某山區(qū)橋梁高墩糾偏監(jiān)測中北斗定位技術(shù)應(yīng)用分析

黎成

（中交建筑集團(tuán)第四工程有限公司，湖南長沙 410199）

0 引言

近年來，北斗定位技術(shù)有了長足進(jìn)步，采用此項(xiàng)技術(shù)開發(fā)出了高精度、自動化的監(jiān)測系統(tǒng)，為橋梁建設(shè)智能化跨越發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。我國山地廣布，山區(qū)橋梁占比高，各類山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。北斗定位技術(shù)作為一項(xiàng)新型監(jiān)測技術(shù)，可應(yīng)用于山區(qū)橋梁監(jiān)測，以顯著提高橋梁工程質(zhì)量，并能夠?yàn)闃蛄簩?shí)現(xiàn)安全運(yùn)營提供充分保障。基于此，以某山區(qū)橋梁工程為案例，探究北斗定位技術(shù)在糾偏定位中的具體應(yīng)用。

1 工程概況

某山區(qū)橋梁屬于高速公路的主線橋，建成于2016年年底，其中心樁號為K830+975。該橋梁長度為1392m，寬度為25.5m，橋面縱度最大為3.74%、最小為2.45%。上部結(jié)構(gòu)為T 梁，為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其支座為盆式結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)采用重力式橋臺，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墩柱為雙柱式，屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于山區(qū)的溫差較大，受此影響，橋梁會出現(xiàn)較為明顯的伸縮變形，這一問題積累到一定程度后，橋梁會出現(xiàn)墩頂位移超限病害[1]。該病害較為常見，因此監(jiān)測橋梁健康狀況時(shí)，主要監(jiān)測橋梁的高墩位移。監(jiān)測橋梁位移時(shí)可采用多種方法，其中GPS 位移監(jiān)測法應(yīng)用較廣泛，但該監(jiān)測技術(shù)在山區(qū)橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用沒有得到推廣。而人工監(jiān)測耗時(shí)耗力，監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確度低，且可能發(fā)生意外事故。因此在綜合比較后，確定使用北斗定位技術(shù)進(jìn)行該山區(qū)橋梁高墩監(jiān)測、糾偏[2]。

2 糾偏監(jiān)控方案

在該橋梁養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目的部分結(jié)構(gòu)交界墩處，發(fā)現(xiàn)存在墩頂位移超限病害，影響因素如下：首先是支座被腐蝕，導(dǎo)致接觸面凹凸不平，影響到摩擦系數(shù)；其次是主梁受溫差影響出現(xiàn)收縮與擴(kuò)張，導(dǎo)致橋梁墩身持續(xù)出現(xiàn)同向前移，隨著位移量不斷增大，橋梁墩底彎矩也隨之變大，最終使混凝土受到壓迫而斷裂。墩頂位移超限病害會導(dǎo)致橋墩無法承載較大壓力，并使橋梁線形出現(xiàn)明顯變化，降低橋梁的耐用性，不利于安全運(yùn)營[3]。

對該橋墩實(shí)施糾偏復(fù)位，應(yīng)依照橋梁維修加固實(shí)施方案，并結(jié)合公路橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測規(guī)范文件的相關(guān)要求，使用千斤頂進(jìn)行反向頂推。在此過程中，可將北斗監(jiān)測站及相關(guān)測量設(shè)備安裝到大橋上，以全面監(jiān)測橋墩的偏移量及傾斜值[4]。安裝過程中，在橋墩頂蓋梁一側(cè)及護(hù)欄上鉆孔安裝膨脹螺絲，由此固定三腳架；安裝北斗監(jiān)測站，墩頂蓋梁上安裝傾角儀。由于山區(qū)位置偏遠(yuǎn)，很難具備市政供電條件，因此所用的各種監(jiān)測設(shè)備，其所需電能都來自太陽能光伏板，同時(shí)現(xiàn)場應(yīng)備齊鋰電池用于緊急臨時(shí)供電。具體糾偏過程如圖1 所示。

圖1 糾偏過程示意圖

3 北斗監(jiān)測系統(tǒng)

北斗監(jiān)測系統(tǒng)作為一個綜合性的監(jiān)測預(yù)警云平臺，其主要功能是向各基礎(chǔ)設(shè)施提供智能化在線監(jiān)測服務(wù)。北斗監(jiān)測系統(tǒng)融合北斗定位、精密傳感、數(shù)字通訊以及云物聯(lián)等各項(xiàng)技術(shù)，在應(yīng)用中，可進(jìn)行不斷升級，滿足實(shí)際需求。同時(shí)，各類常規(guī)傳感設(shè)備都可匹配應(yīng)用于此系統(tǒng)。運(yùn)用此監(jiān)測系統(tǒng)，可收集各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、分析以及必要的后續(xù)開發(fā)。通過該系統(tǒng)，監(jiān)測及預(yù)警數(shù)據(jù)可經(jīng)傳輸設(shè)備傳遞至用戶，出具完整的監(jiān)測報(bào)告，并提出具體的解決措施，從而為用戶順利高效地開展保養(yǎng)工作奠定基礎(chǔ)。

北斗監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)容繁多、規(guī)模龐大，系統(tǒng)內(nèi)部含有不同的結(jié)構(gòu)物，并有相應(yīng)的監(jiān)測子系統(tǒng)，主要用于收集監(jiān)測信息，匯總后傳輸至中央數(shù)據(jù)庫，從而實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)評估[5]。工程試驗(yàn)過程中，通過北斗監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，主要目的如下：

第一，針對橋梁高墩復(fù)位異常情況，通過運(yùn)用北斗監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程建設(shè)中的各類潛在問題，并發(fā)出預(yù)警信息，從而實(shí)現(xiàn)糾偏。

第二，對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)實(shí)施監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)方面存在的問題，并快速發(fā)出預(yù)警信息。

第三，針對橋梁墩柱復(fù)位情況實(shí)施監(jiān)測，判斷其質(zhì)量，通過糾偏監(jiān)測，使橋梁高墩線形符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集

4.1 人工監(jiān)測

運(yùn)用全站儀收集監(jiān)測數(shù)據(jù)，鎖定存在病害問題的橋墩，在橋墩頂部與底部的中心部位粘貼應(yīng)變片，以提高監(jiān)測效果。監(jiān)測過程中，需準(zhǔn)確布置設(shè)備，將其與橋墩中心線保持水平狀態(tài)。一個橋墩監(jiān)測完畢后，應(yīng)立即移動全站儀，設(shè)置新的監(jiān)測點(diǎn)[6]。再采用人工方式記錄全站儀的位移信息，并做好位移量統(tǒng)計(jì)。

4.2 北斗監(jiān)測

可綜合運(yùn)用北斗監(jiān)測站與基準(zhǔn)站，收集監(jiān)測站位移信息，并通過衛(wèi)星定位技術(shù)向基準(zhǔn)站傳遞，經(jīng)過加工處理，繼續(xù)傳輸至北斗云平臺，最終在用戶端顯示。北斗智能監(jiān)測云平臺如圖2 所示。

圖2 北斗智能監(jiān)測云平臺

采用北斗監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行預(yù)警及評估，可對比實(shí)測值與條件值，分析異動情況及以往監(jiān)測數(shù)據(jù)?；诖?，分析預(yù)測后續(xù)發(fā)展趨勢，分析各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的相關(guān)性，從而對橋梁結(jié)構(gòu)安全及穩(wěn)定性做出準(zhǔn)確評估[7]。所得評估結(jié)果若未超出標(biāo)準(zhǔn)值，則表明橋梁不存在安全問題；若超出標(biāo)準(zhǔn)值，表明橋梁存在病害問題，此時(shí)系統(tǒng)會發(fā)出預(yù)警信息[8]。

5 數(shù)據(jù)結(jié)果對比

橋梁高墩糾偏過程中，主要依據(jù)位移量來控制水平頂推，測量千斤頂?shù)捻斖莆灰屏繒r(shí)，需用到鋼尺[9]，每平移2cm 監(jiān)測一次。由于10 號、22 號糾偏墩出現(xiàn)明顯的位移，因此將其選定為對象，對比人工監(jiān)測及北斗監(jiān)測數(shù)據(jù)，兩者對比情況如表1 所示。通過分析對比數(shù)據(jù)可知，兩項(xiàng)監(jiān)測結(jié)果的偏差均值都小于3mm，誤差的相對標(biāo)準(zhǔn)差都未超過1，表明數(shù)據(jù)不存在明顯的離散。此外，兩者具有良好的擬合匹配度，相比較而言，北斗監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定性更高，兩者數(shù)據(jù)對比如圖3 所示。

表1 北斗數(shù)據(jù)與人工數(shù)據(jù)對比（單位：mm）

圖3 人工測量與北斗一測量數(shù)據(jù)曲線

經(jīng)分析可知，利用傾角儀收集到的數(shù)據(jù)明顯超過標(biāo)準(zhǔn)值。由此可判斷，糾偏高墩橋梁位移時(shí)，其上下節(jié)段的墩柱位移變動為非線性，傾斜帶有一定的弧度，測量角度變化值遠(yuǎn)大于實(shí)際值，表明利用傾角儀無法準(zhǔn)確測量高墩位移。

6 結(jié)語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的山區(qū)橋梁建造數(shù)量越來越多，因山地崎嶇不平，所建橋梁需設(shè)計(jì)高墩，但由于其抗推剛度較小，受橋梁上部結(jié)構(gòu)傳遞的水平推力的影響，會出現(xiàn)明顯的墩頂位移[10]。基于此，文章對北斗智能監(jiān)測技術(shù)及云平臺系統(tǒng)在橋梁糾偏監(jiān)控中的具體應(yīng)用方式，并通過與人工測量對比，總結(jié)出北斗定位技術(shù)的精確度更高，更具可行性。通過運(yùn)行試驗(yàn)可知，該系統(tǒng)可長期保持穩(wěn)定運(yùn)行，并能夠快速、準(zhǔn)確地傳輸糾偏山區(qū)橋梁的監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而使相關(guān)人員能夠掌握橋梁的運(yùn)營情況，并降低監(jiān)測成本。此外，為提升監(jiān)測智能化程度，可在北斗云平臺中配置各類傳感器，完整收集監(jiān)測數(shù)據(jù)并進(jìn)行全方位評估。相信隨著技術(shù)水平的不斷提升，北斗定位技術(shù)也將在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中得到更加充分的應(yīng)用。