陳 泉

(湖南城市學(xué)院土木工程檢測中心，湖南 益陽 413000)

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

陳 泉

(湖南城市學(xué)院土木工程檢測中心，湖南 益陽 413000)

主要分析了橋梁變形測量的主要內(nèi)容、應(yīng)用原理與技術(shù)方法，旨在為今后橋梁建設(shè)事業(yè)的完善提供參考。

變形監(jiān)測技術(shù)；橋梁監(jiān)測；技術(shù)應(yīng)用

1 橋梁變形監(jiān)測的內(nèi)容及應(yīng)用原理

1.1 橋面沉降監(jiān)測

橋面沉降監(jiān)測就是對橋梁垂直方向上位移變形的測量。在實(shí)際操作中，橋梁沉降監(jiān)測主要依據(jù)的原則分別為：點(diǎn)位基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和觀測點(diǎn)的穩(wěn)定；儀器和設(shè)備的放置必須平穩(wěn)固定；測量人員在同一測量過程中盡量保證穩(wěn)定，以防止更大誤差的出現(xiàn)；保證前后一致的觀測與環(huán)境條件；以及在對工程中各組成部分進(jìn)行觀測時，保證鏡位的固定同一、觀測路線選擇與運(yùn)用程序方法的相同這五條。而在內(nèi)容方面，橋面沉降監(jiān)測則包括了布設(shè)沉降觀測點(diǎn)，測量網(wǎng)，對跨河橋的沉降進(jìn)行監(jiān)測等多個方面。在現(xiàn)場實(shí)際施工中，橋梁沉降監(jiān)測一般采用閉合水準(zhǔn)路線或附合水準(zhǔn)路線的方法對位移變形進(jìn)行測量，并通過高精度水準(zhǔn)儀的運(yùn)用，確定沉降觀測網(wǎng)。而閉合水準(zhǔn)測量法則適用于橋墩在河中央的跨河橋，在測量時先將儀器架設(shè)在橋臺上，再選擇兩個前后相鄰的橋臺作為測點(diǎn)進(jìn)行觀測，待測量結(jié)束后還需進(jìn)行返測來測量往測時遺漏測量的點(diǎn)，最后對于中間聯(lián)測的部分則通過往測已測點(diǎn)來進(jìn)行觀測。

1.2 橋梁的水平監(jiān)測

主要是通過監(jiān)測橋梁承臺的水平位移來對橋梁進(jìn)行的監(jiān)測稱之為橋梁的水平監(jiān)測，在橋梁的水平監(jiān)測中水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)觀測及水平位移觀測點(diǎn)測量為主要的兩個監(jiān)測內(nèi)容。實(shí)施承臺水平位移監(jiān)測，首先需注意控制網(wǎng)的布設(shè)和校核，當(dāng)基準(zhǔn)線的大橋只需布設(shè)一條時，只需對其基準(zhǔn)點(diǎn)的距離進(jìn)行測量，但校核點(diǎn)仍需建立，以此檢驗(yàn)核對基準(zhǔn)線是否穩(wěn)定。而對于布設(shè)了多條基線的大橋，除基準(zhǔn)線距離的測量與檢核之外，還需對相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離及角度進(jìn)行測量。在具體的水平位移觀測點(diǎn)觀測中，測角誤差和測距誤差是主要影響其觀測精度的兩大因素。

2 橋梁變形監(jiān)測的方法分析

2.1 常規(guī)大地測量法

作為二十世紀(jì)八十年代前最主要的橋梁變形測量方法，常規(guī)大地測量法通常需要在電子或光學(xué)測量儀器(包括水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、電磁測距儀、全站儀等)的輔助下，基于橋梁監(jiān)測的需求，對角度和距離等進(jìn)行反復(fù)地周期性測量，以保證橋梁監(jiān)測點(diǎn)三維坐標(biāo)的獲取，進(jìn)而對橋梁結(jié)構(gòu)的垂直位移和水平位移進(jìn)行確定。隨著各種精密儀器的出現(xiàn)與使用，常規(guī)大地測量法因其較高的靈活性和高精度測量倍受歡迎，在橋梁監(jiān)測中應(yīng)用廣泛，在多種不同結(jié)構(gòu)形式的橋梁變形監(jiān)測精度要求中都可適用。然而，該方法在實(shí)際工作中也有著致命的缺陷，緩慢的監(jiān)測速度，較低的自動化程度，大量的人力、物力需求，且易受現(xiàn)場地形、天氣和通視等條件的影響等都或多或少地限制了該方法在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

2.2 物理傳感器法

由于常規(guī)大地測量法的種種缺陷以及只能用于獲取橋梁整體變形信息的局限，物理傳感器法應(yīng)運(yùn)而生。將物理傳感器引入局部橋梁監(jiān)測中，可用于監(jiān)測橋梁的局部變形，很好地彌補(bǔ)了常規(guī)大地測量法的不足?，F(xiàn)今用以測定橋梁局部變形的物理傳感器主要有測力計(jì)、應(yīng)變計(jì)、位移計(jì)、傾斜儀、重量動態(tài)測量儀、銹蝕檢測儀、電子水平儀及針對振動、溫度、風(fēng)力、壓力、濕度、雨量的傳感器等。物理傳感器法能保持對橋梁內(nèi)部進(jìn)行長期連續(xù)地自動觀測，以保證及時全面的獲取觀測橋梁內(nèi)部的壓力、應(yīng)力、傾斜角度、溫度變化及高精度的局部變形數(shù)據(jù)。我國的物理傳感器法目前已有了較大的發(fā)展，胡現(xiàn)輝等通過連接徠卡 NIVEL200電子水平儀的串口與計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制和獲取電子水平儀傾斜數(shù)據(jù)，并繪制了橋梁變形示意圖；唐山高等利用傾斜傳感器，成功地對塞浦路斯高速公路高架橋橋墩進(jìn)行了位移測量，種種這些都證明了物理傳感器法在實(shí)際工作中應(yīng)用的成功。固定安裝在橋梁中的物理傳感器使用靈活，在在惡劣環(huán)境中也能實(shí)現(xiàn)自動觀測。但這種方法亦不是萬能的，物理傳感法也存在著一定局限，該方法只能監(jiān)測到橋梁的局部變形和相對變形狀況，橋梁變形情況無法進(jìn)行整體的掌握。

3 橋梁變形監(jiān)測的應(yīng)用技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和空間科技等的迅速發(fā)展，近年來3S技術(shù)尤其是遙感技術(shù)和導(dǎo)航系統(tǒng)不斷革新進(jìn)步，并逐漸推廣使用，變形測量技術(shù)也因之發(fā)生了巨大變革。橋梁變形監(jiān)測技術(shù)開始從地面擴(kuò)展到空間、從靜態(tài)到動態(tài)，逐漸實(shí)現(xiàn)了全天候、自動化的監(jiān)測，其所應(yīng)用的技術(shù)也日趨與時俱進(jìn)，其中攝影測量技術(shù)、GPS技術(shù)及雷達(dá)干涉測量技術(shù)等新興的3S技術(shù)在橋梁變形監(jiān)測中應(yīng)用最為廣泛。

對橋梁變形進(jìn)行監(jiān)測的攝影測量技術(shù)一般適合于大范圍的地面變形監(jiān)測，與全站儀監(jiān)測相比，該方法精度較低，且測量設(shè)備的成本高，在實(shí)際應(yīng)用方面還需進(jìn)一步研究探索。在橋梁變形監(jiān)測能達(dá)到毫米級精度的GPS技術(shù)，極大地減輕了外業(yè)工作量，并在一定程度上降低了人為因素的影響。然而此技術(shù)也同樣存在著局限，對于部分監(jiān)測點(diǎn)天頂通視差的橋梁，會影響其監(jiān)測精度，而當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)較多時其所需的成本較高。與全站儀相比，GPS技術(shù)監(jiān)測垂直位移的精度還有待提高。

最后采用INSAR技術(shù)提取高程的精度可達(dá)數(shù)米，而運(yùn)用差分干涉手段(D-INSAR)可達(dá)到厘米級甚至毫米級的雷達(dá)干涉測量技術(shù)，在橋梁微小形變監(jiān)測中應(yīng)用潛力巨大。已應(yīng)用于大型橋梁及建筑物變形監(jiān)測的遙感干涉測量系統(tǒng) IBIS - S，由意大利IDS 公司與弗洛倫薩大學(xué)聯(lián)合研制，現(xiàn)已應(yīng)用于錢塘江大橋、金沙江大橋、石崆山大橋的靜態(tài)監(jiān)測、動態(tài)監(jiān)測及自振頻率監(jiān)測中。其監(jiān)測結(jié)果顯示擁有最高200 Hz的自振頻率，靜態(tài)精度0.1 mm，動態(tài)精度0.01 mm的IBIS - S 可以在較短時間內(nèi)獲取橋梁靜態(tài)、動態(tài)撓度變化；將 IBIS-S和角反射器進(jìn)行配合使用，可將橋墩任意位置的微變形提取出來；而在斜拉橋的應(yīng)用中，IBIS-S一次可對多根索同時進(jìn)行測量，無需阻斷交通，極為便捷。然而，作為一種全新的變形測量技術(shù)，IBIS-S價格相對昂貴，且對目標(biāo)物的三維信息無法進(jìn)行直接獲取，只能通過投影的方式獲得，若與三維激光掃描等技術(shù)結(jié)合，其優(yōu)勢更易于發(fā)揮。

4 結(jié)束語

關(guān)乎橋梁運(yùn)行管理與維護(hù)養(yǎng)修的橋梁變形監(jiān)測在公共出行交通安全等方面意義重大。因此，需通過不同的觀測條件，對橋梁變形進(jìn)行精確監(jiān)測，根據(jù)實(shí)地觀測的不同情況，再對其做出具體的布設(shè)方案，以確保實(shí)際工作應(yīng)用能得以解決。

[1] 史宗信.變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2015,(26):170.

[2] 彭家真.關(guān)于變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中應(yīng)用的探討[J].環(huán)球人文地理,2014,(24):34-35.

[3] 楊銳.當(dāng)今變形監(jiān)測在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2014,(16):1351.

2016-05-18

陳泉(1984-)，男，湖南益陽人，工程師，研究方向：公路橋梁檢測方面。

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1008-3383(2016)07-0084-02