變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用

朱興志

摘要：針對橋梁變形情況的監(jiān)測，是確保橋梁正常使用和及時維護(hù)延長使用壽命的重要前提。在橋梁變形監(jiān)測技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，很多變形監(jiān)測技術(shù)具有結(jié)合運(yùn)用的基礎(chǔ)條件，可以提高監(jiān)測效率和效果。鑒于此，本文分析了變形監(jiān)測技術(shù)類型，總結(jié)了變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用方法。希望各類針對橋梁變形監(jiān)測的技術(shù)可以得到推廣，提高橋梁變形監(jiān)測質(zhì)量和水平。

關(guān)鍵詞：橋梁變形;監(jiān)測技術(shù);橋梁監(jiān)測;應(yīng)用方法

橋梁所處地質(zhì)環(huán)境截然不同，外部環(huán)境的變化也對橋梁變形產(chǎn)生不利影響。實(shí)時監(jiān)測橋梁變形情況，有益于在橋梁嚴(yán)重變形之前開展維修養(yǎng)護(hù)，將橋梁變形帶來的經(jīng)濟(jì)損失控制在最小范圍[1]。目前針對橋梁變形監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，然而并非所有監(jiān)測人員都掌握了所有技術(shù)類型，變形監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用不當(dāng)監(jiān)測結(jié)果也會出現(xiàn)明顯誤差。為此，更有必要深入探究變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用方法，現(xiàn)作如下分析。

1? ? 變形監(jiān)測技術(shù)類型

1.1 大地測量法

對于橋梁變形情況的檢測，早期基本都在使用大地測量法。這種方法主要是在橋梁周邊附近甄選參照物，并以參照對象的距離和基準(zhǔn)點(diǎn)判斷前后兩次測量數(shù)據(jù)的差值。根據(jù)垂直和水平兩個方向的位移差值可判斷出橋梁變形情況，是否處于可控范圍之列[2]。通常情況下需配合電子或光學(xué)儀器完成測量，測量精準(zhǔn)度較高但是也存在一定的人為干擾，所以大地測量法實(shí)用性較強(qiáng)但可靠性一般。

1.2 物探法

物探法主要是用傳感器檢測橋梁變形情況，需要與測力計(jì)、位移計(jì)、水平儀等設(shè)備同時使用，而傳感器主要用于記錄這些儀器的測量數(shù)值。但是在測量中，通常僅對橋梁局部變形情況測量精準(zhǔn)，傳感器受到外部溫度和壓力的雙重影響，測量數(shù)據(jù)會產(chǎn)生一定偏差。而且需要將傳感器固定在橋梁檢測位置，在遇到極端惡劣的天氣時，物探法檢測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度會產(chǎn)生干擾，且可靠性也會大幅下降。

1.3 GPS技術(shù)

GPS技術(shù)逐漸成熟，在檢測橋梁變形情況方面也得到了廣泛應(yīng)用。通過GPS技術(shù)來定位橋梁的靜態(tài)地理信息數(shù)據(jù)，在橋梁發(fā)生變形時則可以對比原有數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)橋梁位置與地形之間的位移關(guān)系，規(guī)避人為檢測數(shù)據(jù)的不確定性[3]。GPS回傳數(shù)據(jù)以衛(wèi)星測定結(jié)果為準(zhǔn)，相對的檢測數(shù)據(jù)精度較高，而且能夠?qū)蛄鹤冃吻闆r進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，測量精度和準(zhǔn)確度都相對更高。

1.4 INSAR技術(shù)

INSAR技術(shù)，是一種用合成孔徑雷達(dá)進(jìn)行探測的技術(shù)，在橋墩檢測中的應(yīng)用比例相對較高。微波合成孔徑雷達(dá)的檢測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度很高，圖像數(shù)據(jù)可以呈現(xiàn)出橋墩內(nèi)部的具體變形規(guī)律和趨勢。即便是微小變形差異，也可以通過INSAR技術(shù)來進(jìn)行測量，且測量范圍較大并不受空間外部環(huán)境的干擾。所以，INSAR技術(shù)基本上突破了距離和空間限制，在較為惡劣的環(huán)境下也可以結(jié)合GPS技術(shù)進(jìn)行測量，測量結(jié)果的可靠性較高。

2? ? 變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的基本應(yīng)用原理

2.1 橋梁沉降變形監(jiān)測原理

針對橋梁沉降變形的監(jiān)測，通過垂直方向位移監(jiān)測數(shù)值的變化，來判斷橋梁是否在長期使用中發(fā)生了沉降現(xiàn)象。在找準(zhǔn)觀測點(diǎn)之后，對橋梁固定位置狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。監(jiān)測環(huán)節(jié)以前后兩次的對比數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，確定監(jiān)測結(jié)果不受外部環(huán)境變化而產(chǎn)生偏差值。通常情況下，監(jiān)測橋梁沉降變形情況時，會選擇附合水準(zhǔn)路線或者是閉合水準(zhǔn)路線兩種方案。但是具體采取的監(jiān)測技術(shù)類型，還需結(jié)合橋梁實(shí)際情況而定，需要監(jiān)測人員具備更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確保監(jiān)測結(jié)果不受到人為干擾因素的負(fù)面影響。

2.2 橋梁承臺水平變形監(jiān)測原理

橋梁承臺的水平監(jiān)測，主要是針對橋梁承臺在水平角度上的平面位移情況進(jìn)行判斷。利用提前布設(shè)的觀測水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)，來綜合判斷橋梁承臺是否在使用多年后發(fā)生了水平形變現(xiàn)象。監(jiān)測時工作人員需要確?；鶞?zhǔn)控制網(wǎng)可以覆蓋橋梁承臺水平范圍，基準(zhǔn)線數(shù)量依據(jù)橋梁承臺水平位置而定。如果以一條基準(zhǔn)線為監(jiān)測標(biāo)的，則需要校準(zhǔn)測量距離并提前布置校核點(diǎn)。如果采取多重復(fù)測的方案，則需要保證橋梁承臺工程中無明顯的人為干擾因素。監(jiān)測人員可以采取野外組檢查法或者是室內(nèi)細(xì)檢法，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果客觀有效。

3? ? 變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用方法

3.1 橋梁沉降監(jiān)測

橋梁沉降問題的干擾因素較多，基本上與地質(zhì)地貌和諸多外部干擾因素有關(guān)。在監(jiān)測橋梁沉降的變形問題時，往往需要對橋梁沉降問題進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)分析，才能確保反饋的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果可以客觀反映橋梁當(dāng)前的具體變形情況。沉降觀測點(diǎn)的埋設(shè)必須牢固可靠，才能確保對于監(jiān)測橋梁沉降情況獲得精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。檢測人員需要結(jié)合實(shí)際工況，對觀測點(diǎn)采用帶有球形立尺點(diǎn)的不銹鋼螺栓、隱蔽式裝置，埋設(shè)于±0.000上約30～50 cm處。并對原設(shè)計(jì)圖標(biāo)注橋梁建筑物相應(yīng)位置進(jìn)行分析，與實(shí)際布設(shè)的觀測點(diǎn)進(jìn)行比較，以便于觀察為基本原則。

監(jiān)測橋梁沉降變形情況，還要對當(dāng)前地質(zhì)環(huán)境變化做出客觀分析。所以通常情況下大地測量法需要與GPS技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用，并建立自橋梁建設(shè)之初的歷史數(shù)據(jù)庫，從而判斷橋梁變形后達(dá)到具體量值。同時觀測人員必須校準(zhǔn)兩次測量時的基準(zhǔn)點(diǎn)和水平線，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)具體的沉降范圍。除此之外，監(jiān)測橋梁沉降情況，還需要確保橋墩底部的監(jiān)測數(shù)據(jù)精度，可以在附合水準(zhǔn)及閉合水準(zhǔn)下完成測量，確保科學(xué)設(shè)置觀測網(wǎng)，對于校準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度具有積極作用。

3.2 承臺水平監(jiān)測

承臺水平監(jiān)測主要是對于橋梁變形情況可控性的分析，通常需要借助全站儀來完成監(jiān)測。全站儀是電子測距設(shè)備，屬于集光、機(jī)、電為一體的精密儀器，能夠?qū)蛄撼信_水平和垂直角度的偏差值進(jìn)行測算，可以通過斜距和平距的差值來判斷橋梁承臺是否發(fā)生變形。如果使用全站儀對橋梁承臺的高差進(jìn)行測量，也可以直接獲得二等平面位移監(jiān)測的要求。所以，在觀測橋墩埋設(shè)情況和基準(zhǔn)線夾角時，采取全站儀進(jìn)行監(jiān)測的效果較為理想。可以幫助監(jiān)測人員獲取橋梁承臺變形情況的高精度數(shù)據(jù)，提高對于橋梁承臺變形情況判斷的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而做出更為可靠的變形情況分析。

除此之外，承臺水平監(jiān)測需按照Ⅱ級水準(zhǔn)測量精度采用閉合法，對相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)高差控制在±0.5 mm的誤差值范圍之內(nèi)。視線長度不應(yīng)高于35 m，而前后視距差也需要盡量小于1 m，前后視距差總體累計(jì)不得超過3 m，基輔分劃讀數(shù)的誤差值不得超過0.3 mm，基輔分劃所測高差也需要保持在0.5 mm之內(nèi)，符合水準(zhǔn)線路閉合差值不得大于1.0 mm。在明確了水準(zhǔn)觀測值以后，還需要進(jìn)一步對水準(zhǔn)儀進(jìn)行多次校驗(yàn)，避免水準(zhǔn)尺出現(xiàn)前后測量數(shù)值的觀測誤差。至少確保視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸間夾角低于10″的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，從而保證儀器性能良好且可以用于對承臺水平情況的監(jiān)測。如果儀器測量值前后誤差超過了預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，則需要及時更換測量設(shè)備，并對之前所測結(jié)果進(jìn)行核驗(yàn)。

3.3 監(jiān)測結(jié)果分析

橋梁變形問題極為復(fù)雜，大地測量法和物探法都有一定的技術(shù)缺陷，所以在實(shí)際監(jiān)測環(huán)節(jié)中通常都會結(jié)合GPS技術(shù)與INSAR技術(shù)。但是在分析監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果時，監(jiān)測人員也需要盡量規(guī)避主觀判斷因素。這是因?yàn)闃蛄核幍刭|(zhì)環(huán)境截然不同，多次測量時受到的人為干擾因素也不盡相同。尤其在外部環(huán)境條件惡劣的情況下，更要通過多次測量來降低測量數(shù)據(jù)的誤差值，才能確保各種干擾因素不對監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生過大影響。目前INSAR技術(shù)的相關(guān)監(jiān)測設(shè)備，都是采樣方式為連續(xù)提升監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，以多通道自動循測中英文輸出的方式為監(jiān)測人員提供實(shí)時報(bào)告。所以，在分析監(jiān)測結(jié)果時，也需要對橋梁變形情況的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而在短期內(nèi)測量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)較為明顯的誤差，排除掉誤差值較大的數(shù)據(jù)后，再對原有數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，避免數(shù)據(jù)丟失造成復(fù)驗(yàn)結(jié)果可信度低的問題。如果監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)明顯的數(shù)據(jù)查找波動，也需要再次調(diào)整相關(guān)監(jiān)測設(shè)備的探測角度和基準(zhǔn)點(diǎn)，規(guī)避人為操作不當(dāng)造成的監(jiān)測結(jié)果不準(zhǔn)確的問題出現(xiàn)。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，橋梁變形監(jiān)測技術(shù)類型主要包括，大地測量法、物探法、GPS技術(shù)以及INSAR技術(shù)。各種針對橋梁變形的監(jiān)測技術(shù)各有優(yōu)勢，也存在一些影響監(jiān)測結(jié)果的不利因素。在具體的監(jiān)測環(huán)節(jié)中，建議重點(diǎn)關(guān)注橋梁沉降監(jiān)測和承臺水平監(jiān)測，從而及時發(fā)現(xiàn)橋梁變形的成因和趨勢。與此同時，建議監(jiān)測人員對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行細(xì)致分析，最大限度地降低人為干擾因素，以確保監(jiān)測結(jié)果的精準(zhǔn)度，提高橋梁變形監(jiān)測的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 王偉，黨亞民，章傳銀，等.CORS網(wǎng)和GNSS技術(shù)在地面變形監(jiān)測中的應(yīng)用：以浙江東南部為例[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2021，32（2）：73-77.

[2] 倪飛，王浩丞，楊藝卓，等.三維激光掃描技術(shù)在高速公路運(yùn)行非接觸式變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].測繪通報(bào)，2021（3）：164-166.

[3] 謝錢波.成測量技術(shù)在基坑變形監(jiān)測中的應(yīng)用：以蕪湖火車站基坑為例[J].西部資源，2021（1）：150-152.