橋梁變形監(jiān)測方案探討

徐弘

【摘要】本文以馬鞍山長江公路大橋01標段的監(jiān)測方案為例，通過選擇線形監(jiān)測成果分析，結(jié)合橋梁變形監(jiān)測方案的擬定和實施過程進行探討。

【關(guān)鍵詞】橋梁;變形監(jiān)測;線形測量;控制網(wǎng);精度

【DOI 編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.02.023

Discussion on Bridge Deformation Monitoring Scheme

XU Hong

（Ma'anshan Surveying and Mapping Technology Institute，322 Geological Team，Anhui Bureau of Geology and Mineral Exploration，Maanshan 243000，China）

Abstract：Taking the monitoring scheme of bid section 01 of Ma'anshan Yangtze River Highway Bridge as an example，this paper discusses the formulation and implementation process of bridge deformation monitoring scheme through the analysis of selected linear monitoring results.

Key words：bridge;deformation monitoring;linear measurement;control network;accuracy

1工程概況

馬鞍山長江公路大橋建于2008年，于2013年完成通車。橋路面全長36.14千米，跨江主體路段長11.209千米。大橋主橋位于馬鞍山市當涂縣與和縣交界，東經(jīng)118°23′，北緯31°36′。沿江一帶屬北亞熱帶濕潤型季風氣候區(qū)，年平均氣溫15.8℃。最熱月為7月，月平均28.1℃;最冷月為1月，月平均溫度2.6℃。常年平均降水量為1067 mm，年無雨日250天左右，降雨多集中在6～7月。測區(qū)內(nèi)水系發(fā)達，交通便捷。安徽省交通控股集團有限公司于2019年進行了“2019年度安徽省部分長江大橋橋梁控制網(wǎng)布設及河床斷面基礎沖刷測量項目”的掛網(wǎng)招標。通過競標我院獲得01標段橋梁控制網(wǎng)布設及線形測量項目。該項目通過對馬鞍山長江公路大橋01標段進行橋面線形測量、塔柱線形測量、橋梁墩柱測量，觀測其橋梁變形情況，為后續(xù)橋梁養(yǎng)護提供一定的技術(shù)依據(jù)[1]。

2監(jiān)測方法的選擇

2.1.橋面線形監(jiān)測方法

常用的橋面線形監(jiān)測方法有GPS法、極坐標法、撓度計與位移傳感器法以及使用激光經(jīng)緯儀進行測量等。實際應用中要根據(jù)不同塔柱的具體情況以及不同監(jiān)測方法的特點，謹慎選擇水平位移的監(jiān)測方法。本項目中對馬鞍山長江公路大橋橋面的監(jiān)測，因為需要采用RTK測量技術(shù)進行實時定位，因此，塔柱水平線性位移監(jiān)測方法選擇確定為極坐標法，并用全站儀進行觀測。

2.2塔柱線形監(jiān)測方法

馬鞍山長江公路大橋主體結(jié)構(gòu)是由左漢橋、右漢橋、塔柱以及兩側(cè)的引橋構(gòu)成，其左漢橋?qū)儆趹宜鳂?，右漢橋?qū)儆谛崩瓨?。因此在對馬鞍山長江公路大橋的塔柱進行水平線性位移監(jiān)測時，其常用的監(jiān)測方法有測邊法、測距三角高程法、測角法、GPS法、全站儀方向法、極坐標法等。本項目中對馬鞍山長江公路大橋橋塔的監(jiān)測，采用全站儀方向法與測距三角高程法相結(jié)合，對其塔柱線形變形進行測量。

2.3橋梁墩柱沉降監(jiān)測方法

在橋梁正常使用中，由于橋梁自重、車荷載、風荷載以及地震等因素的影響，通常會使橋梁的橋墩發(fā)生沉降，如果沉降過大，將嚴重影響其安全性能及耐久度。在橋梁沉降變形監(jiān)測中，常用的方法主要有GPS法、全站儀極坐標法、激光經(jīng)緯儀法、三角高程法、連通管法等方式[2]。馬鞍山長江公路大橋01標段橋墩沉降測量采用的方法為全站儀極坐標法結(jié)合測距三角高程法，對大橋各橋墩線形位移進行觀測，其基準點等級要求為二等水準監(jiān)測標準。

3橋梁線形監(jiān)測方案及實施

3.1技術(shù)標準和儀器設備

3.1.1技術(shù)標準

1）GB/T 18314—2009《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》;2）GB 50026—2020《工程測量標準》;3）GB/T 12897—2006《國家一、二等水準測量規(guī)范》;4）JTG C10—2007《公路勘測規(guī)范》;5）CH/T 2009—2010《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范》;6）JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》;7）JTG F80/1—2017《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準第一冊土建工程》;8）JTG H30—2015《公路養(yǎng)護安全作業(yè)規(guī)程》;9）JTS 131—2012《水運工程測量規(guī)范》;10）GB/T 24356—2009《測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》;11）CH/T 1001—2005《測繪技術(shù)總結(jié)編寫規(guī)定》;12）竣工設計圖紙、養(yǎng)護維修及其他相關(guān)技術(shù)資料（橋梁竣工及養(yǎng)護資料）;13）經(jīng)批準的本項目實施方案。

3.1.2主要設備

華測X12型GPS接收機、徠卡TS30全站儀、天寶Dini03水準儀、聯(lián)想筆記本計算機、HP1180c打印機。

3.2橋梁基準點控制網(wǎng)的布設

3.2.1平面基準點控制網(wǎng)布設

對于大型多跨斜拉橋、懸索橋、特大橋，其橋梁變形基準點、觀測點的布設一般都是視具體情況而定。由于馬鞍山長江公路大橋主結(jié)構(gòu)是由左漢橋、右漢橋、塔柱、兩側(cè)引橋以及部分立交匝道構(gòu)成，并且其左漢橋為懸索橋，右漢橋為斜拉橋。因此本項目中，馬鞍山長江公路大橋線形測量的平面首級控制均應按C級精度要求布設。C級GPS網(wǎng)由16個點組成（含4個起算點，即擬定MQP-2、MQP-4、MQP-8、MQP-11，該點為大橋原施工控制點），其中MQP-2～MQP-12為原控制網(wǎng)點，MQP-13～MQP-18為本次新建點。平面控制網(wǎng)基準點布設具體情況見圖1和表1。

3.2.2高程基準點控制網(wǎng)布設

本項目中，高程基準點控制網(wǎng)布設以兩個國家一等水準點為已知點，其控制網(wǎng)等級按《國家一、二等水準測量規(guī)范》確定為二等水準控制網(wǎng)。在大橋需要觀測的線形變形部位共設置24個二等基準點，共同構(gòu)成1條閉合路線，4個閉合環(huán)。

3.3橋面線形測量

在北引橋跨堤段橋面設置26個觀測點，在江心洲引橋跨堤段設置26個觀測點，在左漢懸索橋橋面設置270個觀測點，在右漢斜拉橋橋面設置214個觀測點，大橋匝道橋橋面設置19個觀測點。并用紅漆進行編號、標記。采用RTK技術(shù)進行實時定位測量，并結(jié)合全站儀極坐標法進行檢核。按照《RTK 規(guī)范》，每次測量均要求進行2測回觀測，其測回數(shù)為4。為了保證觀測精度，具體測量要求見表2和表3。

3.4塔柱線形測量

主塔偏位測量觀測點共計7個，在左漢懸索橋主塔偏位測量觀測點4個，右漢斜拉橋主塔偏位測量觀測點3個。測量采用靜態(tài)GPS測量，將主塔偏位測量觀測點GPS觀測數(shù)據(jù)與基準點觀測數(shù)據(jù)組成同步環(huán)，按C級網(wǎng)精度進行觀測，施測2個時段，每個時段不少于4個小時;高程采用GPS擬合高程，高程擬合的二等水準點不少于3個。左漢中塔中部點采用全站儀方向法結(jié)合測距三角高程法施測。

3.5橋梁墩柱線形測量

在北引橋跨堤段橋墩設置6個沉降觀測點，在江心洲引橋跨堤段橋墩設置5個沉降觀測點，并設置12個位移觀測點;在左漢懸索橋南、北錨碇設置位移及沉降觀測點各8個，共計32 個觀測點;在主塔承臺設置36個沉降觀測點;在右漢斜拉橋設置8個沉降觀測點。

沉降測量采取水準測量的方法，按二等水準測量的精度進行觀測，先聯(lián)測各高程基準點，按閉合水準路線測量，沉降測量完成后進行高程平差，算出各沉降點的高程。左、右漢中塔承臺沉降觀測因無法聯(lián)測水準點，先采用測距三角高程法將工作基點由岸上基準點引至中塔承臺上，再采用水準測量的方法，按二等水準測量的精度進行中塔承臺沉降測量。然后將測量結(jié)果進行平差計算及數(shù)據(jù)分析。

位移測量采用全站儀極坐標法進行。極坐標法（交會法）采用全站儀距離觀測4測回，每次讀數(shù)三次，讀數(shù)至1mm，一測回讀數(shù)較差3 mm，測回間較差5 mm。在儀器站每邊測定一次氣象元素，溫度讀至0.2℃，氣壓讀至50 Pa或0.5 mmHg。測距均在大氣穩(wěn)定和成像清晰的氣象條件下進行觀測，大氣透明度很差的情況下不作業(yè)，測量結(jié)束后進行平差計算及數(shù)據(jù)分析。

4監(jiān)測成果和精度分析

根據(jù)GB 50026—2020《工程測量標準》二等精度監(jiān)測要求規(guī)定：對于橋梁變形測量，平面基準點控制網(wǎng)的相鄰點位，中誤差須小于等于±3 mm，高程基準點控制網(wǎng)的相鄰點位，中誤差須小于等于±0.5 mm。變形坐標的平面、高程基準點控制網(wǎng)的相鄰點位，中誤差須分別小于等于±3 mm和±1 mm。

通過對馬鞍山長江公路大橋橋面、塔柱、墩柱線形測量，采用徠卡TS30全站儀進行基準點坐標觀測，然后采用華測GPS數(shù)據(jù)處理軟件包進行靜態(tài)GPS平差、二等水準測量平差。其部分監(jiān)測成果如下：1）左漢懸索橋橋面線形觀測共計270個點，對這些點進行坐標及高程三維復測，并繪制橋面線形圖。2）對于左漢塔柱線形測量，采用全站儀方向法結(jié)合測距三角高程法靜態(tài)GPS測量，并用華測GPS數(shù)據(jù)處理軟件包平差計算。3）對左漢懸索橋主塔進行沉降觀測，并采用華測GPS數(shù)據(jù)處理軟件包對其進行平差計算，其塔柱線形測量成果與原測量成果的對比分析如表4所示。

通過馬鞍山長江公路大橋左漢懸索橋橋面、塔柱、墩柱線形測量結(jié)果可知，其線形變形監(jiān)測水平坐標誤差均在3 mm以內(nèi)，高程坐標誤差均在1 mm以內(nèi)，完全滿足規(guī)范中±3 mm 和±1 mm的精度要求。

5結(jié)語

通過上述馬鞍山長江公路大橋01標段橋面、塔柱、墩柱線形測量的實例可知，施測過程中水平位移變形、撓度變形、沉降變形的監(jiān)測精度均符合規(guī)范的要求，具有一定的指導意義。

【參考文獻】

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