桥梁工程变形监测？

自20世纪90年代初以来，斜拉桥和悬索桥等大型桥梁在中国如雨后春笋般出现。这种桥的结构特点是跨度大、塔柱高、主跨灵活。在这类桥梁的施工测量中，人们对动态施工测量进行了一些研究，取得了一些经验。如何监测它们在建成通车过程中的柔性结构和动力特性是人们非常关心的另一个问题。虽然有些桥梁建立了“桥梁健康系统”来了解结构内部物理量的变化，但对于了解桥梁结构的内力变化，分析变形原因，无疑具有非常重要的作用。但要真正达到桥梁安全监测的目的，了解桥梁的变化，就必须及时测量其几何量的变化和大小。因此，在建立“桥梁健康系统”的同时，还需要利用大地测量原理和各种专用工程测量仪器和方法，研究建立大跨度桥梁的监测系统。

二、变形监测内容

根据国家最新颁布的《公路技术养护规范》中的相关规定和要求，结合大跨度桥梁高塔柱、大跨度、主跨柔性梁段等特点，桥梁工程变形监测和观测的主要内容包括:

1)桥墩沉降、桥面线形及挠度、主梁横向水平位移、高塔柱摆动的观测；

2)为了测量上述项目，需要建立相应的水平位移参考网和沉降参考网进行观测。

三、系统布局

1)桥墩沉降及桥面线形观测点布置

墩(台)沉降观测点一般布置在对应墩(台)顶面的桥面上；桥面线形和挠度观测点布置在主梁上。对于大跨度斜拉段，直线观测点也对应斜拉索的锚固点位置；桥面的水平位移观测点和桥轴线一侧的桥面沉降和线形观测点为* * *。

2)塔架摆动观测点的布置

塔柱摆动观测点布置在主塔上塔柱顶部和上梁顶面以上约1.5m的上塔柱侧墙上，每根柱2点。

3)水平位移监测基准点的布置

水平位移观测基准网应结合桥梁两侧的地形地质条件、其他建筑物的分布、水平位移观测点的布置和观测方法、基准网的观测方法等确定。一般分两层布置，基准网布置在岸边稳定的地方，埋设深埋钻孔桩标志。在桥面上，桥墩的水平位移观测点作为工作点，用来测量桥面观测点的水平位移。

4)垂直位移监测参考网的布设

为了便于观测和使用，一般将岸边的平面基准点纳入竖向位移基准网中，同时在稳定的地方增设深埋水准点作为水准基准点，作为桥梁竖向位移监测的基准点。为了统一两岸的高程系统，应在两岸基准点之间设置一条跨河水准路线。

第四，方法和结果的准确性

1)GPS定位系统测量平面参考网

为满足变形观测的技术要求，参考网边长的相对精度应不低于1/120000，边长误差应小于5mm；由于大部分工作基准点位于桥面上，用基准点很难看到全部，因此可以使用GPS定位系统进行测量。为了观测时不中断交通，避免交通引起的仪器抖动，干扰GPS接收机的信号接收，桥面工作基点设置的观测时段应安排在夜间工作，尽可能满足静态工况，以提高观测精度。

2)建立高程基准网和沉降观测，进行精密水准测量。

高程基准网和桥面沉降观测按照《国家一、二等水准测量规范》二等技术要求执行。竖向位移参考网点、桥面沉降点和跨河水准路线形成多条环线。高程基准网的观测采用精密水准仪；高程基准网中的跨河水准测量，可采用三角高程测量法，同时使用两台精密全站仪进行观测。

3)采用全站仪坐标法观测横向水平位移。

众所周知，线性建筑物的水平位移常采用基线法观测，其本质上是测量垂直于基线方向的偏差值。为了充分发挥现代全站仪的优势，桥面水平位移观测可以采用类似基线法原理的坐标法直接确定观测点的横坐标。武汉长江大桥用这种方法观测了横向水平位移。根据全桥136观测点成果统计分析，Y坐标精度为0.48mm，远高于桥梁监测技术中的精度要求(3 mm)，且未考虑视线长度不等对Y坐标精度的影响。

4)采用智能全站仪(测量机器人)测量高塔柱的摆动。

采用目前最先进的智能全站仪TCA2003观测塔身摆动，其标称精度为0.5英寸，(1mm+1× 10-6d)。它能自动发现并精确瞄准目标，自动测量测站到目标点的距离、水平值和天顶距，计算三维坐标并记录在内置模块或计算机中。由于不需要人工瞄准、读数和计算，有利于消除人为差异的影响，降低记录和计算错误的概率，尤其是在夜间，而且不需要照亮标志。仪器一次记录一个目标点不超过7s，每个点只记录30s。一个周期内10点内的观测一般不会超过5分钟，其观测速度是人工无法比拟的。

在武汉长江大桥，这种方法被用来测量高塔的摆动。为了评价该方法的准确性，利用车流量较少的夜间观测结果进行了统计分析。模仿桥面水平位移观测的统计分析方法，对视线长度为800m的观测点，根据夜间6个时段的观测数据进行统计分析计算，得到mx=0.034mm，my=0.61mm，说明该方法精度较高，能够满足塔柱动态观测的精度要求。

动词 （verb的缩写）结果分析

观测结果分析主要包括:计算每次观测后参考点的坐标、高程及其变化；桥墩、桥面沉降观测点和线形点的标高和变化；桥面水平位移观测点的y坐标和侧向位移。根据这些变形量，画出相应的变形曲线。

六、南京长江大桥变形监测实例

1)项目概述

南京长江二桥是国家九五重点建设项目。位于南京长江大桥下游11 km处，全长21.337 km。它由南、北汊桥、南岸、八卦岛和北岸组成。其中，南岔大桥为钢箱梁斜拉桥，全长2938米，主跨628米，在建时在同类桥梁中位居中国第一，世界第三。北岔大桥为钢筋混凝土预应力连续箱梁桥，长2172米，主跨3×165米，在国内也处于领先地位。全线还有互通式立交4座，特大桥4座，大桥6座。大桥设计标准为双向六车道高速公路；设计速度为100km/h；设计荷载为蒸汽-20以上，悬挂-120；路基宽33.5米，桥面宽32米(不含缆索锚固区)。全线设置监控、通信、收费、照明、动静态称重系统，以及南岔主桥、南岔桥公园、八卦洲服务区的景观照明。

为了建立南京长江二桥全线结构的成桥线形和位置基准，监测南岔大桥、北岔大桥、八卦洲引线(软土地基)等重要断面和桥墩的位移，为以后的桥梁维修和验收留下原始数据，有必要对南京长江二桥进行变形监测。

2)监测内容和方法

(1)索塔和基础

索塔主要监测塔基位移(三维)和塔顶水平变化(二维)。对于南汊大桥，塔基位移监测点布置在标高约9m的塔柱上，塔顶水平变化监测点布置在塔柱上，上下游塔柱和塔柱南北两侧各布置一个测点，如图13-1所示。北塔楼和南塔楼共布置17个监测点，其中北塔楼9个；对于北汊桥，基础位移监测点位于河道内22号、23号、24号、25号桥墩上，每个桥墩上下游各分布一个点，共8个点，点也位于约9m的高程平面上，如图13-2所示。

索塔和基础的位移每三个月观测一次。本次测量使用瑞士徕卡高精度TC2003全站仪，采用三维前方交会法进行四次角度观测。观测方法如图13-1和图13-2所示。南、北汊桥以竣工后恢复的首级控制网为基础，通过平差计算获得三维坐标。为了便于分析塔柱的位移方向，平差计算采用桥轴坐标系。

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