高速公路大橋立柱變形的監(jiān)測

韓欣妤

（內(nèi)蒙古高等級公路建設(shè)開發(fā)有限責(zé)任公司巴彥淖爾分公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000）

0 引言

橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)管理等各階段都有不同的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性要求，首先要保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和安全性，使用期間要保證安全性和耐久性，維護(hù)管理期間要重視經(jīng)濟(jì)性問題。在環(huán)境侵蝕、材料老化和荷載的長期效應(yīng)和突變效應(yīng)共同作用下，不可避免會導(dǎo)致使用性能下降，使用橋梁結(jié)構(gòu)存在安全隱患，甚至發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。因此，采用有效的技術(shù)手段對結(jié)構(gòu)安全狀況進(jìn)行監(jiān)測和評定，具有重要的意義。本文以某高速公路大橋立柱的變形監(jiān)測為研究對象，對監(jiān)測的方法及結(jié)果進(jìn)行了分析。

1 工程概況

某高速公路大橋全長215.12m；橋面凈寬：2×12.13m；汽車荷載：公路-I 級；全橋一聯(lián)，兩橋臺處設(shè)D120型伸縮裝置。橋面橫坡由柱（墩）高調(diào)整。上部結(jié)構(gòu)采用7×30m 裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁；下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、薄壁墩、空心墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；橋臺為柱式臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

該段地形起伏較大，為黃土沖溝地形，沖溝兩岸上部為第四系上更新統(tǒng)黃土，具大孔隙，直立性較好，垂直節(jié)理發(fā)育，巖性為粉質(zhì)黏土夾粉土，堅(jiān)硬至硬塑，表層5m以上黃土具輕微至中等濕陷性，為非自重濕陷性黃土。黃土下部局部夾卵石層，密實(shí)。河谷中斜坡及溝底表層為第四系坡積黃土狀粉質(zhì)黏土，具濕陷性，下部為沖洪積卵石層，中密至密實(shí)。下伏基巖為上第三系黏土巖，成巖較差，承載力較低。

管養(yǎng)部門巡查發(fā)現(xiàn)該橋1#墩立柱基礎(chǔ)沖刷嚴(yán)重，土體松散，如圖1所示，其中下行外側(cè)立柱尤為嚴(yán)重，樁基裸露6m左右。內(nèi)側(cè)立柱與蓋梁結(jié)合處表面出現(xiàn)多處裂縫現(xiàn)象。管養(yǎng)單位立即組織專家進(jìn)行現(xiàn)場勘察、討論：建議對1#墩立柱進(jìn)行防護(hù)工程加固，同時(shí)對1#墩立柱變形進(jìn)行監(jiān)測。

圖1 1#墩立柱處松散土體

2 監(jiān)測目的及內(nèi)容

在搶修過程中，通過對本橋1#墩立柱變形進(jìn)行監(jiān)測，為橋梁搶修施工提供及時(shí)準(zhǔn)確的技術(shù)數(shù)據(jù)，以確保橋梁施工安全和結(jié)構(gòu)安全。

該項(xiàng)目監(jiān)測共分為兩個(gè)階段，第一階段為橋墩處松散土體處理前及處理過程中的監(jiān)測，第二階段為處置后的監(jiān)測，監(jiān)測時(shí)間為1年。

根據(jù)專家論證要求，監(jiān)測的主要內(nèi)容擬包括：（1）1#橋墩立柱的沉降觀測；（2）1#橋墩立柱的水平位移觀測。

長期監(jiān)測主要為掌握橋墩的沉降和水平位移發(fā)展規(guī)律，為橋梁安全的預(yù)測、預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)，及時(shí)捕捉災(zāi)害的特征信息，確保公路運(yùn)營的安全。為此，結(jié)合項(xiàng)目需求，測試頻率為第一階段每天自8:00～20:00，每1～2h 監(jiān)測1 次，監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，可適當(dāng)增大測量時(shí)間間隔；第二階段除第3季度（雨季）外每季度1次，第3季度（雨季）每月4 次，遇強(qiáng)降雨及突發(fā)性暴雨在雨后增加1次觀測。

3 變形監(jiān)測方法

3.1 監(jiān)測精度

立柱變形監(jiān)測采用高精度全站儀進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)采用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，并進(jìn)行一次布網(wǎng)。測量儀器采用高精度的徠卡TS30全站儀。徠卡TS30全站儀的測角精度為0.5"，測距精度為0.6mm+1ppm，高精度儀器為精密測量提供了技術(shù)保障。該項(xiàng)目使用的徠卡TS50全站儀如圖2所示。變形監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)采用導(dǎo)線測量，其主要技術(shù)要求應(yīng)滿足《工程測量規(guī)范》（GB 50026-2007）的技術(shù)要求。根據(jù)測點(diǎn)的分布情況，采用后方交會法進(jìn)行變形監(jiān)測。

圖2 徠卡TS30全站儀

該項(xiàng)目橋梁為大型橋梁，橋梁搶修施工過程中結(jié)構(gòu)周邊環(huán)境不斷發(fā)生變化，環(huán)境復(fù)雜，結(jié)構(gòu)變形比較敏感。根據(jù)《工程測量規(guī)范》（GB 50026-2007），對于該項(xiàng)目變形測量按二等執(zhí)行，其精度應(yīng)符合表1的要求。

表1 變形監(jiān)測的等級及精度

3.2 監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)

位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)采用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，并進(jìn)行一次布網(wǎng)。位移監(jiān)測采用多點(diǎn)后方交會進(jìn)行測量，保證測量數(shù)據(jù)的精度。測量系統(tǒng)布設(shè)3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)（BM1、BM2、BM3）構(gòu)成水平和垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)，基準(zhǔn)點(diǎn)均設(shè)置在遠(yuǎn)離橋梁的穩(wěn)定地基上。BM1～BM2基準(zhǔn)點(diǎn)為常用觀測基準(zhǔn)點(diǎn)，BM3為校核基準(zhǔn)點(diǎn)，當(dāng)測量發(fā)現(xiàn)監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)有異常時(shí)，采用基準(zhǔn)點(diǎn)BM3進(jìn)行校核。獨(dú)立坐標(biāo)系以BM1點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，X軸以由小里程至大里程（順橋向）為正，Y軸以沿路線由右至左方向（橫橋向）為正。監(jiān)測系統(tǒng)控制網(wǎng)平面布置圖如圖3所示。

圖3 1#墩立柱監(jiān)測控制網(wǎng)示意圖

3.3 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

立柱偏位檢查采用萊卡TM50精密全站儀對1#墩立柱進(jìn)行偏位監(jiān)測，每個(gè)立柱由上至下分別為1#～7#測點(diǎn)，測點(diǎn)間距為1.0m，其中1#測點(diǎn)距蓋梁底部0.5m。1#墩4個(gè)立柱共設(shè)置28個(gè)測點(diǎn)，如圖4所示。沿路線方向（由小里程至大里程）由右側(cè)至左側(cè)，立柱編號分別為1-1#立柱～1-4#立柱。

圖4 1#墩立柱監(jiān)測點(diǎn)布置圖

3.4 監(jiān)測報(bào)警與應(yīng)急措施

該項(xiàng)目監(jiān)測報(bào)警主要由變形變化速率控制，首要任務(wù)是監(jiān)測現(xiàn)場施工過程中結(jié)構(gòu)的變形情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的危險(xiǎn)情況，以保證現(xiàn)場相關(guān)人員的安全。該項(xiàng)目監(jiān)測報(bào)警按黃色、橙色和紅色三級警戒狀態(tài)進(jìn)行管理和應(yīng)對，如表2所示。

表2 監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)對措施

3.5 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析

為減少隨機(jī)誤差，做到測量、采集數(shù)據(jù)專人專項(xiàng)負(fù)責(zé)，觀測值和記事項(xiàng)目應(yīng)在現(xiàn)場直接記錄于觀測記錄表中。對于手工記錄資料要保存好原始記錄表，對于智能式記錄器要及時(shí)將測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，以防丟失。觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)分析原因，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行重測或補(bǔ)充觀測。

4 變形監(jiān)測結(jié)果

4.1 順橋向位移監(jiān)測

自8月16日～8月24日監(jiān)測期間，該橋1#墩1-1#、1-2#、1-3#、1-4#立柱各測點(diǎn)的順橋向（由小里程至大里程方向）變形觀測曲線分別如圖5～圖8所示。測點(diǎn)水平變形以小里程至大里程為正，反之為負(fù)。

圖5 1-1#立柱測點(diǎn)順橋向累計(jì)位移曲線

圖6 1-2#立柱測點(diǎn)順橋向累計(jì)位移曲線

圖7 1-3#立柱測點(diǎn)順橋向累計(jì)位移曲線

圖8 1-4#立柱測點(diǎn)順橋向累計(jì)位移曲線

由圖5～圖8可知，監(jiān)測期間1-1#立柱順橋向變形最大觀測值為2.9mm，方向?yàn)橛尚±锍讨链罄锍谭较蜃兓?-2#立柱順橋向變形最大觀測值為1.8mm，方向?yàn)橛尚±锍讨链罄锍谭较蜃兓?-3#立柱順橋向變形最大觀測值為2.7mm，方向?yàn)橛尚±锍讨链罄锍谭较蜃兓?-4#立柱累計(jì)位移最大值為1.4mm，方向?yàn)橛尚±锍讨链罄锍谭较蜃兓?/p>

4.2 橫橋向位移監(jiān)測

自8 月16 日～8 月24 日防護(hù)工程施工期間，1#墩立柱各測點(diǎn)的橫橋向（由右側(cè)至左方向正）變形觀測曲線分別如圖9～圖12所示。

圖9 1-1#立柱測點(diǎn)橫橋向累計(jì)位移曲線

圖10 1-2#立柱測點(diǎn)橫橋向累計(jì)位移曲線

圖11 1-3#立柱測點(diǎn)橫橋向累計(jì)位移曲線

圖12 1-4#立柱測點(diǎn)橫橋向累計(jì)位移曲線

由圖9～圖12可知，監(jiān)測期間1-1#立柱橫橋向變形最大觀測值為2.0mm，方向?yàn)橛捎抑磷蠓较蜃兓?-2#立柱橫橋向變形最大觀測值為1.8mm，方向?yàn)橛捎抑磷蠓较蜃兓?-3#立柱橫橋向變形最大觀測值為2.2mm，方向?yàn)橛捎抑磷蠓较蜃兓?-4#立柱橫橋向變形最大觀測值為1.8mm，方向?yàn)橛捎抑磷蠓较蜃兓?/p>

4.3 豎向沉降監(jiān)測

自8 月16 日～8 月24 日防護(hù)工程施工期間，1#墩立柱各測點(diǎn)豎向變形觀測曲線如圖13～圖16 所示。豎向變形以豎向向上為正，反之為負(fù)。

圖13 1-1#立柱測點(diǎn)豎向累計(jì)沉降曲線

圖14 1-2#立柱測點(diǎn)豎向變形觀測曲線

圖15 1-3#立柱測點(diǎn)豎向變形觀測曲線

圖16 1-4#立柱測點(diǎn)豎向變形觀測曲線

由圖13～圖16可知，監(jiān)測期間1-1#立柱豎向變形最大觀測值為-1.6mm，方向?yàn)橛缮现料路较蜃兓?-2#立柱豎向變形最大觀測值為-1.8mm，方向?yàn)橛缮现料路较蜃兓?-3#立柱豎向變形最大觀測值為-1.5mm，方向?yàn)橛缮现料路较蜃兓?-4#立柱豎向變形最大觀測值為-1.3mm，方向?yàn)橛缮现料伦兓?/p>

5 結(jié)束語

通過對該橋1#墩立柱變形監(jiān)測可以得到以下結(jié)論：

（1）各測點(diǎn)水平位移和沉降無明顯變化趨勢；

（2）各測點(diǎn)水平位移和沉降隨溫度變化上下波動；

（3）截至8月24日各測點(diǎn)水平位移和沉降累計(jì)值均較小，水平位移最大為2.2mm，沉降最大為1.8mm。結(jié)合監(jiān)測精度要求（水平位移3.0mm，沉降0.5mm）、儀器誤差（測角精度為0.5″，測距精度為2mm+2ppm）、測量誤差和溫度影響，推斷1#墩各墩柱在監(jiān)測期間基本無水平位移和沉降產(chǎn)生。