| 标题 | 关于变形监测技术在桥梁监测中应用的探讨 |
| 范文 | 彭家真 摘要：随着工程建设对安全性要求越来越高，工程测量也要求越来越精确，其中变形监测是尤为重要的一项内容。变形监测作为监测手段中必不可少的一部分，可以实现对建筑物和工程设施的安全状态的分析并对其进行科学、合理的评价，研究桥梁建筑物及其各组成部分在自身重力及外部因素作用下变形的规律，这在桥梁检测中是一种重要的技术手段。这篇文章主要讨论变形监测技术在桥梁监测中的应用，对高速公路桥梁的沉降和其承台水平位移进行监测，探究变形监测的实施方法、数据分析及处理，常用的桥梁变形规律在其监测中的应用。掌握桥梁变形的一般规律，是为了做出桥梁养护的相对准确的监测意见及其报告，为桥梁建设事业保驾护航。 关键字：变形监测技术；桥梁检测；应用 引言 我们的祖国作为发展中的国家，近年来发展的迅猛程度令人惊叹。同时作为人口众多的国家，在发展的同时也伴随着人口压力和交通压力，立交桥的建设为缓解交通压力贡献了应有的力量。桥梁建设事业应运而生，并处于不断发展的阶段。结构复杂的桥梁层出不穷，规模也在不断扩大，这都预示着桥梁施工的发展方向是逐步实现超大化。此时，对桥梁进行的变形监测就是必不可少的。 从概念上来说，变形监测就是测量，用以精确定位被检测的对象或者物体的空间位置，或者研究其内部形态随时间所发生的变化特征，对于建筑物和工程建设施工有相当重要的意义。它是实现对建筑物安全状态的分析和评价、对设计参数进行分析和评价、对设计和现场施工质量的反馈、对变形规律的掌握和做出预报变形的重要方法。桥梁变形监测的主要工作是监测桥梁的整体性能，充分利用工程测量知识、掌握先进的测量技术、使用科学、精度相对较高的测量仪器，定期或不定期对桥梁的垂直和水平两个方向的位移变形进行监测。对于要求较高的桥梁，要利用现场测量所得实时数据，并做出影响线或者影响面，更直观观察桥梁各部位位移的变形状态，分析规律，指导施工，制定科学的桥梁维修措施，不断完善其养护办法。 这片文章以对广深高速公路桥梁监测所得实际的有效数据为例，介绍变形监测技术在桥梁监测中的应用。有效结合变形监测数据和工程实际，合理处理数据，总结变形规律，为现场施工的安全性提供理论保障和技术支持。 一、桥梁变形监测的理论分析 为确定现场作业方法，要对桥梁进行变形监测，这样可以提高对建筑物或构筑物的实际变形过程或变形趋势分析的精确度，也是检验桥梁设计和施工质量的重要方法。桥梁变形监测不仅包括桥梁沉降监测，还包括对承台水平位移的监测。在工程建设中，地面的沉降是常见的一种地质现象，同时也是不可避免的，它是一种环境地质变化，区域特性较为显著，因此，沉降监测是桥梁监测的重要内容之一。在建设桥梁时，要求技术人员把握桥梁的变形监测以及变形的程度，所以监测在水平方向上承台的位移也是很重要的。 不同的桥梁建筑物或者工程对测量的要求和规范也可能是不同的，这就要求技术人员能够根据工程个体的差异性特点，严格按照规范确定桥梁变形测量的等级和满足要求的精度，确保现场规范和安全作业。 （一）桥面沉降 桥面沉降也就是桥梁垂直方向上位移的变形。桥梁沉降观测的原则包括以下五条，⑴稳定点位基准点、工作基点和观测点；⑵仪器和设备要能平稳固定；⑶同一测量过程尽量稳定测量人员，避免更大的误差；⑷确保观测和环境条件前后一致；（5）对工程中各组成部分进行观测时，要求选择相同的观测路线，固定同一镜位，并运用相同的程序和方法。 桥面沉降监测包括布设沉降观测点，测量网，对跨河桥的沉降监测等多方面的内容。现场施工，大多采用闭合水准路线或附合水准路线的方法，运用高精度水准仪对沉降观测网进行确定。对于桥墩在河中央的跨河桥，就只能采用闭合水准测量这一种方法。测量时，把仪器架设在桥台上，把前后相邻的两个桥台作为测点进行观测，往测结束后进行返测，测量往测时没有测量的点。再通过往测已经侧过的点观测中间联测的部分，作跨河水准测量路线如下图。 图一跨河水准测量路线图 （二）承台水平监测 桥梁水平监测的主要内容是桥梁承台的水平位移监测，是通过观测水平位移基准网和测量水平位移观测点来实现的。在实际监测过程中，对控制网进行的布设和校核需要放在首要位置，它根据基准线条数的不同，在监测时分为两种不同的情况。对于简单的只布设一条基准线的大桥，在建立校核基准线稳定性要求的校核点的基础上，只需要对基准点的距离进行测量。但是如果大桥有多条基准线，除了以上监测过程，还要测量两个相邻基准点之间的距离和角度。利用多次现场操作的经验分析，得出测角误差和测距误差是影响观测精度的主要因素。 二、实施桥梁变形监测的方法分析 （一）工程概况 广深高速公路途径经济发达地区，是国家众多主干道中占有重要地位的一条，它全长约123Km。沿广深高速全线，共有99座桥梁，全长达45.35Km，其中立交桥占约?，长约12.8Km，上跨桥9座，总长1.1Km。可以作为代表性研究对象。 （二）桥梁工程项目监测 对广深高速公路的监测主要是沿着公路方向设置水准控制网和一些必要的水准控制点，对主线上的桥梁实行变形监测，这样做的目的是为了掌握桥梁结构在使用过程中的变形情况，为今后的养路工作打下基础。 （三）观察并测量桥面沉降 1.布设并测量沉降观测点和观测网 对所有需要监测的桥梁布设监测点，对于由于时间的推移或施工操作不当造成的破坏，要根据现场地址条件，适当在桥墩底部增设控制点。一般来说，三等水准采用闭合水准路线或者附合水准路线，按规范精度要求四等。 2.对沉降的监测 在对本工程进行监测测量时采用精度较高的DINI12高精度数字水准仪（±0.3mm/km），仪器必须要使用检定合格的产品，并且在施工使用前要进行严格具体的校正。工程采用闭合或附合水准线，布设时要根据监测点的分布情况埋设工作基点，保证技术人员前后可看到的距离，注意对路线的固定。 检查至少三个以上的工作基点是每期观测沉降必不可少的前期工作，检查过程中，发现任何不合格的情况，都要继续检查更多的基点。从而判别本工程基点的合格度，从而制定相关的施工措施。利用测量所得到的高程数据，观察周围的各个沉降点，采用闭合或附合水准路线。要通过对基准点的检测，分析判断，以保证工作基点的可靠性，从而确保观测成果的可靠，并把所有检测资料存档上交。 3.跨河桥监测方法 为了研究变形监测技术在跨河桥桥梁监测中应用，对四座具有代表性的跨河桥进行水平位移基准网观测和水平位移观测点测量等等，这些大桥分别是东洲河大桥、川搓大桥、赤窑大桥、道窑大桥。下图是川搓大桥的监测点位置分布图。 图二川搓大桥监测点位置布置图 （三）承台水平监测 对跨河桥进行承台水平位移观测时，采用满足精度要求的TCA2003全站仪，测距精度为1mm+1ppm，测角精度要精确到秒。墩的埋设要求平面位移观测的精度为二等，但是我们原来布设的控制网并没有采取强制队中装置，所以要墩的埋设进行单独观测。本工程在测量各个观测点和基线之间的夹角时采用方向观测方法，同样采用此方法去观测基准点相对观测点之间的斜距。利用测量得到的数据计算监测点的坐标，再同之前的数据进行比较，选用比较精准的那组数据。采用具有自动瞄准功能的TCA2003进行观察，通过在监测点上安装棱镜的方法，可以在测量开始后实现自动锁定棱镜中心，不间断得进行观测，很有效得消除了人为因素和车辆通行时引起桥梁震动所造成的误差，保证测量数据的精确性。 （四）监测数据处理 1.对监测数据进行的检核 影响变形监测内部及外部因素有很多，监测所得数据必然存在一定程度的误差，包括：粗略测量引起的误差（这类误差需要尽力避免），系统误差（可通过使用精度更高的仪器或优化观测程序和方法减小误差，但此类误差不可避免），偶然误差。为了提高测量的精确度，要尽可能得消除较为明显的误差，尽可能提高监测精度，只有这样才能将观测误差对变形分析造成的影响降到最低。在对监测数据进行检核时，可以根据场地种类的不同分别采用野外监测和室内监测。由于场地因素的随时间在不断变化，要求当天就对当日测得的数据进行整理。 2.分析监测所得数据 在对桥梁变形进行监测和分析时，最主要的两方面内容是对于桥梁空间特性的掌握，并研究分析其动态变化。选定目标桥梁的代表性桥墩或承台特征点，对他们按时进行定期的反复检查，对监测所得数据进行分析总结，得出被监测点群的沉降、水平位移等在随时间变化时的变化特点，通过多次实验多的众多数据中，选择以组代表性数据，该组数据要能很好反应数据的变化规律，为对下一组数据的预测提供依据，用于对目标建筑物或结构安全状况的评估，评判施工方法的合理性，为工程制定出更加完善的措施，缩小工期，节约成本。 通过以上例子的分析和研究，得出在我国桥梁建设中，大部分桥梁墩柱的稳定性相对良好，其沉降量相对并不明显，不影响桥梁和安全性，也不会缩短桥梁的使用年限，但仍然有个别桥墩发生了一定程度的下沉，但经过多次监测，这些下沉的桥墩并没有出现破坏现象。并且在采取措施进行加固后，并没有再发现沉降。经监测合格。 结语 桥梁监测变形是桥梁运行、管理和后期维护的重要手段，对保证公共交通出行安全具有很重要的意义，保证监测变形的精确度就很重要。虽然监测理论已经基本走向成熟，但对于不同工程出现的突发问题还是应该引起足够的重视，需要技术人员不断努力优化方案，为桥梁安全做出应有的贡献。 参考文献 [1]刘梦微. 基于GPS的桥梁变形监测应用研究[D].东华理工大学，2013. [2]过家春. GPS技术在桥梁变形监测中的应用研究[D].合肥工业大学，2010. [3]朱新亮. 一种高速高精度光纤传感技术在桥梁监测中的应用[D].山东大学，2012. [4]董学智，李胜，李爱民. 变形监测技术在桥梁监测中的应用[J]. 测绘，2012，01：13-15. [5]赵正林. 有关GPS在桥梁变形监测中的应用[J]. 黑龙江科技信息，2012，13：88. [6]王红霞. 三维激光扫描技术在桥梁监测中的应用[D].兰州理工大学，2012. [7]张胜伟. 基于GPS技术的桥梁变形监测研究[D].山东理工大学，2012. [8]姚平. GPS在桥梁监测中的应用研究[D].同济大学，2008. 检查至少三个以上的工作基点是每期观测沉降必不可少的前期工作，检查过程中，发现任何不合格的情况，都要继续检查更多的基点。从而判别本工程基点的合格度，从而制定相关的施工措施。利用测量所得到的高程数据，观察周围的各个沉降点，采用闭合或附合水准路线。要通过对基准点的检测，分析判断，以保证工作基点的可靠性，从而确保观测成果的可靠，并把所有检测资料存档上交。 3.跨河桥监测方法 为了研究变形监测技术在跨河桥桥梁监测中应用，对四座具有代表性的跨河桥进行水平位移基准网观测和水平位移观测点测量等等，这些大桥分别是东洲河大桥、川搓大桥、赤窑大桥、道窑大桥。下图是川搓大桥的监测点位置分布图。 图二川搓大桥监测点位置布置图 （三）承台水平监测 对跨河桥进行承台水平位移观测时，采用满足精度要求的TCA2003全站仪，测距精度为1mm+1ppm，测角精度要精确到秒。墩的埋设要求平面位移观测的精度为二等，但是我们原来布设的控制网并没有采取强制队中装置，所以要墩的埋设进行单独观测。本工程在测量各个观测点和基线之间的夹角时采用方向观测方法，同样采用此方法去观测基准点相对观测点之间的斜距。利用测量得到的数据计算监测点的坐标，再同之前的数据进行比较，选用比较精准的那组数据。采用具有自动瞄准功能的TCA2003进行观察，通过在监测点上安装棱镜的方法，可以在测量开始后实现自动锁定棱镜中心，不间断得进行观测，很有效得消除了人为因素和车辆通行时引起桥梁震动所造成的误差，保证测量数据的精确性。 （四）监测数据处理 1.对监测数据进行的检核 影响变形监测内部及外部因素有很多，监测所得数据必然存在一定程度的误差，包括：粗略测量引起的误差（这类误差需要尽力避免），系统误差（可通过使用精度更高的仪器或优化观测程序和方法减小误差，但此类误差不可避免），偶然误差。为了提高测量的精确度，要尽可能得消除较为明显的误差，尽可能提高监测精度，只有这样才能将观测误差对变形分析造成的影响降到最低。在对监测数据进行检核时，可以根据场地种类的不同分别采用野外监测和室内监测。由于场地因素的随时间在不断变化，要求当天就对当日测得的数据进行整理。 2.分析监测所得数据 在对桥梁变形进行监测和分析时，最主要的两方面内容是对于桥梁空间特性的掌握，并研究分析其动态变化。选定目标桥梁的代表性桥墩或承台特征点，对他们按时进行定期的反复检查，对监测所得数据进行分析总结，得出被监测点群的沉降、水平位移等在随时间变化时的变化特点，通过多次实验多的众多数据中，选择以组代表性数据，该组数据要能很好反应数据的变化规律，为对下一组数据的预测提供依据，用于对目标建筑物或结构安全状况的评估，评判施工方法的合理性，为工程制定出更加完善的措施，缩小工期，节约成本。 通过以上例子的分析和研究，得出在我国桥梁建设中，大部分桥梁墩柱的稳定性相对良好，其沉降量相对并不明显，不影响桥梁和安全性，也不会缩短桥梁的使用年限，但仍然有个别桥墩发生了一定程度的下沉，但经过多次监测，这些下沉的桥墩并没有出现破坏现象。并且在采取措施进行加固后，并没有再发现沉降。经监测合格。 结语 桥梁监测变形是桥梁运行、管理和后期维护的重要手段，对保证公共交通出行安全具有很重要的意义，保证监测变形的精确度就很重要。虽然监测理论已经基本走向成熟，但对于不同工程出现的突发问题还是应该引起足够的重视，需要技术人员不断努力优化方案，为桥梁安全做出应有的贡献。 参考文献 [1]刘梦微. 基于GPS的桥梁变形监测应用研究[D].东华理工大学，2013. [2]过家春. GPS技术在桥梁变形监测中的应用研究[D].合肥工业大学，2010. [3]朱新亮. 一种高速高精度光纤传感技术在桥梁监测中的应用[D].山东大学，2012. [4]董学智，李胜，李爱民. 变形监测技术在桥梁监测中的应用[J]. 测绘，2012，01：13-15. [5]赵正林. 有关GPS在桥梁变形监测中的应用[J]. 黑龙江科技信息，2012，13：88. [6]王红霞. 三维激光扫描技术在桥梁监测中的应用[D].兰州理工大学，2012. [7]张胜伟. 基于GPS技术的桥梁变形监测研究[D].山东理工大学，2012. [8]姚平. GPS在桥梁监测中的应用研究[D].同济大学，2008. 检查至少三个以上的工作基点是每期观测沉降必不可少的前期工作，检查过程中，发现任何不合格的情况，都要继续检查更多的基点。从而判别本工程基点的合格度，从而制定相关的施工措施。利用测量所得到的高程数据，观察周围的各个沉降点，采用闭合或附合水准路线。要通过对基准点的检测，分析判断，以保证工作基点的可靠性，从而确保观测成果的可靠，并把所有检测资料存档上交。 3.跨河桥监测方法 为了研究变形监测技术在跨河桥桥梁监测中应用，对四座具有代表性的跨河桥进行水平位移基准网观测和水平位移观测点测量等等，这些大桥分别是东洲河大桥、川搓大桥、赤窑大桥、道窑大桥。下图是川搓大桥的监测点位置分布图。 图二川搓大桥监测点位置布置图 （三）承台水平监测 对跨河桥进行承台水平位移观测时，采用满足精度要求的TCA2003全站仪，测距精度为1mm+1ppm，测角精度要精确到秒。墩的埋设要求平面位移观测的精度为二等，但是我们原来布设的控制网并没有采取强制队中装置，所以要墩的埋设进行单独观测。本工程在测量各个观测点和基线之间的夹角时采用方向观测方法，同样采用此方法去观测基准点相对观测点之间的斜距。利用测量得到的数据计算监测点的坐标，再同之前的数据进行比较，选用比较精准的那组数据。采用具有自动瞄准功能的TCA2003进行观察，通过在监测点上安装棱镜的方法，可以在测量开始后实现自动锁定棱镜中心，不间断得进行观测，很有效得消除了人为因素和车辆通行时引起桥梁震动所造成的误差，保证测量数据的精确性。 （四）监测数据处理 1.对监测数据进行的检核 影响变形监测内部及外部因素有很多，监测所得数据必然存在一定程度的误差，包括：粗略测量引起的误差（这类误差需要尽力避免），系统误差（可通过使用精度更高的仪器或优化观测程序和方法减小误差，但此类误差不可避免），偶然误差。为了提高测量的精确度，要尽可能得消除较为明显的误差，尽可能提高监测精度，只有这样才能将观测误差对变形分析造成的影响降到最低。在对监测数据进行检核时，可以根据场地种类的不同分别采用野外监测和室内监测。由于场地因素的随时间在不断变化，要求当天就对当日测得的数据进行整理。 2.分析监测所得数据 在对桥梁变形进行监测和分析时，最主要的两方面内容是对于桥梁空间特性的掌握，并研究分析其动态变化。选定目标桥梁的代表性桥墩或承台特征点，对他们按时进行定期的反复检查，对监测所得数据进行分析总结，得出被监测点群的沉降、水平位移等在随时间变化时的变化特点，通过多次实验多的众多数据中，选择以组代表性数据，该组数据要能很好反应数据的变化规律，为对下一组数据的预测提供依据，用于对目标建筑物或结构安全状况的评估，评判施工方法的合理性，为工程制定出更加完善的措施，缩小工期，节约成本。 通过以上例子的分析和研究，得出在我国桥梁建设中，大部分桥梁墩柱的稳定性相对良好，其沉降量相对并不明显，不影响桥梁和安全性，也不会缩短桥梁的使用年限，但仍然有个别桥墩发生了一定程度的下沉，但经过多次监测，这些下沉的桥墩并没有出现破坏现象。并且在采取措施进行加固后，并没有再发现沉降。经监测合格。 结语 桥梁监测变形是桥梁运行、管理和后期维护的重要手段，对保证公共交通出行安全具有很重要的意义，保证监测变形的精确度就很重要。虽然监测理论已经基本走向成熟，但对于不同工程出现的突发问题还是应该引起足够的重视，需要技术人员不断努力优化方案，为桥梁安全做出应有的贡献。 参考文献 [1]刘梦微. 基于GPS的桥梁变形监测应用研究[D].东华理工大学，2013. [2]过家春. GPS技术在桥梁变形监测中的应用研究[D].合肥工业大学，2010. [3]朱新亮. 一种高速高精度光纤传感技术在桥梁监测中的应用[D].山东大学，2012. [4]董学智，李胜，李爱民. 变形监测技术在桥梁监测中的应用[J]. 测绘，2012，01：13-15. [5]赵正林. 有关GPS在桥梁变形监测中的应用[J]. 黑龙江科技信息，2012，13：88. [6]王红霞. 三维激光扫描技术在桥梁监测中的应用[D].兰州理工大学，2012. [7]张胜伟. 基于GPS技术的桥梁变形监测研究[D].山东理工大学，2012. [8]姚平. GPS在桥梁监测中的应用研究[D].同济大学，2008. |
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