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)

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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。在實際操作中，橋梁沉降監(jiān)測主要依據(jù)的原則分別為：點位基準(zhǔn)點、工作基點和觀測點的穩(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，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，最后對于中間聯(lián)測的部分則通過往測已測點來進(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測量為主要的兩個監(jiān)測內(nèi)容。實施承臺水平位移監(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)點的距離進(jìn)行測量，但校核點仍需建立，以此檢驗核對基準(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)點之間的距離及角度進(jìn)行測量。在具體的水平位移觀測點觀測中，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、應(yīng)變計、位移計、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算機(jī)，實現(xiàn)了計算機(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)測點天頂通視差的橋梁，會影響其監(jiān)測精度，而當(dāng)監(jiān)測點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,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,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