無接觸垂直度檢測的主要難點主要從兩個方面分析，一方面是選取控制點。橋梁高墩檢測時需要重視控制點的重要性，由于控制點通常受到施工的影響，在測量過程中不僅容易使測量結(jié)果產(chǎn)生偏差，還易影響正常的施工進度。因此在選取控制點時需要考慮各個施工項目的差異性，避免受到施工的影響。另一方面是檢測點的選取和布設(shè)。在進行公路橋梁高墩柱施工時，需要在橋墩不同高度上的同一截面部位進行檢測點的設(shè)置。為了使無接觸橋梁墩柱檢測更為快捷，可以考慮在橋墩施工中就選定一根豎向的鋼筋進行布設(shè)，在一段施工段完成施工后，在相應(yīng)的位置直接布設(shè)好下一段施工段的檢測點。這種方式不僅可以保證各個施工段時橋梁墩柱的垂直度，且便于檢測點的設(shè)置，避免重復(fù)規(guī)劃，大大降低了檢測的繁瑣程度，加快了施工的進度。

2 公路高墩橋梁垂直度無接觸檢測分析

2.1 橋墩垂直度目標檢測

公路高墩橋梁在修建時候，對于垂直度的把控是存在一定難度的，需要將誤差控制在合理的范圍之內(nèi)，才能確保橋梁的正常應(yīng)用[3]。在施工中，將樁基設(shè)定的位置偏移至承臺側(cè)方，同時按照方案設(shè)計的位置與范圍，先控制基底的垂直度偏差。

通常情況下，高墩橋墩柱的高度大約在56 m，在施工時，模板和澆筑的混凝土無法均勻布置在墩柱之中，在兩根墩柱之間留存施工縫，結(jié)合施工的架設(shè)模板將橋梁的預(yù)留位置覆蓋，施工縫的主要作用是對垂直度進行調(diào)整，避免出現(xiàn)墩柱承壓過大倒塌的問題。在施工縫的側(cè)上方安裝小型的監(jiān)控裝置，設(shè)定垂直度的執(zhí)行標準，一旦施工縫在高壓的作用下產(chǎn)生位移，施工人員可以及時捕捉到，并對其維護調(diào)整，避免橋梁墩柱發(fā)生斷裂問題，可以更加合理地控制建設(shè)檢測成本。

2.2 高墩橋梁立柱圓心檢測坐標確定

在完成對橋墩垂直度目標的監(jiān)測之后，確定高墩橋梁立柱圓心檢測坐標。一般公路橋梁的高墩均是圓柱形的，且上下的寬度相同[4]。在墩柱上方立柱的中截面設(shè)定n個作用點，用來確定墩柱的周長以及截面面積，得到一個平面的核心點坐標以及高程距離，將得出的高程值與預(yù)估的高程值相對比，得出存在的無接觸差值，在核心點坐標處劃歸得出的差異值，同時，利用最小二乘法計算出實際的高程平均值，具體如公式（1）所示：

（1）

公式（1）中：表示實際的高程平均值，表示測定損失值，表示垂直范圍。通過上述計算，得出實際的高程平均值，平均值為柱圓心的直徑，得到其半徑，便可以確定出相應(yīng)的檢測坐標，為后續(xù)工程的施工奠定基礎(chǔ)。

2.3 垂直度無接觸檢測精度估算

在完成對高墩橋梁立柱圓心檢測坐標的確定后，估算垂直度無接觸檢測精度。測定公路高墩橋梁的測角、測距精度。利用上述的柱點以及檢測坐標，可以推算出無接觸檢測的測定站點距離，結(jié)合距離偏差以及上述的高程差值，進一步確定垂直無接觸的檢測范圍[5-6]。結(jié)合實際的檢測環(huán)境，設(shè)立具體的檢測目標，在同一個立柱點上，對不同傾斜角、相位角、斜距角得出的檢測數(shù)值與標準數(shù)值進行對比與驗證，得出誤差最小的一角，設(shè)定為核心預(yù)估精度角，根據(jù)誤差傳播定律，可以將垂直度無接觸檢測精度的估算差值縮小在合理的范圍之內(nèi)。對于橋梁的無接觸檢測結(jié)果具備一定的科學(xué)性以及可靠性，確定實際的測角、測距精度，在檢測目標的引導(dǎo)之下，結(jié)合所確定的目標檢測范圍，進行可視均等計算，最終完成對垂直度無接觸檢測精度的核驗與估算。

2.4 吊線錘法實現(xiàn)公路高墩橋梁垂直度無接觸檢測

在完成對垂直度無接觸檢測精度的估算后，采用吊線錘法實現(xiàn)公路高墩橋梁垂直度無接觸檢測[7]。在橋梁墩柱側(cè)方的模板四周分別懸掛一定重量的錘球使其與風(fēng)繩的作用方向保持一致，結(jié)合墩柱底部的網(wǎng)格數(shù)板設(shè)備，獲取水平的位移距離，并形成垂直度的作用結(jié)構(gòu)，具體如圖1所示。

根據(jù)圖1，可以了解到對應(yīng)的垂直度作用結(jié)構(gòu)。在合理的誤差范圍之內(nèi)，計算出實際的墩柱承壓差值，并在計算的過程中，排除掉不合格的公路橋梁墩柱，得出的檢測數(shù)值便是最為可靠的公路高墩橋梁垂直度無接觸檢測結(jié)果值。

3 實例分析

3.1 P高速公路高墩橋梁施工檢測現(xiàn)狀簡述

P高速公路位于我國四川省，全長68 km，公路在修建的過程中，存在較多的分支路口，在轉(zhuǎn)彎處也多為丘陵地形，橋梁架設(shè)量大，目前為止，修建的小橋梁數(shù)量大致為21座左右，同時，橋梁的里程數(shù)值也達到12.8 km。在這些橋梁中，高墩橋梁占約12座，支撐墩柱的數(shù)量已經(jīng)達到3 200余根。P高速公路高墩橋梁的日常檢測效果相對較差，造成這一現(xiàn)狀的主要原因為在修建的過程中，對于橋梁的垂直度無法更好地控制。公路高墩橋梁垂直度的控制通常都具有固定的范圍，在不同的修建范圍之內(nèi)，得出的檢測結(jié)果也存在較大的差異。而P高速公路高墩橋梁的檢測現(xiàn)狀也存在上述的問題。在施工時，未遵循無接觸的規(guī)則，對于高墩橋梁的本體造成損壞，這在一定程度上也拉低了工程的進度，相關(guān)的施工人員需要對橋體進行修補，再完成相應(yīng)的檢測工作。所以，存在較多的外部因素以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，使得P高速公路高墩橋梁的施工檢測處于十分不穩(wěn)定的狀況之下，給后續(xù)的發(fā)展造成不同程度的消極影響。

3.2 P高速公路高墩橋梁檢測實證

經(jīng)過對P高速公路高墩橋梁檢測現(xiàn)狀的分析與研究，進行具體的測定。利用專業(yè)的設(shè)備與裝置，獲取工程相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，匯總整合后，結(jié)合設(shè)計施工的需求，對高墩橋梁的遷移量進行測算，具體如公式（2）所示：

（2）

公式（2）中：表示高墩橋梁的遷移量，表示變化測定距離，表示平移距離值，表示滑動距離值，通過上述計算，最終可以得出實際的高墩橋梁遷移量。根據(jù)遷移量，劃定具體的檢測遷移范圍，結(jié)合所設(shè)定的高差，獲取具體的傾斜方位角。核查傾斜方位角是否與橋梁的側(cè)向傾斜角保持2∶1的關(guān)系，如果存在差異，則需要重新設(shè)定推算。

在上述基礎(chǔ)上，在高墩橋梁的后方增加對應(yīng)的數(shù)量的支撐立柱，利用混凝土以及鋼筋固定，依據(jù)上述的比例，調(diào)整傾斜角和方位角，經(jīng)過測定，結(jié)合得出的數(shù)據(jù)計算垂直度與豎直度之間的檢測差異值，具體如公式（3）所示：

（3）

公式（3）中：F表示檢測差異值，表示橋墩總距離，表示調(diào)整距離，表示允許偏差。通過上述計算，最終可以得出實際的檢測差異值，對不同的墩柱進行測定與分析，根據(jù)最終得出的檢測差異值，進行具體分析，如表1所示。

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)信息，完成對P高速公路高墩橋梁檢測結(jié)果的分析與研究。通過1號橋與2號橋的測試，最終得出的檢測差異值較為均等，均保持在0.3以下，表明檢測的效果相對較好，具有可靠性和一致性，具有實際的應(yīng)用價值。

4 結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)過分析得知，公路高墩橋梁的檢測需要在垂直的條件下進行，并采用無接觸的形式來完善結(jié)果，這樣可以確保檢測工作控制在合理范圍之內(nèi)，也可以降低對橋梁本體的損壞程度，最大限度上降低檢測工作中出現(xiàn)的誤差與異常，提升檢測結(jié)果的可靠性，對于施工的執(zhí)行也具有一定的積極影響，為后續(xù)的相關(guān)公路高墩橋的垂直度檢測提供理論借鑒。

參考文獻

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