桥梁工程变形监测方案.doc

桥梁工程变形监测方案一、概述大型桥梁，如斜拉桥、悬索桥自20世纪90年代初期以来在我国如雨后春笋般的发展这种桥梁的结构特点是跨度大、塔柱髙，主跨段具有柔性特性在这类桥梁的施工测量中，人们已针对动态施工测量作了一些研究并取得了一些经验在竣工通车运营期间，如何针对它们的柔性结构与动态特性进行监测也是人们十分关心的另一问题尽管日前有些桥梁己建立了了解结构内部物理量的变化的“桥梁健康系统”，它对于了解桥梁结构内力的变化、分析变形原因无疑有着十分重要的作用然而，要貞•正达到桥梁安全监测之目的，了解桥梁的变化情况，还必须及时测定它们几何量的变化及大小因此,在建立“桥梁健康系统”的同时，研究采用大地测量原理和各种&用的工程测量仪器和方法建立大跨度桥梁的监测系统也是十分必要的二、变形监测内容根据我国最新颁发的“公路技术养护规范”中的有关规定和要求，以及大跨度桥梁塔柱髙、跨度大和主跨梁段为柔性梁的特点，桥梁工程变形监观测的主要内容包括：1）桥梁墩台沉陷观测、桥而线形与挠度观测、主梁横向水平位移观测、髙塔柱摆动观测：2）为了进行上述各项日的测量,还必须建立相应的水平位移基准网与沉陷基准网观测三、系统布置1）桥墩沉陷与桥而线形观测点的布置桥墩（台）沉陷观测点一般布置在与墩（台）顶而对应的桥而上：桥而线形与挠度观测点布置在主梁上。

对于大跨度的斜拉段，线形观测点还与斜拉索锚固着力点位置对应：桥而水平位移观测点与桥轴线一侧的桥而沉陷和线形观测点共点2）塔柱摆动观测点布置塔柱摆动观测点布置在主塔上塔柱的顶部、上横梁顶而以上约m的上塔柱侧壁上,每柱设2点3）水平位移监测基准点布置水平位移观测基准网应结合桥梁两岸地形地质条件和其他建筑物分布、水平位移观测点的布置与观测方法，以及基准网的观测方法等因素确定，一般分两级布设,基准网布设在岸上稳定的地方并埋设深埋钻孔桩标志；在桥而用桥墩水平位移观测点作为工作基点，用它们测定桥而观测点的水平位移4）垂直位移监测基准网布置为了便于观测和使用方便，一般将岸上的平而基准网点纳入垂直位移基准网中，同时还应在较稳定的地方增加深埋水准点作为水准基点,它们是大桥垂直位移监测的基准；为统一两岸的髙程系统,在两岸的基准点之间应布置了一条过江水准线路四、方法与成果精度1）GPS定位系统测量平而基准网为了满足变形观测的技术要求,考虑到基准网边长相差悬殊，对基准网边长相对梢度应达到不低于1/120000和边长误差小于±5mm的双控梢度指标；由于工作基点多位于大桥桥而,它们与基准点之间难以全部通视,可采用GPS定位系统施测。

为了在观测期间不中断交通，且避开车辆通行引起仪器的抖动和「•扰GPS接收机的信号接收，对设置在桥而工作基点的观测时段应安排在夜间作业，尽可能使其符合静态作业条件以提髙观测梢度2）精密水准测量建立高程基准网和沉陷观测高程基准网与桥而沉陷观测均按照“国家一、二等水准测量规范”的二等技术规定要求实施并将垂宜位移基准网点、桥面沉陷点、过江水准线路之间构组成多个环线高程基准网的观测采用梢密水准仪：高程基准网中的过江水准测量,可采用三角高程测量方法，用2台梢密全站仪同时对向观测3）全站仪坐标法观测横向水平位移众所周知，直线型建筑物的水平位移常采用基准线法观测，它的实质测定垂直于基准线方向的偏离值为充分发挥现代全站仪的优点，桥而水平位移观测可采用类似基准线法原理的坐标法，以宜接测定观测点的横坐标武汉长江二桥采用该法观测横向水平位移，根据对全桥136个观测点的结果进行了统计分析，在未顾及视线长度不等对Y坐标的精度影响的条件下，求得Y坐标的精度为±0.48mm,远髙于桥梁监测技术中的精度要求（土3mm）4）智能型全站仪（测量机器人）测定高塔柱的摆动塔柱摆动可观测采用当代最先进的智能型全站仪TCA2003,其标称梢度为"，土（lmm+l><10-6D）。

它可以实现自动寻找和梢确照准目标，自动测定测站点至目标点的距离、水平方向值和天顶距，计算出3维坐标并记录在内置模块或计算机内由于它不需要人工照准、读数、计算，有利于消除人差的影响、减少记录计算出错的几率，特别是在夜间也不需要给标志照明该仪器每次观测记录一个日标点不超过7s,每点观测4测回也仅30s一周期观测10个点以内一般不会超过5min,其观测速度之快是人工无法比拟的武汉长江二桥采用该法测定髙塔柱的摆动，为了评定该法的梢度，利用车流量很少的夜间观测成果进行了统计分析仿照桥而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周期的观测资料进行了统计分析计算，求得mx二0.03恤n、my二0.61mm,它表明该法具有较髙的梢度，可以满足塔柱动态观测的精度要求五、成果整理分析观测成果的整理分析主要包括:每期观测后计算基准点的坐标、高程及其变化量：桥墩、桥而沉陷观测点、线形点的髙程及变化量：桥而水平位移观测点的Y坐标及横向位移根据这些变形量绘制了相应的变形曲线六、南京长江二桥变形监测实例1）工程概况南京长江第二大桥是国家“九五”重点建设项目，位于现南京长江大桥下游11公里处，全长21.337公里，由南、北汉大桥和南岸、八卦洲及北岸引线组成。

其中：南汉大桥为钢箱梁斜拉桥，桥长2938米，主跨为628米，该跨径在建时居同类桥型中“国内第一，世界第三”：北汉大桥为钢筋混凝土预应力连续箱梁桥，桥长2172米，主跨为3X165米，该跨径在国内亦居领先全线还设有4座互通立交、4座特大桥、6座大桥该桥设计标准为双向六车道高速公路：设计速度为100公里/小时：设计荷载为汽一一超20,挂一一120：路基宽33.5米，桥而宽32米（不含斜拉索锚固区）全线设有监控、通讯、收费、照明、动静态称重等系统，并设有南汉主桥景观照明，南、北汉桥公园和八卦洲服务区为了建立南京长江二桥全线结构物的竣工线型和位置基准，并对南汉大桥、北汉大桥及八卦洲引线（软土地基）等重要路段、桥墩进行位移监测，为今后大桥维修、验收等工作留下起始数据，需要对南京长江二桥进行变形监测2）监测内容和方法（1）索塔及基础对索塔主要监测塔基础位移（三维）和塔顶水平变化（二维）对于南汉大桥，塔基础位移监测点布置在约9m髙程而的塔柱上，塔顶水平变化监测点布置在塔顶柱体上，上、下游塔柱和塔柱南北侧各布置一测点，如图13-1所示南北塔共计布置17个监测点，其中北塔为9个点：对于北汉大桥，基础位移监测点设在江中22#、23#、24#、25#四个桥墩的墩柱上，每个桥墩的上、下游墩柱各布一个点，共计8个点，点位也设在约9m髙程而上，如图13-2所示。

索塔及基础变位情况为每三个月观测一期测量使用瑞I：Leica高精度TC2003全站仪，以三维前方交会法进行角度观测四测回，观测方法如图13-1和图13-2所示南、北汉大桥皆以竣工时恢复的首BCQ04W尸产BCQ06上游柱\、、I//I下游柱BCQ03肛*夕Z、、QC一i一PBCQ05图13-2北汉大桥桥墩变位监测点位置及观测示意图见图13-3和图13-4桥而标髙为每三个月观测一期观测采用梢密几何水准测量方法，以二等水准精度和要求进行水准基点设在两岸桥下墩台上850n850n1240n北引桥段钢箱梁段南引桥段B44B22B01A44Z28A22A21A0111江注：间隔点衬隔皿一个°表乐监测点图13-3南汉大桥桥面挠度监测点位置示意图22•25•260BCQ04图13-4北汉大桥桥面挠度监测点位置示意图式中符号及意义说明如下：(1) V代表竖直角观测值，A为坐标方位角，S为斜距观测值，R为地球半径，P二206265"；(2) 血，血和血分别为观测点P的三维坐标中误差：(3) Me•和血x分別为测站三维坐标中误差的平而分量和髙程分量，包括控制点本身点位中误差和架设仪器误差由于每次观测时都采用同一测站和后视方向，因此，控制点本身误差不影响观测点梢度，同时在固定观测墩上使用强制对中器，仪器对中误差可控制在0.lmin之内，故该项误差可忽略不计；(4) Ms为测距中误差，由仪器标称精度确定:Ms=a+b・S(a为固定误差,b为比例误差系数):(5) Mv和址分别为竖宜角和坐标方位角中误差，因全站仪具有竖轴补偿器，故，)弘二业(M,为水平角观测中误差，=a/2w,u为仪器标称精度)没：(6) MK为大气折光系数代表性误差，一般取血二；(7) 九为棱镜对点中误差，比为棱镜髙量测中误差，因监测点棱镜用强制对中器固定在桥塔顶部，此两项误差可忽略不计，故M：二血二0。

将上式中平而误差部分合并得：当取距离最大为500m,竖直角最大为20°,采用测距标称梢度为土(1+1X1(T・S)mm,测角标称梢度为±1"，补偿器精度为土"的全站仪观测一测回，代入上式计算，可以得出:亦二±3.71mm,血二土3.83mm.在实际工程中，全站仪实际观测梢度一般要比标称梢度低，若假定实际测角精度为±2",测距精度为±(2+2X0・S)mm,补偿器精度为土"，观测一测回，代入上式计算，可以得出：血二±7.41mm,Mb=±6.82mm,若观测二测回，则：=±5.24mm,=±5.03mm.可见，增加观测测回数或缩短观测距离，可以提高梢度2）沉降变形观测的梢度分析假设M；,叫和分别为j点和k点在第i和i-l周期观测所得的高程中误差，则J点和k点的沉降量中误差分别为：于是j点和k点不均匀沉降量的中误差为：由于每周期观测时,均采用同一观测方案，由同一台仪器和同一组人员，在外界环境大致相同的条件下进行观测，故假设：则有：南京长江二桥塔基础承台上的监测点距最远基准点不超过600m,精密水准测量每测站水准路线长一般不超过60m,则由基准点到监测点的测站数为n二600/60二10,所以：式中阪为每一测站梢密水准所测髙差的中误差。

采用每公里观测高差中误差为土0.3mm的梢密水准仪进行观测，则："站=±mmX二土0.018mm,于是每一监测点沉降量的中误差为：故采用每公里观测高差中误差为土mm的梢密水准仪进行观测，符合《国家一、二等水准测量规范》上对仪器的要求，足以把大于的不均匀沉降量反映出来4）部分观测结果及其分析（1）南汉大桥索塔变位观测结果列于表13-1,从9期的坐标变化量来看，塔顶变位较大，在2002年6月的测量中出现过最大变化量值：X方向（南北向）为+68.0mm（向南）,Y方向（东西向）为+63.7mm（向下游）这是索塔柱受日照、风力作用所至，属正常现象对塔基础9期监测的坐标（X、Y、Z）变化量均在±10.0mm以内变动，但也偶发出现较大的最大变化量，其量值X方向为一11.0mm（向北），Y方向（东西向）为+21.2mm（向上游），H方向（垂直向）为+18.0mm（向下），该变化量主要由测量误差带来，并非是塔基础发生了位移因为，在对桥墩所采用的前方交会测量方法虽是变形监测中常规和有效的方法，对塔柱观测所使用的仪器也是日前世界最高梢度的测量仪器，但由于所监测的点均在江中，人无法直接到达，另外还存在许多不利因素，如交会角较小、交会距离长、大气折光和水汽蒸发等等，这些因素均大大降低了测量精度。

以“北塔南向下游梁下”点为例，监测点离岸上两控制点距离分别为1014m和1011m,交会角为16°，根据误差理论分析可知，仅观测误差就达±12.2mm,若考虑大气折光等其他因素，测量误差还将更大些因此，可以认为南北索塔基础未出现明显变位从对索塔下横梁上门洞内水准点（钢箱梁吊装前建立的）联测结果（见表,其差值较小，也可以认为索塔基础未出现沉降位移2）南汉大桥桥而线形（挠度）表13-2为南汉大桥的主。